МНОГОСЕКЦИОННЫЙ РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
MULTIPLE-SECTION ROTOR-BLADE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере. Его наилучшее применение в качестве двигателя внутреннего сгорания, а также в качестве мощного двигателя, состоящего из нескольких секций двигателя.
Известна роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус, внутри которого вращаются лопастные роторы с изменяющейся скоростью, так что объемы, на которые разделен корпус роторами, изменяются циклически. Роторы закреплены на соосных валах, имеющих на свободных концах водила. Механизм периодического изменения скоростей выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила с свободно вращающимися на полуосях зубчатыми колесами, на дисках которых установлены полуоси, и неподвижного зубчатого колеса, входящего в зацепление с этими зубчатыми колесами. Водила на концах валов с роторами имеют радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса.
Данный механизм имеет неуравновешенные водила, что сопровождается вибрацией механизма, кроме того, степень сжатия механизма зависит от минимального расстояния межу полуосью, проходящей через радиальные пазы водил и осью вращения центрального вала, которое в данном механизме ограничивается расстоянием, необходимым для их крепления, уменьшение этого расстояние приведет к уменьшению жесткости крепления водил и снижению надежности, кроме того, длинные водила предложенного механизма подвергаются воздействию крутящих сил, направленных перпендикулярно их оси, что ведет к уменьшению надежности предложенного механизма (RU 2175720 C2, МПК F01C 1/00, F04C 2/00, 10.11.2001).
За прототип принят патент, содержащий кольцевую рабочую камеру с впускными и выпускными отверстиями, выходной вал и две пары лопастных роторы, разделяющие внутренний объем камеры на изолированные друг от друга сектора, свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей, который выполнен в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением, передаточным числом два, колесо которой жестко связано с лопастным ротором, а шестеренка располагается с торца двигателя, имеет неподвижную ось вращения и жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу, который имеет неподвижную ось вращения, находящуюся между осью шестеренки и полуосью кривошипа, и кинематическое соединение с ведущим валом, RU №2292463 С2, 18.07.2005.
Одним из недостатков прототипа является его малая мощность, которая ограничивается мощностью шестеренок механизма и инерционностью деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что также ограничивает скорость вращения выходного вала.
Задача изобретения - увеличить мощность двигателя.
Данные задачи решаются в многосекционном роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, имеющем кольцевую камеру (в дальнейшем - камеру), ограниченную торцевыми крышками, в двигателе возможно наличие свечей зажигания, имеются лопастные роторы (далее - лопасти) и механизм связи лопастей (или механизм), причем, камера ограничена также внешним цилиндром, двигатель имеет рабочие клапана и выполняется кинематическим соединением роторно-лопастных двигателей (далее - секций), в которых две, жестко связанные с кривошипами механизма, расположенного с торца секции лопасти, имеют кинематическое соединение друг с другом через общую направляющую, неподвижная ось вращения которой, находится между центральной осью камеры и точкой на окружности, описываемой центром вращения ползуна, который образует с кривошипом подшипник скольжения, при этом ползуны не касаются друг друга в мертвых токах.
Кроме того, мертвые точки, создаваемые механизмом, находятся на пересечении перпендикуляра, опущенного к прямой, соединяющей центральную ось камеры и ось направляющих, с окружностью описываемой центром вращения ползуна.
Кроме того, ползун и кривошип, находятся на противоположной стороне камеры, симметрично лопасти, и своей массой и массой противовеса, устанавливаемого по необходимости, уравновешивают ее.
Кроме того, кинематическое соединение секций осуществляется передачей крутящего момента между направляющими секций, например, через зубчатую передачу.
Кроме того, в качестве выходного вала двигателя используется ось направляющей рабочей камеры или промежуточный вал, соединяющий несколько секций двигателя.
Кроме того, направляющие выполняют функцию маховика.
Кроме того, ползуны могут иметь поверхность соприкосновения с направляющей в форме "гребенки", а подшипник скольжения может быть выполнен коническими кольцами, входящими друг в друга.
Кроме того, лопасти выполняются полыми в виде ферм.
Кроме того, лопасти выполнены на втулках и дисках или на дисках, с возможностью вращения относительно центральной оси камеры.
Такое жесткое соединение кривошипа с лопастями увеличивает надежность механизма, так как отсутствует промежуточное звено между лопастью и направляющими, что позволяет уменьшить его инерционность, увеличить мощность всех звеньев механизма, тем самым увеличив мощность двигателя.
Такая форма лопастей также ведет к увеличению мощности двигателя.
На Фиг.1 представлен чертеж с примером двигателя, в котором лопасти выполняются полыми в виде ферм, при этом ползун и кривошип находятся на противоположной стороне камеры, симметрично лопасти, лопасти крепятся на дисках и втулках, а передача крутящего момента между направляющими двух секций выполняется при помощи зубчатой передачи, состоящей из двух пар зубчатых колес и промежуточного вала, на котором жестко крепятся две шестеренки.
На Фиг.2 представлена чертеж сечения (А-А) секции, где клетчатая штриховка обозначает наличие в этом секторе рабочего клапана.
На Фиг.3 представлен схематичный чертеж положения кривошипов механизма Фиг.1, в мертвой точке, а точками, в динамике отмечены положения центра вращения ползуна на кривошипе через каждые десять градусов поворота направляющих.
На Фиг.4 и Фиг.5 представлен чертеж с примером двигателя, в котором передача крутящего момента между направляющими двух секций выполняется через зубчатую передачу, зубчатые колеса которой жестко связаны с направляющими, при этом, в качестве примера, применяются ползуны, выполненные в форме "гребенки", а подшипник скольжения выполнен коническими кольцами.
На Фиг.5 представлен схематичный чертеж примера соединения секций, при этом, кривошипы находятся в мертвой точке, подшипник скольжения ползуна выполнен коническими кольцами, направляющие выполнены в форме "гребенки".
На Фиг.6 и Фиг.8 приведены объемные чертежи с примером крепления лопастей на дисках.
На Фиг.7 приведен объемный чертеж с примером выполнения ползуна, подшипник скольжения которого выполнен коническими кольцами.
На Фиг.9 представлен пример объемного чертежа направляющих и поверхность соприкосновения с ползуном в форме "гребенки".
На Фиг.10 и Фиг.11 представлен пример выполнения двигателя, в котором передача крутящего момента между направляющими двух секций производится через направляющие, имеющие жесткое соединение друг с другом.
Многосекционный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания имеет несколько роторно-лопастных двигателей (секций).
Каждая секция имеет кольцевую камеру (Фиг.1 и Фиг.2), ограниченную внешним цилиндром 1 и торцевыми крышками 2.
Внутри каждой камеры имеются две лопасти 3, выполненные в виде ферм 19, при этом лопасти крепятся на втулках 4 и дисках 5 (Фиг.1, Фиг.2) или только на дисках 5, (Фиг.6, Фиг.8, Фиг.10, Фиг.11), с возможностью вращения относительно центральной оси 11 камеры. В камерах могут иметься свечи зажигания 6. В каждой секции имеются рабочие клапана 7, которые размещаются в секторах 7 (Фиг.2), отмеченных клеточной штриховкой. На примере (Фиг.10) клапана размещены на торцевой крышке.
Неравномерное движение лопастей обеспечивает механизм связи лопастей (механизм), выполненный на одной из торцевых сторон каждой секции.
Каждая лопасть 3 (Фиг.1, Фиг.5), жестко связана с кривошипом 8 механизма. Кривошипы соединяются друг с другом через общую направляющую 9, в приведенных примерах (Фиг.1, Фиг.3, Фиг.4) она выполнена в виде одной канавки, а на примерах (Фиг.5, Фиг.9, Фиг.10, Фиг.11) - из нескольких канавок, форма "гребенки". Неподвижная ось 10 вращения направляющих находится между центральной осью 11 камеры и точкой на окружности, описываемой центром вращения ползуна 12, который образует с кривошипом 8 подшипник скольжения. Ползуны не касаются друг друга в мертвых токах 13 (Фиг.3, Фиг.5). Мертвые точки находятся на пересечении перпендикуляра, опущенного к прямой, соединяющей центральную ось 11 камеры и ось 10 вращения направляющих, с окружностью, описываемой центром вращения ползуна.
На (Фиг.3) точками 16 отмечены положения центра вращения ползуна 12, через каждые десять градусов поворота оси 10 с направляющими. Эти точки отражают динамику поворота лопастей и кривошипов во времени и пространстве.
Для создания противовеса лопасти ползуны 12 и кривошипы 8 (Фиг.6, Фиг.8) находятся на противоположной стороне камеры, симметрично лопасти, и своей массой и массой противовеса, устанавливаемого по необходимости, уравновешивают ее.
В примере (Фиг.1, Фиг.3) соединение секций производится через две зубчатые передачи и промежуточный вал 15, на котором крепятся шестеренки, при этом зубчатые колеса 17 жестко связаны с направляющими 9.
В качестве выходного вала 14 двигателя используется ось 10 направляющей секции или промежуточный вал 15, соединяющий несколько секций двигателя.
В примере (Фиг.4 и Фиг.5) передача крутящего момента между направляющими 9 двух секций выполняется через зубчатую передачу, зубчатые колеса 20 которой жестко связаны с направляющими 9 (Фиг.9). В примерах (Фиг.4-Фиг.11) применяются ползуны 12, выполненные в форме "гребенки", которые образует с кривошипом 8 подшипник скольжения, выполненный коническими кольцами.
На Фиг.5 представлен схематичный рисунок примера соединения секций, на котором кривошипы находятся в мертвых точках 13, подшипник скольжения ползуна 12 выполнен коническими кольцами, направляющие 9 выполнены в форме "гребенки".
Направляющие 9 секций выполняют функцию маховика 18 и имеют повышенную инерционную массу.
Работа двигателя производится следующим образом.
Каждая секция работает по "парному" циклу. Это значит, что в каждой секции один оборот выходного вала сопровождается или двумя, идущими подряд подготовительными циклами, или двумя рабочими циклами.
Последовательность одновременных циклов, происходящих в двух секциях двигателя, сведены в таблицу.
Секция 1
Рабочий ход
Удаление газов
Всасывание
Сжатие
Сжатие
Рабочий ход
Удаление газов
Всасывание
Секция 2
Всасывание
Сжатие
Рабочий ход
Удаление газов
Удаление газов
Всасывание
Сжатие
Рабочий ход
Для более равномерного вращения выходного вала двигатель содержит минимум две секции, которые попеременно работают, сообщая вращающийся момент выходному валу. В каждой камере для реализации описанного цикла имеется минимум один клапан для удаления отработанных газов и минимум один клапан для подвода в камеру смеси или воздуха. На Фиг.10 эти клапана изображены в форме пластин, установленных на свободной от механизма торцевой крышке.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. RU 2292463 С2, 18.07.2005,
2. RU 2175720 С2, 10.11.2001,
3. RU 2211336 С1, 27.08.2003,
4. RU 2023184 С1, 15.11.1994,
5. GB 2295857 А, 12.06.1996.