РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
VANED-ROTOR ICE

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением лопастных рабочих органов в кольцевом рабочем пространстве корпуса.
Из уровня техники известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (РЛДВС) по патенту РФ на изобретение (№2063526, МПК: F02B 53/00, опубл. 1996.07.10), который содержит неподвижный корпус с внутренней цилиндрической полостью, в которой расположены лопастные рабочие органы, кинематически связанные между собой синхронизирующим механизмом, представляющим собой две пары эллиптических шестерен и промежуточный (выходной) вал, установленный за пределами цилиндрической полости двигателя.
Основными недостатками такой конструкции являются увеличенные размеры и масса двигателя, сложность изготовления и балансировки эллиптических шестерен, а также ненадежность работы зубчатого соединения эллиптической формы.
Из уровня техники также известен РЛДВС по патенту РФ на полезную модель (№80509, МПК: F02B 53/00, опубл. 2009.02.10), содержащий корпус с цилиндрической полостью, в которой находятся лопастные рабочие органы на полых валах, с установленным внутри них выходным валом, синхронизирующим механизмом, представляющим собой храповые механизмы, газораспределительный механизм, состоящий из впускных и выпускных клапанов и 8 свечей зажигания, расположенных через 45 градусов по окружности корпуса двигателя.
Основным недостатком этого двигателя является наличие сложного газораспределительного механизма, состоящего из впускных и выпускных клапанов, и наличие восьми камер сгорания, расположенных равномерно по окружности корпуса двигателя.
Из уровня техники известен РЛДВС по патенту РФ на изобретение (№2292470, МПК: F02B 53/00; F01C 1/077, опубл. 2007.01.27), который содержит корпус с кольцевой рабочей камерой, имеющей впускное и выпускное окна, с расположенными в ней двумя парами лопастей, имеющими возможность совершать вращательное движение с переменной скоростью и установленными на соосных полых валах, соединенных с выходным валом механизмом синхронизации, содержащим зубчатые колеса переменного радиуса.
Основным недостатком известного патента является синхронизирующий механизм, состоящий из зубчатых шестерен переменного радиуса и выходного вала, вынесенного за границы цилиндрической рабочей камеры двигателя. Зубчатые шестерни такой формы сложны и дороги в изготовлении, а главное: не обеспечивают надежной и долговечной работы синхронизирующего механизма.
Из уровня техники также известен РЛДВС по патенту на изобретение (US 5727518A, опубликованный 17.03.1998 г.), который является наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению и принятый нами за прототип.
Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержит корпус с цилиндрической полостью, имеющей впускное и выпускное окна, с расположенными в ней двумя парами лопастей, имеющими возможность совершать вращательное движение с переменной скоростью, закрепленными на валах и соединенных посредством синхронизирующих механизмов и выходного вала, причем синхронизирующие механизмы, обеспечивающие кинематическую связь между валами, выполнены в виде двух редукторов, установленных по одному на каждую пару лопастей и состоящих из шестерен и храповых механизмов.
Недостатком известного РЛДВС является конструкция массивных лопастей, внутри которых находится ведущий вал, кроме того при работе двигателя, лопасти испытывают значительные знакопеременные нагрузки, что требует увеличенного сечения основания лопасти, что может быть достигнуто за счет уменьшения рабочего хода, а значит и уменьшения передаточного отношения синхронизирующих механизмов. Это уменьшит размеры и массу редукторов, и упростит конструкцию храповых механизмов.
Задачей изобретения является создание роторно-лопастного двигателя с простым газораспределительным механизмом без впускных и выпускных клапанов, с надежным синхронизирующим механизмом.
Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с цилиндрической полостью, имеющей впускное и выпускное окна, с расположенными в ней двумя парами лопастей, имеющими возможность совершать вращательное движение с переменной скоростью и закрепленными на полых валах, соосно установленных между собой и корпусом и соединенных посредством синхронизирующих механизмов и выходного вала, причем синхронизирующие механизмы, обеспечивающие кинематическую связь между полыми валами, выполнены в виде двух редукторов, установленных по одному на каждый полый вал и состоящих из шестерен и храповых механизмов, при этом одна из шестерен редуктора жестко сидит на выходном валу, установленном внутри полых валов соосно с ними и связанном с полыми валами посредством двух храповых механизмов.
Отличие двигателя по предложенному изобретению состоит в том, что шестерни выполнены цилиндрическими, при этом другая цилиндрическая шестерня редуктора свободно сидит на полом валу и обеспечивает через храповой механизм вращение полого вала, причем полый вал в момент воспламенения от движения в обратную сторону удерживается храповым механизмом, а два храповых механизма, посредством которых выходной вал связан с полыми валами, расположены внутри полых валов.
Технический результат заключается в том, что синхронизация движения лопастей производится с помощью цилиндрических шестерен и храповых механизмов, причем ведущие шестерни редукторов, жестко сидят на выходном валу, а ведомые цилиндрические шестерни редукторов свободно сидят на полых валах, передавая им вращение, только в одну сторону через храповые механизмы, а два других храповых механизма, посредством которых выходной вал связан с полыми валами, расположены внутри полых валов, ведущий вал установлен внутри полых валов на подшипниках качения.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - двигатель, продольный разрез;
на фиг.2 - то же, поперечный разрез;
на фиг.3 - вид сбоку;
на фиг.4 - разрез А-А;
на фиг.5 - разрез В-В.
Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (РЛДВС) состоит из корпуса 1 с цилиндрической рабочей полостью, в которой, соосно ей, установлены два рабочих лопастных органа, каждый из которых состоит из полых валов 2 и 3 и попарно жестко сидящих на них лопастях 4, 5, 6 и 7. Причем на полом валу 2 сидят лопасти 4 и 6, а на полом валу 3 сидят лопасти 5 и 7. Внутри полых валов 2 и 3 и соосно с ними установлен выходной вал 8, связанный с полыми валами посредством двух храповых механизмов 9, расположенных внутри полых валов 2 и 3.
Кроме того, выходной вал 8 связан с полыми валами 2 и 3 через синхронизирующие механизмы, представляющие собой два редуктора, установленные по одному на каждый полый вал 2 и 3 и состоящие из цилиндрических шестерен 10, жестко сидящих на выходном валу 8, сателлитов 11, вращающихся в неподвижном водиле 12, жестко прикрепленном к корпусу 1 двигателя и цилиндрических шестерен 13, сидящих свободно на полых валах 2 и 3. Цилиндрические шестерни 13 могут передавать вращение валам 2 и 3 через храповые механизмы 14 редуктора, позволяя полым валам поворачиваться иногда без связи с цилиндрической шестерней 13, т.е. поочередно быть то ведущим, то ведомым. Направление вращения задают храповые механизмы 15 и 16, установленные между наружной поверхностью полых валов 2 и 3 и неподвижным водилом 12 с обеих сторон от цилиндрической рабочей полости.
Предлагаемый двигатель имеет также свечу зажигания 17, впускное 18 и выпускное 19 окна.
Соосность полых валов 2 и 3 и корпуса 1 обеспечивают подшипники 20, а соосность выходного вала 8 с полыми валами 2 и 3 обеспечивают подшипники качения 21.
Двигатель работает следующим образом.
При воспламенении от свечи 17 горючей смеси, сжатой между лопастями 4 и 5, начинается вращение полого вала 2 с лопастями 4 и 6. Через храповой механизм 9 полый вал 2 передает вращение на выходной вал 8, при этом полый вал 2 в данный момент является ведущим, а вал 3 - ведомым. Полый вал 3 с лопастями 5 и 7 в момент воспламенения от движения в обратную сторону удерживается храповым механизмом 15, а затем выходной вал 8 через редуктор поворачивает полый вал 3 с лопастями 5 и 7 со скоростью в три раза меньшей, чем собственная скорость, за счет передаточного отношения редуктора. Поэтому при повороте полого вала 2 (в данный момент ведущего) на 135 градусов, полый вал 3 (в данный момент ведомый) повернется на 45 градусов. При этом полый вал 2 провернется внутри цилиндрической шестерни 13 свободно, не передавая на нее крутящий момент.
Принудительное вращение полого вала 2 будет происходить до момента падения давления в полости между лопастями 4 и 5, т.е. до момента открытия выпускного окна 19. В этот момент включается стопор храповика 16 на наружной поверхности полого вала 2, защелкивается храповик 9 на внутренней поверхности полого вала 3 и выходного вала 8, подается искра на свечу зажигания 17, и полые валы 2 и 3 меняются ролями, т.е. полый вал 3 становится ведущим, а полый вал 2 - ведомым. Выходной вал 8, через редуктор, повернет полый вал 2 на 45 градусов, в то время как полый вал 3 повернется на 135 градусов. Редуктор со стороны вала 3 не окажет сопротивления вращению, поскольку храповой механизм 14 редуктора позволяет полому валу 3 вращаться быстрее цилиндрической шестерни 13. То же самое относится и к взаимодействию вала 2 со своей шестерней 13 и храповым механизмом 14 редуктора.
Выхлопные газы выводятся через окно 19, а свежая смесь или воздух поступают через впускное окно 18.
Использование предложенной конструкции синхронизирующего механизма позволяет повысить надежность РЛДВС.