Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, работающим по двухтактному циклу, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с внутренней цилиндрической полостью, закрытый крышками, рабочий орган, поршни, сопряженные с внутренней поверхностью корпуса, в котором рабочие камеры образованы рабочим органом с поршнями и внутренней поверхностью корпуса. В качестве рабочего органа в полости корпуса эксцентрично, с возможностью изменения эксцентриситета, размещен цилиндрический ротор, не касающийся корпуса, в теле которого выполнены по меньшей мере два паза, расположенные симметрично по углу вращения, причем сечение цилиндрической поверхности ротора поверхностью паза под углом от -45° до +45° образует рабочую и нерабочую кромки ротора, в качестве поршня в пазу бесшарнирно установлен поршень-вытеснитель, выполненный в форме призмы с внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями, которые пересекаются с образованием рабочих ребер, при этом рабочие ребра соприкасаются с поверхностью полости, а внутренние поверхности - с рабочей кромкой ротора, на нерабочей кромке ротора выполнена выборка, образующая совместно с рабочей камерой камеру сгорания, кроме того, в корпусе выполнены впускной и выпускной каналы, и установлена свеча зажигания, а в теле ротора и поршня-вытеснителя расположена система поджатия ребер поршня-вытеснителя к поверхности полости корпуса, причем направление вращения ротора установлено от выпускного к впускному каналу. Техническим результатом является упрощение двигателя, повышение его удельной мощности, крутящего момента и механического КПД, увеличение надежности и эксплуатационного ресурса. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, работающим по двухтактному циклу, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известна гидравлическая машина Рыля [RU 2569992, опубл. 10.12.2015 г., МПК F04C 2/344, F01С 1/344], содержащая корпус-статор с цилиндрической рабочей камерой, в которой эксцентрично и бескасательно к стенке рабочей камеры установлен цилиндрический ротор, в теле которого выполнены два аксиальных цилиндрических паза, образующих кромки на поверхности ротора, симметрично расположенных относительно оси вращения, с установленными в них поршнями-вытеснителями в форме криволинейных призм, полученных в результате пересечения внутренней и наружной цилиндрических поверхностей с образованием двух рабочих ребер, которые постоянно взаимодействуют с внутренней стенкой рабочей камеры, при этом внутренняя поверхность поршней-вытеснителей соприкасается с кромками пазов ротора, в том числе посредством упругих элементов. Камеры нагнетания и сжатия, изменяющие рабочий объем при вращении ротора, образованы ребрами поршней-вытеснителей, соприкасающимися со стенкой корпуса-статора, кромками пазов ротора, соприкасающихся с внутренней поверхностью поршней-вытеснителей и цилиндрической поверхностью ротора. Система впуска и выпуска рабочего тела выполнена бесклапанной в виде полостей в теле корпуса-статора, соединенных с патрубками.

Недостатками известной гидравлической машины является невозможность использования в качестве двигателя внутреннего сгорания из-за расположения впускной и выпускной полостей и направления вращении ротора, препятствующих реализации рабочего цикла двигателя, а также из-за отсутствия камеры сгорания и свечи зажигания.

Наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению машина [RU 2140544, опубл. 27.10.1999 г., МПК F01С 1/44. F02B 53/00. F04C 2/44. F04C 18/44. F01C 11/00], содержащая корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый крышками, ось, на которой последовательно установлено четное количество, по меньшей мере два рабочих органа, связанных с валом. Рабочие органы машины снабжены поршнями, шарнирно связанными с ними, имеющими форму усеченного сегмента, размещенными диаметрально с возможностью качения и сопряженными с внутренней поверхностью корпуса. Рабочие камеры машины образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса. Машина содержит механизм распределения рабочего тела, выполненный в виде каналов в теле оси, в стенках подвижного кольца, установленного на ось, привод которого осуществляется с помощью зубчатых колес от вала машины, и в стенках корпуса. Машина содержит элементы уплотнения, установленные в стенках поршней и рабочих органов.

Известная машина имеет существенные недостатки, ограничивающие ее применение в качестве двигателя внутреннего сгорания: сложность конструкции, сложность обеспечения герметичности рабочих камер и газораспределительного механизма при вращении поверхностей контакта, что приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД), значительные динамические нагрузки в точках контакта поршня и корпуса, что приводит к интенсивному износу деталей машины и снижает эксплуатационный ресурс, а также низкая удельная мощность и крутящий момент из-за малого относительного объема рабочих камер.

Задачей изобретения упрощение двигателя, повышение его удельной мощности, крутящего момента и механического КПД, увеличение надежности и эксплуатационного ресурса.

Техническим результатом является:

- упрощение за счет минимального количества деталей с простыми геометрическими формами, не требующих высокой точности изготовления,

- повышение механического КПД за счет минимизации площади трущихся поверхностей и повышенной герметичности машины, которая обеспечивается динамическим уплотнением рабочих камер,

- повышение удельной мощности и крутящего момента за счет реализации нескольких рабочих циклов за один оборот ротора, по числу выполненных в нем пазов, а также благодаря возможности установки эксцентриситета, оптимального для выбранного вида топлива,

- повышение эксплуатационного ресурса за счет уменьшения площади трущихся поверхностей, уравновешенности ротора, отсутствия высоконагруженных прецизионных механизмов.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом двигателе, включающем корпус с внутренней цилиндрической полостью, закрытый крышками, рабочий орган, по меньшей мере два поршня, сопряженных с внутренней поверхностью корпуса, в котором рабочие камеры образованы рабочим органом с поршнями и внутренней поверхностью корпуса, особенностью является то, что в качестве рабочего органа в полости корпуса эксцентрично, с возможностью изменения эксцентриситета, размещен цилиндрический ротор, не касающийся корпуса, в теле которого выполнены по меньшей мере два паза, расположенных аксиально и симметрично по углу вращения, причем сечение цилиндрической поверхности ротора поверхностью паза под углом от -45 до +45°С образует рабочую и нерабочую кромки ротора, в качестве поршня в пазах бесшарнирно установлены поршни-вытеснители, выполненные в форме прямой призмы с внутренней поверхностью, сопрягающейся с поверхностью паза с учетом технологических зазоров, и наружной цилиндрической поверхностью, которые пересекаются с образованием рабочих ребер, при этом рабочие ребра соприкасаются с поверхностью полости, а внутренние поверхности - с рабочими кромками ротора, на нерабочих кромках которого выполнены выборки, образующие совместно с рабочими камерами камеры сгорания, кроме того, в корпусе выполнены впускной и выпускной каналы, и установлена свеча зажигания, а в теле ротора и поршней-вытеснителей расположена система поджатая ребер поршней-вытеснителей к поверхности полости корпуса посредством упругих элементов, причем направление вращения ротора установлено от выпускного к впускному каналу.

Для снижения динамических нагрузок в точках контакта поршня с ротором и корпусом, рабочие кромки ротора и рабочие ребра поршней-вытеснителей с фронтальной стороны, относительно направления движения, целесообразно выполнить скругленными. Упругие элементы могут быть выполнены в виде пружин или пары постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами.

Предлагаемый двигатель, поперечный разрез которого показан на фиг. 1, состоит из корпуса-статора 1 с цилиндрической полостью, в которой эксцентрично и бескасательно к ее стенке установлен ротор 2 с пазами (условно тремя), расположенными аксиально и симметрично по углу вращения, образующими в сечении с цилиндрической поверхностью ротора рабочие и нерабочие кромки, а в последних выполнены выборки 3, формирующие камеры сгорания совместно с рабочими камерами 4. В пазах бесшарнирно установлены упругие элементы (условно не показаны) и поршни-вытеснители 5, рабочие ребра которых постоянно взаимодействуют с поверхностью полости, а внутренние цилиндрические поверхности соприкасаются с рабочими кромками ротора 2, образуя одну рабочую камеру 4 и две камеры сжатия 6. Система впуска топливно-воздушной смеси и выпуска отработанных газов выполнена в виде впускного 7 и выпускного 8 каналов в корпусе-статоре 1. Свеча зажигания 9 установлена в корпусе-статоре 1 перед выпускным каналом 8 согласно указанному направлению вращения.

При вращении ротора 2 изменяется рабочий объем рабочей камеры 4 и камер сжатия 6. При совмещении выборки 3 со свечой зажигания 9 (фиг. 2) происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, в результате чего повышается давление в камере сгорания, поршень-вытеснитель 5 воздействует на рабочую кромку ротора 2, а возникающий крутящий момент приводит к вращению ротора. При совмещении ребер поршней-вытеснителей 5 с кромками выпускного 8 (фиг. 3) и впускного 7 (фиг. 4) каналов происходит выпуск отработанных газов и впуск топливно-воздушной смеси, соответственно. Затем рабочая камера 4 начинает выполнять роль камеры сжатия 6 (фиг. 5), в которой происходит сжатие топливно-воздушной смеси и описанный цикл повторяется. За один оборот ротора происходит три двухтактных рабочих цикла.

Таким образом, предлагаемый двигатель прост, характеризуется большой удельной мощностью, крутящим моментом и механическим КПД, высокой надежностью, повышенным эксплуатационным ресурсом и может быть использован в промышленности.

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полостью, закрытый крышками, рабочий орган, поршни, сопряженные с внутренней поверхностью корпуса, в котором рабочие камеры образованы рабочим органом с поршнями и внутренней поверхностью корпуса, отличающийся тем, что в качестве рабочего органа в полости корпуса эксцентрично, с возможностью изменения эксцентриситета, размещен цилиндрический ротор, не касающийся корпуса, в теле которого выполнены по меньшей мере два паза, расположенные симметрично по углу вращения, причем сечение цилиндрической поверхности ротора поверхностью паза под углом от -45° до +45° образует рабочую и нерабочую кромки ротора, в качестве поршня в пазу бесшарнирно установлен поршень-вытеснитель, выполненный в форме призмы с внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями, которые пересекаются с образованием рабочих ребер, при этом рабочие ребра соприкасаются с поверхностью полости, а внутренние поверхности - с рабочей кромкой ротора, на нерабочей кромке ротора выполнена выборка, образующая совместно с рабочей камерой камеру сгорания, кроме того, в корпусе выполнены впускной и выпускной каналы, и установлена свеча зажигания, а в теле ротора и поршня-вытеснителя расположена система поджатия ребер поршня-вытеснителя к поверхности полости корпуса, причем направление вращения ротора установлено от выпускного к впускному каналу.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система поджатия поршня-вытеснителя выполнена в виде пружин.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система поджатия поршня-вытеснителя выполнена в виде пары постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рабочие кромки ротора и рабочие ребра поршней-вытеснителей с фронтальной стороны, относительно направления движения, выполнены скругленными.