ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения, к двигателям внутреннего сгорания объемного вытеснения.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания объемного вытеснения Ванкеля [1], в каждой секции которого усилия между эксцентриковым валом, вращающимся относительно своей собственной коренной оси, и трехгранным ротором, планетарно перемещающимся также относительно коренной оси вала, передаются через силовой подшипник эксцентрика вала. Эксцентриситет эксцентрика является единственным рычагом вала, количество оборотов которого равно количеству оборотов вала.
В роторно-поршневом двигателе количество тактов рабочего хода равно оборотам вала в единицу времени. Это лучше, чем в секции поршневого двигателя внутреннего сгорания, в котором один рабочий ход нагретого заряда рабочего тела приходится на два оборота эксцентрика, также жестко укрепленного на силовом валу. Таким образом, по сравнению с секцией поршневого двигателя того же объема рабочей полости, роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания является более эффективным, так как за один оборот вала он способен разместить в своей камере сгорания в два раза большее количество рабочего тела, подвести к нему в два раза большее количество теплоты и поэтому выработать два раза большее количество механической энергии.
С этой точки зрения еще более эффективным является секция роторного двигателя внутреннего сгорания объемного вытеснения [2], в которой эксцентрик механически отделен от силового вала и с возможностью вращения относительно коренной оси вала установлен на независимой подшипниковой опоре статора. Передача усилий между вращающимся валом и планетарно перемещающимся многогранным ротором производится через силовую зубчатую передачу внутреннего зацепления дисков шестерен ротора и вала. Такая схема механизма секции двигателя позволяет за один оборот ее силового вала, в зависимости от отношения диаметров программных и силовых шестерен механизма, воспроизводить от 5 до 28 тактов рабочего хода, тем самым существенно повышая эффективность работы двигателя внутреннего сгорания.
В секции этого роторного двигателя усилия передаются через рычаги одновременно четырех пар зубьев, каждый из которых одной своей стороной жестко закреплен на цилиндрической образующей диска своей силовой шестерни. При этом все же существует небольшая вероятность выработки механизмом двигателя неблагоприятных критических усилий со стороны диска шестерни, незащищенного или недостаточно защищенного от колебаний элемента конструкции, например, вала, на котором жестко закреплена шестерня, которые могут привести к разрушению небольших по величине зубьев шестерни, одной своей стороной жестко закрепленных на цилиндрической поверхности диска своей шестерни. Это может привести к поломке двигателя. Поэтому при вероятности появления критичных усилий, разрушающих зубья силовых шестерен, применение силового узла с зубчатым зацеплением в секции роторного двигателя недостаточно отвечает требованиям высокой степени надежности работы механизма двигателя.
При этом непрерывное взаимное скольжение зубьев шестерен также создает повышенное сопротивление трения, что увеличивает потери энергии в силовой передаче.
Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы двигателя внутреннего сгорания.
Указанная цель достигается тем, что, согласно изобретению, при передаче усилий между ротором и валом применена механическая передача, обладающая большей, чем зубчатая передача, надежностью элементов конструкции, жестко закрепленных на монолитном валу и монолитном роторе, которые, как и в механизмах поршневого и роторно-поршневого двигателя, способны надежно, без угрозы поломки, передавать существенные усилия в обоих направлениях: как между валом и ротором, так и между ротором и валом. Подобно эксцентрикам эксцентрикового вала механизмов поршневого и роторно-поршневого двигателя, эта механическая передача имеет большую, чем зубья шестерен, собственную пространственную величину и массу своих элементов. Также она имеет высокую степень надежности крепления этих элементов на валу и роторе секции двигателя внутреннего сгорания.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.
Секция двигателя внутреннего сгорания состоит из статора 1, в подшипниковых опорах которого с возможностью вращения относительно собственной коренной оси установлен цилиндрический стержень силового вала 2 секции. Также в подшипниковых опорах статора, независимо от вала 1, в собственной подшипниковой опоре, с возможностью вращения относительно коренной оси вала установлен эксцентрик 3. На внешней цилиндрической поверхности эксцентрика 3 в подшипниковой опоре соосно и с возможностью вращения установлена многогранная призма ротора 4. Внутри ротора 4 соосно и жестко закреплена программная шестерня 5 с внутренними зубьями, которая находится снаружи и в зацеплении с шестерней 6 с внешними зубьями, соосно с коренной осью вала жестко закрепленной на статоре 1.
Также на роторе 4 соосно и жестко закреплено цилиндрическое кольцо диска 7, по окружности плоскости которого выполнены сквозные отверстия 8, с осями, параллельными коренной оси вала 2. На валу 2 соосно и жестко закреплено цилиндрическое кольцо диска 9, в котором выполнено точно такое же количество отверстий, что и в диске 7, в каждом из которых жестко закреплен один конец цилиндрического ролика пальца 10.
При этом каждый ролик пальца 10 выступает вдоль коренной оси вала 2 в направлении большего по диаметру диска 7 ротора 4 и свободно размещен по одному в каждом отверстии 8 диска 7 ротора, диаметр каждого из которых превышает диаметр цилиндра ролика пальца 10. Для уменьшения трения каждого ролика пальца 10 при качении по кромке отверстия диска 7 при силовой передаче на каждом ролике 10 с возможностью вращения соосно установлено цилиндрическое кольцо гильзы 11 подшипника качения-скольжения. Своей наружной цилиндрической поверхностью каждая гильза 11 пальца-поводка 10 опирается на цилиндрическую поверхность кромки отверстия 8 диска 7 ротора 4. Непрерывный и подвижный механический контакт между дисками 7 и 9 постоянно поддерживается в каждой паре отверстия 8 диска 7 и гильзы 11 ролика пальца-поводка 10 диска 9, в которой во время движения кромка окружности каждого отверстия 8 диска 7 обкатывает круговой профиль гильзы 11 ролика 10 диска 9 синхронно скорости вращения ротора 4 и вала 2.
Под действием расширяющегося заряда рабочего тела в такте рабочего хода его цикла в секции двигателя активное планетарное движение ротора 4 относительно коренной оси силового вала 2 создает толкающие усилия цилиндрическими кромками отверстий 8 диска 7 ротора 4 одновременно на цилиндрические поверхности нескольких роликов пальцев 10 (на фиг.2 - три левых ролика - при вращении ротора по часовой стрелке) на большом рычаге диска 9 силового вала 2, заставляя вал 2 вращаться в ту же сторону и с той же угловой скоростью, что и ротор 4. В остальных тактах цикла рабочего тела в секции, при механической пассивности ротора 3, обратная передача усилий от вала 2 через диски 9 и 7 на ротор 4 обеспечивается другой группой роликов 10 (на фиг.2 - три правых ролика).
В таком исполнении механизма секции двигателя внутреннего сгорания объемного вытеснения за один оборот ротора вал совершает также один полный оборот в том же направлении. И при семигранном роторе (фиг.1 и фиг.2) за один оборот ротора в секции роторного двигателя происходят семь полных оборотов эксцентрика и семь тактов рабочего хода.
В предложенном техническом решении в механизме секции роторного двигателя внутреннего сгорания зубчатая передача заменена более надежной цевочной передачей, на степень надежности которой существенно не влияют факторы, действие которых могло бы привести к разрушению зубьев силовых шестерен.
Надежность данной цевочной силовой передачи обеспечена монолитностью и простотой конструкции каждого из дисков 7 и 9, а также существенной толщиной диаметра и надежностью крепления роликов пальцев 10, которые в предложенном техническом решении за счет дополнительного диска 9 имеют две опоры на параллельных дисках 9 вала 2, вдоль оси вала 2 расположенных по обе стороны от диска 7 ротора 4. Причем, в передаче усилий одновременно участвуют сразу несколько роликов (до 40% от общего количества роликов), что обеспечивает плавность хода вала и ротора. При этом изготовление и сборка механизма секции проще и дешевле, чем при использовании пары силовых шестерен.
Кроме этого, по сравнению с зубчатой передачей, цевочная передача обладает существенно низким трением, большим коэффициентом полезного действия (до 95%), высокой нагрузочной способностью, низким уровнем шума, работает в широком диапазоне частот вращения, обладает возможностью многократных пусков и остановок.
Источники информации
1. С.Н.Богданов, М.М.Буренков, И.Е.Иванов «Автомобильные двигатели», Москва, Машиностроение, 1987 год, стр. 356-358.
2. Патент РФ RU 2338883 С1 от 03.05.2007 г., F01C 1/22, F01C 17/02, F02C 17/06, F16H 1/32.