ДВУХЦИКЛИЧНЫЙ РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С КРИВОШИПНО-ПОЛЗУНКОВЫМ ПРИВОДОМ

Предполагаемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к конструкции двигателей внутреннего сгорания, а именно, роторным двигателям с качающимися или вращающимися рабочими органами.
Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, который содержит цилиндрический корпус с радиальными перегородками, размещенный в корпусе вал с лопастями (RU, п. №2070981, МПК F 02 B 53/00, от 14.06.94., опубл. 27.12.96.).
Двигатель содержит цилиндрический корпус, внутри которого установлены радиальные перегородки, соосно корпусу смонтирован с возможностью колебательного движения ротор с радиальными лопастями. Лопасти ротора совместно с радиальными перегородками ограничивают рабочие и нагнетательные камеры. Двигатель содержит впускной и выпускной коллекторы, привод.
Недостатком указанной конструкции двигателя является невозможность достичь протекания рабочего цикла без разделения его на такты.
Указанная конструкция двигателя принята заявителями в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Техническими задачами предполагаемого изобретения являются создание технологичного, мощного, надежного, долговечного, экономичного, менее металлоемкого двигателя, путем создания конструкции, которая позволяет осуществить
протекание рабочего процесса с максимальной эффективностью сгорания топлива за счет того, что впуск топливовоздушной смеси (воздуха), сжатие, воспламенение, сгорание, выпуск отработавших газов и вентиляция рабочих камер происходит одновременно с рабочим ходом лопастей ротора.
Поставленные задачи достигаются тем, что в двухцикличном роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания двойного действия с кривошипно-ползунковым приводом, содержащим корпус с кольцевой емкостью, разграниченной равномерно по окружности радиальными перегородками, ротор с радиальными лопастями, ограничивающими совместно с радиальными перегородками кольцевой емкости образованные между ними камеры и установленный соосно корпусу с возможностью вращательно-колебательного движения вокруг своей оси, впускные и выпускные коллекторы, силовой механизм, преобразующий вращательно-колебательное движение ротора во вращательное движение вала двигателя, согласно изобретения, в корпусе установлены две кольцевые емкости, каждая из которых разграничена, по меньшей мере, четырьмя радиальными перегородками и закрыта с двух сторон торцевыми крышками, образуя замкнутые кольцевые емкости, по меньшей мере, четыре лопасти ротора установлены в каждой кольцевой емкости, образуя в них совместно с радиальными перегородками, по меньшей мере, по четыре камеры, причем камеры каждой кольцевой емкости сообщаются между собой посредством клапанов, расположенных в корпусе между кольцевыми емкостями через отверстия в торцевых крышках, а в радиальных перегородках также установлены клапаны, причем, по меньшей мере, каждая из двух диаметрально противоположных камер одной из кольцевых емкостей сообщается с двумя коллекторами для подачи топливовоздушной смеси или воздуха, по меньшей мере, каждая из двух диаметрально противоположных
камер другой кольцевой емкости - с двумя коллекторами для подачи воздуха, по меньшей мере, две - с коллекторами для выпуска отработавших газов, при этом силовой механизм установлен в корпусе и выполнен в виде кривошипно-ползункового механизма, содержащего ползун, установленный в направляющих, с возможностью возвратно-поступательного перемещения и сочлененный с кривошипами, установленными на валу ротора с одной стороны и на валу двигателя с другой стороны.
Связь камер обеих кольцевых емкостей с впускными коллекторами осуществляется посредством клапанов, установленных в коллекторах.
В корпусе выполнены отверстия для связи камер обеих кольцевых емкостей с впускными и выпускными коллекторами.
В корпусе выполнены отверстия для связи камер сгорания с устройствами для зажигания топливовоздушной смеси или впрыска топлива.
Установка в корпусе двух кольцевых емкостей, разграниченных, по меньшей мере, четырьмя радиальными перегородками с установленными в них клапанами и закрытых с двух сторон торцевыми крышками, позволяет образовать две замкнутые кольцевые емкости.
Лопасти ротора, количество которых соответствует количеству радиальных перегородок емкостей, установленные в каждой из замкнутых кольцевых емкостей, образуют в них совместно с радиальными перегородками, по меньшей мере, по четыре камеры.
Камеры, образованные радиальными перегородками совместно с радиальными лопастями ротора одной из в кольцевых емкостей представляют собой чередующиеся диаметрально-противоположные камеры сгорания и вентиляционные камеры, т.е. рабочие. А камеры другой кольцевой емкости представляют собой
чередующиеся диаметрально-противоположные всасывающие и нагнетающие т.е. компрессорные. В одной кольцевой емкости образованы, по меньшей мере, две диаметрально противоположные камеры, которые являются рабочими, две -вентиляционными, В другой кольцевой емкости, по меньшей мере, две диаметрально противоположные камеры являются всасывающими, - две нагнетающими. Рабочий цикл происходит сразу в двух рабочих камерах, также как и вентиляция их осуществляется двумя вентиляционными камерами. Всасывание и нагнетание осуществляется также, соответственно, двумя всасывающими и двумя нагнетающими камерами. Таким образом, рабочий цикл происходит одновременно в двух диаметрально противоположных рабочих камерах при ходе лопастей, например, по часовой стрелке и против часовой стрелки, т.е. за каждый ход лопастей, поочередно с каждой стороны лопасти, чем достигается эффект двойного действия, что повышает мощность двигателя.
Наличие клапанов, установленных в корпусе между кольцевыми емкостями позволяет осуществлять через них и отверстия в торцевых крышках при вращательно-колебательном движение ротора нагнетание его лопастями топливовоздушной смеси или воздуха из компрессорных камер в рабочие.
Установка в радиальных перегородках кольцевых емкостей клапанов, например, золотниковых, позволяет осуществить через них подачу топливовоздушной смеси или воздуха из всасывающих камер в нагнетающие в одной кольцевой емкости, выпуск отработавших газов, и вентиляцию рабочих камер в другой кольцевой емкости.
Связь, по меньшей мере, каждой из двух диаметрально-противоположных камер компрессорной емкости с двумя коллекторами для подачи топливовоздушной смеси или воздуха позволяет осуществить нагнетание топливовоздушной
смеси или воздуха сразу в две диаметрально-противоположные рабочие камеры лопастями ротора при его вращательно-колебательном движении, как по часовой, так и против часовой стрелки, т.е. достичь эффекта двойного действия.
Всасывание и нагнетание осуществляется двумя всасывающими и двумя нагнетающими камерами
Связь каждой из двух диаметрально - противоположных камер рабочей кольцевой емкости с двумя коллекторами для впуска воздуха обеспечивает поступление в них свежего заряда для одновременного наполнения и продувки рабочих камер после сгорания в них топлива, связь двух других диаметрально-противоположных радиальных камер с выпускными коллекторами обеспечивает одновременно выпуск отработавших газов из рабочих камер лопастями ротора при его вращательно-колебательном движении как по часовой, так и против часовой стрелки, т.е. достичь эффекта двойного действия.
Сгорание топлива происходит сразу в двух камерах сгорания камерах, также как и вентиляция их осуществляется двумя вентиляционными камерами. Таким образом, рабочий цикл происходит одновременно в двух диаметрально противоположных камерах одновременно с рабочим ходом лопастей ротора, например, по часовой стрелке и против часовой стрелки, т.е. за каждый ход лопастей, происходит рабочий цикл - всасывание рабочей смеси или воздуха, нагнетание ее в камеры сгорания, выпуск отработавших газов и вентиляция камер, т.е. исключается разделение рабочего цикла на такты, что исключает потери мощности. Кроме того, повышается литровая мощность двигателя, т.е. мощность приходящаяся на 1 л рабочего объема двигателя. Если принять условно объем одной камеры сгорания 0,5 л, то за один ход лопастей, например, по часовой стрелке - пол-оборота вала ротора - рабочий объем соответствует 1 литру и против часовой
стрелки - тоже 1 - литру. Общий объем за два рабочих цикла, т.е. за два хода лопастей ротора, (что соответствует одному обороту вала двигателя), составит 2 литра. Если сравнивать с рабочим процессом с разделением его на такты традиционного поршневого двигателя с объемом одного цилиндра 0,5 литра, то за один оборот вала двигателя происходит сгорание всего 0,5 литра рабочей смеси в одном цилиндре, что в четыре раза меньше, чем в предполагаемом согласно изобретения двигателе.
Выполнение силового механизма в виде кривошипно-ползункового механизма, установленный в направляющей ползун которого с одной стороны связан с кривошипом вала ротора, а с другой с кривошипом вала двигателя прост в изготовлении, имеет небольшой вес. Кроме того, при работе двигателя такая конструкция привода исключает возникновение «мертвых точек», т.к. кинематика кривошипно-ползункового механизма исключает это явление в отличие от кривошипно-шатунного механизма, возникающего при нахождении поршня на максимальном и минимальном расстоянии от оси коленчатого вала
Установленные во впускных коллекторах клапаны позволяют осуществить подачу через них топливо - воздушной смеси или воздуха в камеры обеих кольцевых емкостей.
Выполненные в корпусе отверстия связывают камеры кольцевых емкостей, установленных в корпусе, с впускными и выпускными коллекторами и камеры сгорания с устройствами для зажигания (свечи) или устройствами для впрыска топлива (форсунки).
В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных технических решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии
предполагаемой полезной модели критериям патентоспособности «новизна», может найти применения в промышленности, т.е. соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид двигателя в изометрии с закрытой компрессорной частью; на фиг.2 - общий вид двигателя в изометрии; на фиг.3 - поперечный разрез двигателя по А-А на фиг.1, на фиг.4 - - продольный разрез двигателя по Б-Б на фиг.2, на фиг.5, 6 - поперечный разрез двигателя по В-В на фиг.4; на фиг.7 - поперечный разрез двигателя по Г-Г на фиг.4.
Двухцикличный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания двойного действия с кривошипно-ползунковым приводом, содержит корпус 1 привод, установленный в корпусе 1, состоящий из маховика 2 с валом 3, на котором установлен кривошип 4, связанный с ползуном 5, возвратно-поступательно взаимодействующим с направляющей 6, кривошип 7, связанный с ползуном 5 и валом 8 ротора 9, установленным внутри корпуса 1 соосно ему. В корпусе 1 установлены две кольцевые емкости 10 и 11, разделенные каждая, по меньшей мере, четырьмя радиальными перегородками 12 и 13 и закрытые с двух сторон торцевыми крышками 14, 15, 16, 17. Ротор 9 содержит радиальные лопасти 18 и 19, закрепленные на валу 8 и размещенные в замкнутых кольцевых емкостях 10 и 11 между радиальными перегородками 12 и 13,соответственно образуя в них радиальные камеры 20, 21 и 22, 23. В радиальных перегородках 12 и 13 установлены золотниковые клапанные механизмы 24 и 25. В торцевых крышках 15 и 16 выполнены отверстия 26, связанные с клапанами 27, установленными в корпусе 1 между торцевыми крышками 15 и 16. В корпусе 1 выполнены отверстия, сообщающиеся через клапаны 28 и 29 с впускными коллекторами 30 и 31 и выпускным
коллекторами 32, а также отверстия 33 для связи камер сгорания 20 с устройствами для зажигания смеси или впрыска топлива (на фиг. не показаны). Работа двигателя осуществляется следующим образом. Приводят во вращение маховик 2, на валу 3 которого установлен кривошип 4, который через ползун 5, взаимодействующий с направляющей 6, связанный со вторым кривошипом 7, установленном на валу 8 ротора 9, преобразует вращательное движение вала 3 с маховиком 2 в колебательно-вращательное движение вала 8 с лопастями 18 и 19. Из системы подачи топливовоздушной смеси или воздуха через коллекторы 31 клапаны 29 топливовоздушная смесь или воздух поступает в две диаметрально-противоположные всасывающие радиальные камеры 22. За счет вращательно-колебательного движения ротора 9, лопастями 19 топливовоздушная смесь или воздух нагнетается в камеры 23, из которых через клапаны 25, и через клапаны 27 подается в камеры 20. Лопастями 18, при направлении движения, например по часовой стрелке, топливовоздушная смесь или воздух сжимается и воспламеняется либо от свечи (на фиг. не показана), либо от впрыска топлива из форсунки (на фиг. не показана). Происходит сгорание рабочей смеси, т.е. рабочий цикл, выпуск отработавших газов в выпускные коллекторы 32 с одновременной подачей через клапаны 28 из впускных коллекторов 30 свежего заряда (воздуха) для продувки камер 20 вентиляционными камерами 21 через клапаны 24. Кривошип 7 перемещает ползун 5 из одной крайней точки в другую, ползун 5 перемещает кривошип 4 вала 3 двигателя на пол-оборота. Тоже происходит при движении против часовой стрелки с точностью наоборот.
Для более четкого представления, рассмотрим принцип работы двигателя в зависимости от расположения радиальных лопастей ротора в радиальных камерах в процессе их вращательно-колебательного движения.
На фиг.5 представлена ситуация, при движении ротора по часовой стрелке, когда положение лопастей 18 в камерах 20 находится в крайней точке, т.е. со стороны Б лопастей 18 произошло сжатие смеси или воздуха, поступивших из нагнетающих камер 23, воспламенение и сгорание, т.е. рабочий цикл. Со стороны А лопастей 18 произошло наполнение из вентиляционных камер 21 воздухом из впускных коллекторов 30, через установленные в них клапаны 28.
На фиг.6 представлено положение лопастей ротора, когда происходит выпуск отработавших газов через выпускные коллекторы 32 и начало вентиляции камер сгорания 20 через клапаны 24 воздухом из вентиляционных камер 21 со стороны Б лопастей 18 и одновременно со стороны Б лопастей 18 происходит нагнетание рабочей смеси или воздуха в камеры сгорания 20 из нагнетающих камер 23 через клапаны 27 с одновременным сжатием этой рабочей смеси либо воздуха лопастями 18 в камерах 20. Далее происходит воспламенение рабочей смеси (либо впрыск топлива) т.е. происходит рабочий цикл и ротор начинает колебательно-вращательное движение против часовой стрелки.
Работа компрессорной части двигателя представлена на фиг.7.
При движении ротора 9 по часовой стрелке рабочая смесь или воздух поступает во всасывающие камеры 22 через клапаны впускных коллекторов 31 со стороны Г лопастей 19. Со стороны В лопастей 19 происходит закачивание рабочей смеси или воздуха в нагнетающие камеры 23 через клапаны 25, расположенные в перегородках 13. Со стороны Б лопастей 19 нагнетающих камер 23 происходит их наполнение рабочей смесью или воздухом. Со стороны А лопастей 19 происходит нагнетание рабочих камер 20 через клапаны 27.
При движении ротора 9 против часовой стрелки процесс повторяется с точностью наоборот.
Таким образом, заявляемый двухцикличный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-ползунковым приводом технологичный, мощный, надежный, долговечный, экономичный, менее металлоемкий, а рабочий цикл в данном двигателе протекает с максимальной эффективностью сгорания топлива за счет того, что впуск топливовоздушной смеси (воздуха), сжатие, воспламенение, сгорание, выпуск отработавших газов и вентиляция рабочих камер происходит одновременно с рабочим ходом лопастей ротора двигателя.