ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению, точнее к двигателям внутреннего сгорания, предназначенных для преобразования тепловой энергии в механическую работу, и более конкретно к роторным двигателям.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания с радиальными лопастями (Патент US 6003486 опубликован 21.12.1999), который имеет корпус с минимум одним участком цилиндрической внутренней поверхности, основной ротор с минимум одним участком цилиндрической внешней поверхности и минимум одной выступающей над цилиндрической поверхностью лопастью, минимум один дополнительный ротор, систему приготовления и воспламенения рабочей смеси, систему выпуска отработанных газов.
Недостатком известного двигателя является его низкая эффективность работы.
Наиболее близким аналогом к заявляемому двигателю, является двигатель внутреннего сгорания (Патент RU 134243 опубликован 10.11.2013), имеющий корпус с минимум одним участком цилиндрической внутренней поверхности, основной ротор с минимум одним участком цилиндрической внешней поверхности и минимум одной выступающей над цилиндрической поверхностью лопастью, минимум один дополнительный ротор, систему приготовления и воспламенения рабочей смеси, систему выпуска отработанных газов. Дополнительный ротор содержит минимум один участок цилиндрической внешней поверхности, диаметр которой равен диаметру участка цилиндрической внешней поверхности основного ротора и содержит минимум одну выемку с размерами, соответствующими размерам лопасти на основном роторе.
В связи с конструктивными ограничениями аналога, обусловленными ограничениями в соотношении диаметров роторов двигателя, недостатком известного прототипа, также является низкая эффективность работы.
Целью заявляемой полезной модели является устранение выявленного недостатка для достижения такого технического результата, как повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания.
1
2
1
2
1
2
2
1
1
Поставленная цель достигается следующим образом: двигатель внутреннего сгорания, имеющий корпус, основные роторы с внешней цилиндрической поверхностью с жестко закрепленными зубчатыми шестернями и лопастями в форме зубчатых выступов, дополнительные роторы с внешней цилиндрической поверхностью с жестко закрепленными зубчатыми шестернями и выемками, соответствующими размерам лопастей на основных роторах; узел приготовления и воспламенения рабочей смеси, узел выпуска отработанных газов, при том, что длины окружностей основных и дополнительных роторов не совпадают, и являются кратными длине L, между ближайшими точками касания центра поверхности зубчатого выступа с корпусом, при этом число лопастей в форме зубчатого выступа N соответствует формуле L/L=N, а соотношение числа зубьев жестко закрепленных зубчатых шестерен роторов, исчисляется по формуле z/z=N, где L - длина окружности основного ротора, z - количество зубьев зубчатой шестерни основного ротора, z - количество зубьев зубчатой шестерни основного ротора, умещающихся на длине L.
Двигатель внутреннего сгорания в частности может характеризоваться тем, что число дополнительных роторов не превышает число зубчатых выступов.
Двигатель внутреннего сгорания в частности может характеризоваться тем, что основной ротор с внешней цилиндрической поверхностью, жестко закрепленной зубчатой шестерней и лопастью в форме зубчатого выступа выполнен в виде монолитного элемента.
Двигатель внутреннего сгорания в частности может характеризоваться тем, что дополнительный ротор с внешней цилиндрической поверхностью, жестко закрепленной зубчатой шестерней и выемкой, соответствующей размерам лопасти на основном роторе выполнен в виде монолитного элемента.
Двигатель внутреннего сгорания в частности может характеризоваться тем, что дополнительные роторы размещены по окружности основного ротора равномерно, через промежутки s, рассчитанные по формуле s=360/N.
На Фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого двигателя (горизонтальный разрез - вид сверху), на Фиг. 2 разрез А-А (вид спереди), на Фиг. 3 разрез В-В (вид сзади), на Фиг. 4 и Фиг. 5 пример возможных схем предлагаемого двигателя для количества роторных поршней отличного от единицы (в данных примерах для n=2 и n=4, разрез вид спереди), на Фиг. 6 общий вид двигателя в 3D проекции, где цифрами обозначено следующее:
1. корпус.
2. основной ротор.
3. дополнительный ротор.
4. участок с внешней цилиндрической поверхностью основного ротора.
5. участок с внешней цилиндрической поверхностью дополнительного ротора.
6. впускной клапан, через который производится впрыск горючей смеси.
7. свеча зажигания.
8. выпускное отверстие, через которое свободно выходят выхлопные газы.
9. лопасть в форме зубчатого выступа на внешней поверхности основного ротора двигателя.
10. выемка на внешней поверхности дополнительного ротора, может иметь сквозное отверстие связывающее рабочую полость с окружающей средой.
11. жестко закрепленная на дополнительном роторе зубчатая шестерня.
12. жестко закрепленная на основном роторе зубчатая шестерня.
Представленный на фигурах двигатель внутреннего сгорания устроен нижеследующим образом.
Корпус 1 представляет собой деталь с цилиндрическими расточками под основной 2 и дополнительный 3 роторы, расположенные с зазором. На внешней цилиндрической поверхности 4 основного ротора расположена лопасть в форме зубчатого выступа 9, контактирующая с внутренней поверхностью расточки корпуса 1. На внешней цилиндрической поверхности 5 дополнительного ротора расположена выемка 10, обеспечивающая свободное синхронное прохождение выступа 9 ротора 2, сохраняя при этом плотный контакт роторов по их внешней окружности для образования рабочей камеры двигателя. На корпусе 1 расположены впускной клапан, через который производится впрыск горючей смеси 6 и свеча зажигания 7, воспламеняющая смесь. Выхлопные газы выходят через выпускное отверстие 8. Передача вращающегося движения от основного ротора к дополнительному, происходит при помощи жестко закрепленных на роторах шестернях 11 и 12. Диаметр зубчатой шестерни основного ротора 12 соответствует диаметру участка с внешней цилиндрической поверхностью основного ротора 4, а диаметр зубчатой шестерни жестко закрепленной на дополнительном роторе 11 соответствует диаметру участка с внешней цилиндрической поверхностью дополнительного ротора 5.
Представленный на фигурах двигатель внутреннего сгорания действует нижеследующим образом.
При движении лопасти 9, с момента ее прохождения через выемку 10 до места расположения впускного клапана 6, происходит всасывание (либо закачивание от компрессора) воздуха в рабочую полость через имеющееся в дополнительном роторе отверстие. Момент прохождения лопастью 9 впускного клапана 6 совпадает с моментом закрытия выемки 10 при вращении участка с цилиндрической внешней поверхностью дополнительного ротора 5, играющего роль дискового затвора. При дальнейшем движении лопасти происходит впрыск горючей смеси в рабочую полость через впускной клапан 6, которая при прохождении лопастью свечи зажигания 7 воспламеняется и расширяющийся газ воздействуя на лопасть 9 образует крутящий момент на основной ротор 2. Роторный поршень двигаясь в направлении выпускного отверстия 8 производит вытеснение выхлопных газов, образованных предыдущим сгоранием горючей смеси через выпускное отверстие 8.
1
2
2
1
1
С целью увеличения эффективности работы двигателя, производится увеличение крутящего момента, за счет увеличения степени сжатия, путем уменьшения объема камеры сгорания, поскольку за счет малого объема, большей компрессии достигнуть легче. В заявляемом двигателе данная задача может решаться, например, разделением рабочей камеры двигателя на равные сектора, при помощи размещения на основном роторе лопастей в форме зубчатого выступа, равноудалено друг от друга через промежутки L. При этом, на всей длине окружности основного ротора L, умещается N зубчатых выступов. Поскольку ротор содержит жестко закрепленную зубчатую шестерню, то для шестерни число N будет соответствовать соотношению всего количества зубьев шестерни z к количеству зубьев шестерни z, приходящихся на промежуток L. При этом, зубцы взаимодействующих шестерен основного и дополнительного ротора оптимально соответствуют друг другу. Таким образом, возможно создавать двигатели любых конфигураций, с оптимально подобранными объемами камер сгорания, что увеличивает итоговую эффективность работы двигателя. Кроме того, могут быть уменьшены геометрические размеры элементов требуемого двигателя, что при сохранении заданных параметров по мощности, позволяют создавать более компактные механизмы. Поскольку, сила вращения основного ротора, возникающая вследствие сгорания топлива, передает часть энергии на обеспечение вращения дополнительных роторов, обеспечивающих работоспособность двигателя. То, в ряде случаев, целесообразной будет являться конструкция как, например, представленная на Фиг. 5. Снижение массы дополнительного ротора будет обуславливать повышение эффективности работы двигателя, за счет приложения меньших сил, для его вращения.
Также, заявленные соотношения будут справедливы для дополнительных роторов, и число выемок дополнительного ротора будет определяться как соотношение длины окружности к длине дуги окружности между ближайшими точками касания центра поверхности зубчатого выступа с корпусом. А соотношение числа зубьев жестко закрепленных зубчатых шестерен дополнительных роторов будет определяться как полное количество зубьев зубчатой шестерни к количеству зубьев зубчатой шестерни, умещающихся на длине дуги окружности между ближайшими точками касания центра поверхности зубчатого выступа с корпусом.
Также, представленный двигатель внутреннего сгорания может иметь реализацию, например, для случая расположения нескольких основных роторов вокруг дополнительного, при этом радиусы основных роторов меньше радиуса дополнительного. При этом остаются в силе все зависимости, представленные в формуле.
С целью повышения эффективности работы двигателя, соотношения длин окружностей основного и дополнительного роторов не совпадают. Таким образом, возможно создание конструкции двигателя, в котором число дополнительных роторов будет равно числу зубчатых выступов, а дополнительный ротор при этом будет иметь, например, одну выемку. За счет уменьшения длины окружности дополнительного ротора, уменьшается преодоление силы трения ротора о цилиндр корпуса, а также уменьшается момент силы, который должен передать основной ротор, для вращения дополнительного что, несомненно, повышает эффективность работы двигателя. Кроме того, при различных соотношениях длин окружностей, эффективно работает связка «выступ-выемка», поскольку все элементы получаются одновременно задействованными.
Кроме того, с целью уменьшения количества взаимодействующих элементов, основной ротор с внешней цилиндрической поверхностью, жестко закрепленной зубчатой шестерней и лопастью в форме зубчатого выступа, может быть выполнен в виде монолитного элемента, например при помощи печати на 3D принтере. Также, дополнительный ротор с внешней цилиндрической поверхностью, жестко закрепленной зубчатой шестерней и выемкой, соответствующей размерам лопасти на основном роторе, может быть выполнен в виде монолитного элемента.
Таким образом, конфигурация роторного двигателя внутреннего сгорания, с использованием роторов с различными длинами окружностей рабочих поверхностей, позволяет добиться заявляемого технического результата, а именно повышение эффективности работы.
Промышленная применимость.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания может быть с успехом применен в современном автотранспорте или для изготовления бензиновых электрогенераторов. Изготавливается на предприятиях автомобильной промышленности или других предприятиях машиностроительной отрасли.