ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Предлагаемое изобретение относится к области моторостроения и может быть использовано в легкомоторной авиации, на всех транспортных средствах и катерах.
Известен поршневой ДВС (двигатель внутреннего сгорания).
Недостатком известного ДВС является неполное сгорание топливной смеси, большой расход топлива, большой размер, трудоемкость изготовления и ремонта, малый ресурс, проблематичность запуска при отказе стартера или слабом аккумуляторе и вибрация на холостых оборотах.
Близким к заявленному изобретению является роторно-поршневой ДВС Ванкеля.
Недостатком известного ДВС является большой расход топлива, малый ресурс, планетарная передача, неполное сгорание топливной смеси и охлаждение жидкостью только вокруг камеры сгорания и цилиндра. Источник: Интернет «Альтернативные двигатели внутреннего сгорания».
Ближайшим аналогом изобретения является двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр правильной формы с размещенным в нем округлым ротором, жестко установленным на ведущем валу (см. патент US 4365472 A, F02C 5/00, 1982 (1)).
Целью заявленного изобретения является попытка продвижения в области отечественного моторостроения и получения экономичного, экологически чистого, компактного, легкого в изготовлении и ремонте ДВС.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый ДВС обещает: быть экологически чистым, малый расход топлива, малый размер, малый вес, легкое изготовление и ремонт, отсутствие вибрации.
Предложенный образец состоит из колеса (в дальнейшем - ротор), жестко установленного на ведущий вал двигателя, вращающегося в цилиндре правильной формы; вспомогательного двухтактного (модернизированного четырехтактного) цилиндра с поршнем, примыкающего к стенке цилиндра ротора, отличающийся от ДВС Ванкеля с трехгранным ротором (поршнем) в цилиндре специального профиля и планетарной передачей.
Таким образом двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр правильной формы с размещенным в нем округлым ротором, жестко установленным на ведущем валу, отличается тем, что в углублении верхней поверхности ротора приделаны перемычки с наклоном относительно линии диаметра ротора в сторону от вращения ротора, перемычки равномерно распределены по всему кругу ротора, средняя часть ротора имеет форму барабана, состоящего из двух равных камер (впускной и выпускной), разделенных перегородкой, на перегородке проделаны отверстия под углом по ходу вращения ротора для забора охлаждающей жидкости, в центральной части перегородки вдоль окружности ведущего вала проделаны отверстия для выдавливания воздуха из одной камеры в другую во время заправки двигателя охлаждающей жидкостью.
На чертежах представлены:
фиг.1 - общий вид ДВС в разрезе;
фиг.2 - узел Б на фиг.1;
фиг.3 - цилиндр ротора;
фиг.4 - узел В на фиг.3;
фиг.5 - узел Г на фиг.3;
фиг.6 - масляный насос.
Устройство ротора 31 (фиг.1-5).
Внешняя поверхность ротора напоминает внешнюю поверхность колеса водяной мельницы, то есть в углублении верхней поверхности ротора (как в пустой катушке) приделаны перемычки с оптимальным наклоном (относительно линии диаметра ротора) в сторону от вращения ротора для улавливания струи воспламененной топливной смеси. Перемычки равномерно распределены по всему кругу ротора. Их количество подбирается в зависимости от диаметра ротора и чтобы с большей пользой использовать поток поступающей воспламененной топливной смеси на вновь подходящие перемычки вращающегося ротора. Чем больше диаметр ротора, с учетом вместимости двигателя в моторный отсек, тем лучше, потому что отяжеленный присутствием ОЖ (охлаждающая жидкость) в камерах ротор выдает положительный эффект после раскручивания. Центральная часть ротора имеет форму барабана, состоящего из двух равных камер (передняя - впускная, задняя - выпускная), разделенных перегородкой параллельно ровным сторонам барабана. На перегородке, вдоль обтекаемой поверхности барабана проделано необходимое количество отверстий 35 под углом по ходу вращения ротора для забора ОЖ (фиг.1, 3). В разделяющей камеры перегородке (вдоль окружности ведущего вала) проделаны маленькие отверстия 20 для выдавливания воздуха из одной камеры в другую и далее в канал вала во время первой заправки двигателя ОЖ (фиг.1, 3). Камеры ротора образовываются за счет крышек 26, 27 ротора (фиг.1).
Цилиндр 37 ротора (фиг.1-5). Незнание возможностей заводов и новых технологий толкает на два возможных варианта изготовления цилиндра и ротора. Идеальным вариантом было бы покрытие внутренней поверхности цилиндра (или целиком цилиндр) и сами перемычки ротора выполнить из керамики. Первый, известный вариант, когда поверхность цилиндра гладкая, а перемычки ротора прижимаются к стенке цилиндра под воздействием плоских пружин - мы получаем малый ресурс, но большую мощность двигателя.
Второй вариант, я больше склонен к этому варианту, когда перемычки ротора неподвижны и чуть не касаются стенки цилиндра - мы получаем больший ресурс, но, возможно, меньшую мощность. Может малая потеря энергии компенсируется за счет сферической внутренней поверхности цилиндра и частого расположения перемычек.
В этом варианте, возможно, не понадобится охлаждение жидкостью рубашки охлаждения двигателя (трение отсутствует), хотя бы передней ее части, а только ротора. В случае, когда перемычки ротора подвижны и касаются стенки цилиндра, длина входного окна в цилиндр должна быть короче перемычек ротора для исключения проваливания перемычек. Цилиндр имеет два окна: входное и выхлопное. Выхлопное окно цилиндра располагается как можно ближе к входному для максимального использования воспламененной смеси, проделывающей почти полный круг внутри цилиндра, и полного ее выгорания. В этом случае ротор выполняет вторичную роль - роль глушителя. На фиг.1 и 3 предлагаются разные варианты изготовления цилиндра: в первом - из двух колец, во втором - литой, цельный.
Ведущий вал 2 (фиг.1) полый, с перегородкой на уровне перегородки ротора. В границах камер ротора проделаны отверстия в валу для поступления и убывания из ротора ОЖ, фиг.1. Также на валу имеются входные 15 (фиг.1) и выходные 47 (фиг.1) отверстия. Внешняя поверхность вала имеет выточки различного диаметра для крепления и установки деталей двигателя. Ведущий вал установлен на четырех подшипниках и легко раскручивается, а компрессия (при запуске) единственного поршня во вспомогательном цилиндре - не сильно этому препятствует. Два подшипника расположены по обе стороны ротора в специальных гнездах и закрытыми сторонами повернуты в сторону ротора. Они не должны нагреваться до критической температуры, так как охлаждаются жидкостью через вал и корпус двигателя, маслом из картера и обдувом специальными выступами на стенках ротора. Тип подшипников подбирается с учетом долговечности. Два других подшипника расположены по обоим концам вала. Маловероятно, что два подшипника одновременно выйдут из строя по одну сторону вала до обнаружения поломки по характерному шуму. По конструкции есть возможность упереть вал дополнительно в упоры с применением вкладыша. Подшипники с обеих сторон ротора применены лишь потому, что они своими закрытыми сторонами предотвращают попадание масла в роторный отсек. Закрывающая шайба 70 (фиг.2) должна надежно уплотнена, особенно внешняя ее окружность, и для страховки может быть применена асбестовая прокладка в точке 71. Выступ стенки 72 ротора должен быть как можно выше уровня масла. Данного уровня масла по отношению к подшипнику должно быть достаточно (фиг.2).
Вспомогательный двухтактный (устроенный, как четырехтактный) цилиндр со специальной перегородкой примыкает к стенке цилиндра ротора по правую сторону двигателя (вращение вала по часовой стрелке) и служит для создания такта сжатия в камере сгорания. Спецперегородка устанавливается между ВМТ (верхняя мертвая точка поршня) и камерой сгорания. Имеет сегментные выборки (отверстия) вдоль стенки цилиндра по кругу, необходимые для пропуска в цилиндр всасываемой поршнем топливной смеси и обратного выпуска ее - в камеру сгорания.
Нет необходимости описывать устройство и систему подачи топлива в уже имеющиеся четырехтактные цилиндры, применяемые в двигателях, - они вам известны.
Принцип работы двигателя: после создания такта сжатия и проскакивания искры во вспомогательном цилиндре сразу открывается выпускной клапан. Спецперегородка сдерживает основной напор воспламененной смеси и направляет его не на возврат поршня, а на раскручивание ротора через входное окно 52 (фиг.3) под углом (относительно линии диаметра цилиндра) в сторону от вращения ротора. Воспламененная смесь, проделав почти полный круг внутри цилиндра, превращается в выхлопные газы и выходит через выхлопное окно 55 (фиг.3). Распределительный вал вспомогательного цилиндра должен быть выполнен так, чтобы после создания такта сжатия поршнем и преодоления ВМТ проскакивает искра и сразу открывается выпускной клапан цилиндра. После закрытия выпускного клапана, а поршень не ушел далеко от ВМТ, тут открывается впускной клапан. В этом случае «четырехтактник» становится «двухтактником». Смазка стенки цилиндра обеспечивается из картера двигателя (картер двигателя и картер вспомогательного цилиндра сообщаются).
Валы ведущего, распределительного и коленчатого (вал вспомогательного цилиндра) соединены одной (или двумя) цепью.
Звездочки на валы и ход поршня подбираются так, чтобы ротор чаще получал порции воспламененной топливной смеси малыми дозами.
Вместо впускного клапана можно использовать впрыск. Спецперегородка способствует испарению топливной смеси после первого цикла поршня. Для надежности работы цилиндра можно использовать две свечи. Корпус вспомогательного цилиндра крепится к стенке цилиндра ротора так, чтобы воспламененная смесь, выходящая через выпускной клапан вспомогательного цилиндра, попадала в роторный отсек через входное окно 52 (фиг.3), проделывая как можно меньшее расстояние.
Система охлаждения двигателя: ОЖ поступает из радиатора через патрубок 4 (фиг.1) в канал ведущего вала через отверстия 15 (фиг.1) в переднюю камеру ротора и через отверстия 35 в перегородке ротора (фиг.1, 3) попадает в заднюю камеру, далее через канал вала и отверстия 47 в валу (фиг.1) уходит через патрубок 48 (фиг.1) в печку и в радиатор через патрубки 42, 29 (фиг.1). В этом случае, независимо от крыльчатки, ротор пропускает через себя ОЖ, выполняя роль насоса. Большая часть ОЖ, после выхода из радиатора, идет в рубашку охлаждения двигателя через патрубки 4, 6, 22 (фиг.1). При первой заправке двигателя ОЖ в верхней части барабана остается воздух. Двигатель запускается, прибывающая в переднюю камеру ОЖ из вала продолжает заполнять переднюю камеру ОЖ, выдавливая воздух под воздействием центробежной силы во вторую камеру через маленькие отверстия перегородки и далее через отверстия вала и канал вала уходит в рубашку охлаждения. Доливается жидкость.
Сборка двигателя: все основные детали двигателя собираются на один прямой вал. Можно вал раздвоить в месте нахождения перемычки в канале вала и двигатель будет состоять из двух частей, но тогда будет нужна особая точность при стыковке двух половин вала при сборке.
Сборка двигателя осуществляется, начиная с установки перегородки ротора с внешней оболочкой барабана с перемычками на вал в местах креплений 39 (фиг.1). Крепятся крышки 26, 27 ротора (фиг.1) с применением прокладок. Если ротор выбран с наличием подвижных перемычек, то перемычки сжимаются специально изготовленным зажимом и вставляются в цилиндр. Далее двигатель собирается с обеих сторон ротора с применением прокладок, где они необходимы.
Для соблюдения центровки и легкого попадания болтами в нужные отверстия необходимо на крышках корпуса двигателя сделать выточки и предусмотреть направляющие.
После установки ротора в цилиндр закрывается роторный отсек крышками 25, 51 (фиг.1), предварительно впрессовав в них подшипники 21, 45 (фиг.1) и застопорив их кольцами 23, 44 (фиг.1). Потом крепятся передняя и задняя крышки 18, 28 рубашки охлаждения (фиг.1).
Сборка задней части двигателя: крепится крышка 57 сектора смазки (фиг.1), предварительно установив в нее сальники 46 (фиг.1), повернув друг к другу тыльными (нерабочими) сторонами. В заднюю крышку 34 (фиг.1) впрессовать подшипник 32 и сальник 49 (фиг.1) соответственно и прикрепить к крышке 57 сектора смазки (фиг.1). Закрутить в вал заглушку 30 (фиг.1). Впрессовать подшипник 36 (фиг.1) в вал. Установить маховик 38 (фиг.1).
Сборка передней части двигателя: устанавливается неподвижно звездочка 16 (фиг.1) и шестерня 14 масляного насоса (фиг.1). Тыльной стороной звездочка упирается об выточку в вале, между шестерней и звездочкой - шайба. Прижимаются эти две детали гайкой 12 (фиг.1) с применением контровочной шайбы-пластины. Далее устанавливается крышка 8 масляного отсека (фиг.1), имея в себе впрессованные подшипник 19 и сальник 17 (фиг.1) соответственно. Форма крышки 8 масляного отсека (фиг.1) будет зависеть от использования одной или двух цепей.
Устанавливается на вал неподвижно крыльчатка 13 (фиг.1) и крепится гайкой. Передняя крышка 5 (фиг.1) с подшипником 7 (фиг.1) и сальником 9 (фиг.1) крепится к крышке 8 (фиг.1) в месте крепления 11 (фиг.1). Все крышки двигателя, кроме крышки масляного отсека, округлые. Устанавливается шкив 3 (фиг.1) на вал 2 (фиг.1) неподвижно и крепится болтом-заглушкой 1 (фиг.1).
Все основные детали двигателя выполняются на токарном станке и методом отлива.
Фиг.1: 1 - болт-заглушка; 2 - вал; 3 - шкиф; 4 - входной патрубок из радиатора; 5 - передняя крышка; 6 - патрубок, соединяющийся с патрубком 22; 7 - подшипник; 8 - крышка масляного отсека; 9 - сальник; 10 - резьба; 11 - место крепления; 12 - гайка; 13 - крыльчатка вентиляторного типа; 14 - шестерня масляного насоса; 15 - входные отверстия в вал; 16 - звездочка; 17 - сальник; 18 - передняя крышка рубашки охлаждения; 19 - подшипник; 20 - отверстия для выпуска воздуха; 21 и 45 - подшипники; 22 - входной патрубок рубашки охлаждения; 23 и 44 - стопорные кольца; 24 - болт-заглушка; 25 - передняя крышка отсека ротора; 26 и 27 - крышки ротора; 28 - задняя крышка рубашки охлаждения; 29 - выходной патрубок ОЖ (в радиатор); 30 - заглушка; 31 - ротор; 32 - подшипник; 33 - перемычка ротора; 34 - задняя крышка; 35 - перепускные отверстия; 36 - подшипник первичного вала коробки передач; 37 - цилиндр; 38 - маховик; 39 - крепление перегородки ротора; 40 - болты крепления маховика; 41 - охлаждающая жидкость; 42 -приемный патрубок из вала и печки; 43 - сапун; 46 - сальники; 47 - выходные отверстия вала; 48 - выходной патрубок (в печку и патрубок 42); 49 - сальник; 50 - места крепления кожуха сцепления; 51 - задняя крышка отсека ротора, 57 - крышка сектора смазки.
Фиг.3: 52 - входное окно цилиндра ротора; 53 - места креплений крышки отсека ротора; 54 - рубашка охлаждения цилиндра ротора; 55 - выхлопное окно цилиндра ротора; 56 - места крепления выхлопной трубы.
Узел В (фиг.4) - вид места крепления вспомогательного поршня со своей рубашкой охлаждения к стенке цилиндра ротора; узел Г (фиг.5) - вид рубашки охлаждения цилиндра в разрезе.
Для предложенного двигателя известные масляные насосы громоздки и трудоемки, поэтому в фиг.6 я предлагаю испытанный мной вариант насоса. Он будет не таким большим, как на чертеже.
58 - накопитель масла; 59 - верхнее крепление к корпусу; 60 - вал прерывателя-распределителя; 61 - трубка; 62 - ведущая шестерня масляного насоса; 63 - ведомая шестерня масляного насоса; 64 - вал двигателя; 65 - нижнее крепление к корпусу; 66 - вращающаяся часть насоса; 67 - корпус насоса; 68 - маслоприемник; 69 - сетка.
Маслоприемник имеет выпуклые отверстия (как на овощной терке), направленные в сторону вращения, и очень эффективен. Трубочки доставят масло к местам смазки вплоть до кулачков.