ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОЗВРАТНО-КАЧАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SWINGING MOVEMENT OF WORKING MEMBERS

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при разработке роторных двигателей.
Известен двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащий корпус, в котором расположены компрессорная и рабочая секции с цилиндрическими рабочими камерами, разделенными радиальными выступами корпуса на полости изменяемого объема, ротор с качающимся валом, расположенный по оси секций и снабженный рабочими органами в виде лопастей, механизм преобразования движения ротора, связанный с выходным валом, впускной коллектор компрессорной секции с автоматическими клапанами на входе, перепускной канал, связывающий компрессорную и рабочую секции и коллектор выпуска отработавших газов из рабочей секции, причем перепускной канал и коллектор выпуска снабжены запорными элементами (см. патент США №2989040, кл. 123/18R, опубл. 1961).
Недостатком этого двигателя является внедрение каналов в радиальные выступы корпуса, что требует установки дополнительного блока с запорными элементами и наличие перепускных каналов в виде трубопроводов большой протяженности от компрессора до рабочей секции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащий корпус, в котором расположены компрессорная и рабочая секции с рабочими камерами, разделенными радиальными выступами корпуса на полости изменяемого объема, ротор с качающимся валом, расположенный по оси секций и снабженный рабочими органами в виде лопастей, механизм преобразования движения рессорной секции с автоматическими клапанами на входе, перепускной канал, связывающий компрессорную и рабочую секции, и коллектор с элементами выполненных в виде последовательно расположенных качающегося цилиндрического золотника с диаметральным проходным отверстием, управляемого кулачком, установленным на оси ротора, и подпружиненного отсечного клапана, а запорный элемент коллектора выпуска выполнен в виде двуплечей качающейся заслонки, общей для двух соседних полостей и подвижно установленной на оси в радиальном выступе корпуса, а на оси заслонки закреплен рычаг, охваченный качающейся вилкой, контактирующей с толкателем, установленным на оси ротора (RU 2006612 С, 30.01.1994).
Данное устройство принято за прототип.
Недостатком этого устройства является отсутствие технических средств для создания компрессии и смазки трущихся поверхностей, механизм преобразования движения ротора с лопастями, связанный с выходным валом, и перепускной канал, связывающий рабочую и компрессорную секции с горючей смесью.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является совершенствование конструкции двигателя внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, направленное на повышение долговечности, работоспособности, надежности в работе и уменьшение расхода горючего на единицу веса.
Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащем корпус двигателя с неподвижными заслонками, разделяющими корпус на рабочие камеры, ротор с качающимся валом, снабженный рабочими органами в виде лопасти, впускной коллектор, перепускной канал и коллектор выпуска отработавших газов, причем запорный элемент коллектора выпуска выполнен в виде двуплечей качающейся заслонки, общей для двух соседних полостей и подвижно установленной на оси в радиальном выступе корпуса, а на оси заслонки закреплен рычаг, охваченный качающейся вилкой, контактирующей с толкателем, установленным на оси ротора, особенность состоит в том, что в корпусе двигателя и роторе выполнены вырезы с образованием конусообразных углублений, прямым углом направленных к пазухе, образованной между корпусом двигателя и ротором, в которые вкладываются сегменты, имеющие профиль конусообразного углубления, опирающиеся концами в перемычки, расположенные в корпусе двигателя, и поддерживающиеся пружинами, с противоположных сторон перемычек в корпусе двигателя выполнены входное и выходное отверстия, двигатель включает два полукольца, связанных между собой хомутами и входящих в пазы, выполненные в лопастях по обе стороны рабочих камер с креплением винтами, и сегменты, входящие в пазы неподвижной заслонки по обе стороны соседних рабочих камер и поддерживающиеся пружинами, через три рычага, расположенных на входе вала ротора, и шатунами, шарнирно связанными с шестернями, установленными на осях, закрепленных в картере, вращательное движение передается на шестерню ступенчатого вала двигателя, а между ступенчатыми поверхностями вала ротора и вала двигателя установлены втулки скольжения, по оси вала двигателя выполнен канал с перемычками и входным и выходным отверстиями, связанными с пазухами двигателя и компрессора, перепускной канал связывает секции двигателя и компрессора с входным пружинистым двуплечим и выходным автоматическим подпружиненным клапанами через герметичную камеру с корпусом для сбора воздуха, расположенную между корпусами компрессора и двигателя, с закрепленными на каждую камеру сгорания двигателя смесителями воздуха и горючего, имеющими корпус с перепускным каналом с возможностью перекрываться подпружиненным клапаном, установленным на осях, закрепленных в корпусе смесителя, и снабженным рычагом, контактирующим с кулачком, установленным на оси вала ротора, перепускной канал смесителя сообщается с камерой, расположенной между задней крышкой корпуса и перегородкой с отверстием, равным диаметру поршня, имеющим общую ось с цилиндром, сообщающимся со смесительной камерой, образованной между цилиндром и корпусом смесителя, связанными продольными перемычками, и через выходное отверстие смесителя с камерой сгорания двигателя, в цилиндре совершает возвратно-поступательное движение пустотелый поршень, на одном конце которого закреплен стержень, проходящий через отверстие в задней крышке, с ограничителем, на который опирается пружина, а на другом конце поршня закреплен стержень, входящий в отверстие конусообразного сужения цилиндра, с прорезью, соединяющей рабочую камеру цилиндра и смесительную камеру смесителя, и прорезью, соединяющей через выходное отверстие смесителя смесительную камеру и камеру сгорания двигателя, с возможностью перекрываться, при этом горючее поступает в рабочую камеру цилиндра, а поршень перекрывает наружной поверхностью отверстие в перегородке.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия».
На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель и компрессор, вид сбоку, разрез D-D на фиг.2; на фиг.2 - вид двигателя спереди, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид двигателя сзади, разрез С-С на фиг.1; на фиг.4 - вид компрессора спереди, разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - вид смесителя сбоку, разрез Е-Е на фиг.6; на фиг.6 - вид смесителя сзади, разрез F-F на фиг.5; на фиг.7 - вид лопасти спереди в камере сгорания со стороны неподвижной двуплечей заслонки; на фиг.8 - вид лопасти сбоку, разрез К-К на фиг.7; на фиг.9 - вид неподвижной двуплечей заслонки спереди в камере сгорания со стороны лопасти; на фиг.10 - вид неподвижной двуплечей заслонки сбоку разрез М-М на фиг.9.
Двигатель имеет цилиндрический корпус 1 с закрепленными на нем двуплечими неподвижными заслонками 2, разделяющими корпус на рабочие камеры 3 с выходными отверстиями 4, выход из которых регулируется двуплечей качающейся заслонкой 5, установленной на осях в радиальном выступе корпуса, а на оси заслонки 5 установлен рычаг 6. В зазоре 7, между корпусом 1 и ротором 8, соединяющем рабочую камеру 3 с атмосферой, выполнены вырезы с образованием конусообразных углублений, прямым углом направленных к пазухе 9, образованной между корпусом 1 и ротором 8, в которые вкладываются сегменты 10, имеющие профиль конусообразного углубления и опирающиеся концами в перемычки 11, расположенные в корпусе 1 двигателя по осям неподвижных двуплечих заслонок 2 и поддерживающиеся пружинами 12. С противоположных сторон перемычек 11 в корпусе 1 выполнены входное 13 и выходное 14 отверстия для прохода смазки. Два полукольца 15, связанных между собой хомутами 16 и входящих в пазы 17, выполненные в лопастях по обе стороны рабочих камер 3, установлены в зазоре 7 с креплением винтами 18. Сегменты 19 входят в пазы 20 неподвижной двуплечей заслонки 2 по обе стороны соседних рабочих камер 3 и поддерживаются пружинами 21.
Ротор 8 с качающимся валом 22 снабжен рабочими органами в виде лопастей 23 и через три рычага 24 с помощью шатунов 25, сопряженных с шестернями 27, установленными на осях 28, закрепленных в картере 29 (выполненного условно) передает движение на шестерню 30 ступенчатого вала 31 двигателя. Диаметр ступеней вала 31 уменьшается в сторону компрессора.
Между ступенчатыми поверхностями вала 22 ротора и вала 31 двигателя установлены втулки скольжения 32, по оси вала двигателя для прохода охладителя выполнен канал 33 с перемычками 34 с входными 35 и выходными 36 отверстиями, связанными с пазухой 37 двигателя и пазухой 38 компрессора.
Проход воздуха осуществляется от компрессора 39 с входным пружинистым двуплечим клапаном 40 и выходным автоматическим подпружиненным клапаном 41 и через герметичную камеру 42 с корпусом 43 для сбора воздуха, расположенную между корпусами компрессора 39 и двигателя 1, с закрепленными последовательно на каждую камеру сгорания 44 двигателя смесителями 45 воздуха и горючего. Смесители 45 имеют корпус с перепускным каналом 46, установленным с возможностью перекрываться подпружиненным клапаном 47. Клапан 47 установлен на осях 48, закрепленных в корпусе смесителя 45 и снабжен рычагом 49, контактирующим через подпружиненный толкатель с кулачком 50, установленным на оси вала 22 ротора.
Перепускной канал 46 смесителя по ходу движения воздуха сообщается с камерой 51, расположенной между задней крышкой 52 корпуса смесителя 45 и перегородкой 53 с отверстием 54, равным диаметру поршня 55, имеющего общую ось с цилиндром 56. Камера 51 сообщается со смесительной камерой 57, образованной между цилиндром 56 и корпусом смесителя 45, связанными продольными перемычками 58, и через выходное отверстие 59 смесителя с камерой сгорания 44 двигателя.
Для подачи горючего в цилиндре 56 совершает возвратно-поступательное движение пустотелый поршень 55, на одном конце которого закреплен стержень 60, проходящий через отверстие в задней крышке 52 с ограничителем 61, на который опирается пружина 62. На другом конце поршня 55 закреплен стержень 63, входящий в отверстие 64 конусообразного сужения цилиндра с прорезью 65, соединяющей рабочую камеру 66 цилиндра 56 и смесительную камеру 57 смесителя 45, с возможностью при движении перекрываться, играя роль отсечных клапанов.
Прорезь 67 соединяет через выходное отверстие 59 смесителя 45 смесительную камеру 57 и камеру сгорания 44 двигателя с возможностью при движении перекрываться, играя роль отсечных клапанов.
Отверстие 68 служит для подачи горючего через корпус смесителя 45 и смесительную камеру 57 в рабочую камеру 66 цилиндра 56 с возможностью перекрываться цилиндрической поверхностью поршня 55. Торцевой поверхностью поршня 55 перекрывается отверстие в перегородке 53, выполняя роль отсечных клапанов.
Работа двигателя (показана работа одной рабочей камеры устройства) происходит следующим образом.
На чертежах показано, в компрессоре, при качательном движении лопасти в рабочей камере к противоположной неподвижной двуплечей заслонке в результате образования вакуума плечо двуплечего пружинистого клапана 40 открыто, пропуская воздух в рабочую камеру из атмосферы, а по ходу движения лопасти плечо закрыто, и воздух под давлением через открытый выходной автоматический подпружиненный клапан 41 попадает в герметичную камеру 42 для сбора воздуха. При подходе лопасти компрессора к противоположной неподвижной двуплечей заслонке клапаны 40 и 41 закрываются, и далее по ходу движения воздуха по перепускному каналу 46 смесителя, который при открытом подпружиненном клапане 47, за счет действия подпружиненного толкателя на рычаг 49, контактирующего с кулачком 50, установленным на оси общего вала 22 ротора, сообщается с камерой 51 через открытое отверстие 54 в перегородке 53 за счет действия воздуха под давлением на поршень 55 со смесительной камерой 57. В камере 57 воздух смешивается с ранее поступившим горючим через отверстие 68 из рабочей камеры 66 цилиндра 56 через прорезь 65 в стержне 63 и отверстие 64 в конусообразном сужении цилиндра. Далее образовавшаяся горючая смесь через прорезь 67 в стержне и выходное отверстие 59 смесителя поступает в камеру сгорания 44 двигателя, где давление близко к атмосферному с закрытым ранее коллектором плечом двуплечей качающейся заслонки 5 под действием толкателя на рычаг 6, контактирующим с кулачком 50. При достижении равномерного давления в камере сгорания 44 двигателя и смесительной камере 57 под действием пружины 62 поршень 55 возвращается в исходное положение, при этом перекрывая задней наружной поверхностью отверстие 54 перегородки и стержнем 63 выходное отверстие 59 смесителя и отверстие 64 из цилиндра, препятствуя выбросу горючей смеси, играя роль отсечных клапанов. В рабочей камере 66 цилиндра при движении поршня 55 образуется вакуум, и при достижении краем боковой поверхности поршня 55 отверстия 68 горючее поступает в рабочую камеру 66. При наличии горючей смеси в камере сгорания 44 двигателя и положении запорных элементов на данный момент происходит воспламенение, и под действием давления сгоревших газов работающие синхронно лопасти двигателя и компрессора совершают качательное движение к противоположным неподвижным двуплечим заслонками, действие подпружиненных толкателей на рычаги 6 и 49 прекращается, и действие на рычаги 6 происходит с опережением. При качательном движении ротора 22 с лопастями 23, сопряженными болтами с общим валом 22 ротора через три рычага 24, расположенных на входе вала ротора, и шатунами 25, шарнирно связанными с шестернями 27, вращательное движение передается на шестерню 30 ступенчатого вала 31 двигателя.
Использование предлагаемого технического решения позволяет осуществить компрессию и смазку трущихся поверхностей, а также динамичную и надежную, с равномерной нагрузкой работу трансмиссии за счет внедрения трех рычагов, расположенных на входе вала ротора, и передачи движения на вал двигателя. При этом осуществляется принудительная подача горючей смеси порциями под давлением с помощью смесителя воздуха и горючего.