РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использована в транспортных средствах, промышленном и сельскохозяйственном оборудовании и в других областях, в которых необходимо применение двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с трехвершинной эпитрохоидной полостью, вал с эксцентриком, проходящий через центр корпуса, овальный ротор, свободно установленный на эксцентрике, переднюю и заднюю торцевые крышки корпуса и две цилиндрические синхронизирующие шестерни, большая из которых с внутренними зубьями соединена жестко с передней торцевой крышкой корпуса, а меньшая синхронизирующая шестерня с наружными зубьями соединена жестко с овальным ротором, состоящим из полуовал-поршня и полуовал-газораспределителя, радиальное уплотнение, выполненное в виде установленных в выступах полости корпуса радиальных уплотнительных пластин с гофрированными пружинами. Полуовал-газораспределитель имеет каналы, окна и канавки впуска и выпуска, сообщающиеся соответственно с впускными и выпускными окнами торцевых крышек корпуса. По торцам ротора установлены маслосъемные кольца, а по периферии - торцевые уплотнения, состоящие из овальных колец, эквидистантных радиальной поверхности ротора и гофрированных пружин, причем кольца выполнены сужающимися в радиальном направлении и раздвигающимися посредством гофрированных пружин к периферии ротора. Радиальное уплотнение имеет торцевые сухарики с гофрированными пружинами, которые поджимают сухарики к торцевым крышкам. Вал выполнен эксцентрико-коленчатым. Синхронизирующие шестерни выполнены с соотношением диаметров 2:3, меньшая синхронизирующая шестерня выполнена со ступицей шестерни и с наплавленным подшипником скольжения и установлена на коленчатой шейке вала [Патент РФ №2311548, F02B 53/00, 08.12.2005 г.].
Известный роторный двигатель внутреннего сгорания обладает рядом существенных недостатков. Первым недостатком известного роторного двигателя внутреннего сгорания являются низкие прочностные характеристики и надежность, обусловленные сборной конструкцией ротора, выполненного с каналами, окнами и канавками впуска и выпуска. Низкая надежность известного роторного двигателя обусловлена также прохождением через выпускные каналы ротора горячих отработанных газов, что вызывает неравномерный нагрев ротора, способствующий его деформации. Кроме того, каналы, окна и канавки впуска и выпуска на роторе являются концентраторами напряжения, уменьшающими максимальное число оборотов ротора и уменьшающими удельную мощность двигателя. При этом выполнение ротора с каналами, окнами и канавками впуска и выпуска усложняет конструкцию роторного двигателя, так как обусловливает необходимость использования дополнительных уплотнений впускных и выпускных отверстий. Кроме того, известный двигатель сложен в изготовлении, что обусловлено сложной трехвершинной конструкцией статора и необходимостью высокой точности при изготовлении деталей уплотнения и ротора. Другим недостатком известного роторного двигателя является расположение торцевых уплотнений на роторе, на которые при вращении действуют центробежные силы, способствующие изменению формы уплотнений и, как следствие, увеличению потерь рабочего тела и снижению КПД двигателя.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения удельной мощности роторного двигателя внутреннего сгорания, при одновременном повышении его КПД и надежности роторного двигателя внутреннего сгорания, снижении сложности его изготовления и расширении арсенала технических средств, предназначенных для энергетического преобразования, а именно роторных двигателей внутреннего сгорания.
Сущность полезной модели заключается в том, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус, эксцентрико-коленчатый вал, проходящий через центр корпуса, ротор, свободно установленный на эксцентрике вала, переднюю и заднюю торцевые крышки корпуса с впускными и выпускными окнами и две цилиндрические синхронизирующие шестерни, большая из которых с внутренними зубьями соединена жестко с передней торцевой крышкой корпуса, а меньшая синхронизирующая шестерня с наружными зубьями соединена жестко с ротором, и радиальное уплотнение, выполненное в виде установленных в полости корпуса подпружиненных радиальных уплотнительных пластин, и две свечи зажигания, предлагается корпус выполнить с двухвершинной полостью с радиальными подпружиненными уплотнениями в вершинах, ротор выполнить цельным преимущественно в виде конхоиды окружности и установить на эксцентрике вала через подшипник, в пазах крышек корпуса дополнительно установить торцевые уплотнения, а соотношение диаметров синхронизирующих шестерен - 1:2. Радиальные уплотнения могут быть выполнены в виде прямоугольных пластин, скругленных с одного края, установленных в пазы вершин полости корпуса и подпружиненных в сторону ротора. Торцевые уплотнения могут быть выполнены в виде изогнутых в форме полуколец прямоугольных пластин и установлены с упором их концов в радиальные уплотнения. Роторный двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен уплотнениями-перегородками, расположенными между радиальным и торцевым уплотнениями и жестко прикрепленными к ним. Роторный двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен внешним нагнетателем.
Выполнение корпуса с двухвершинной полостью с радиальными подпружиненными уплотнениями в вершинах способствует повышению удельной мощности роторного двигателя внутреннего сгорания за счет обеспечения возможности использования обеих полостей в качестве рабочих камер. Кроме того, простота предлагаемой конструкции способствует снижению сложности изготовления роторного двигателя внутреннего сгорания и повышению его надежности.
Выполнение ротора цельным преимущественно в виде конхоиды окружности и установка его на эксцентрике вала через подшипник способствует повышению удельной мощности за счет увеличения прочности конструкции и снижения потерь при перетекании рабочего тела. Кроме того, выполнение ротора цельным способствует повышению его прочностных характеристик и, как следствие, повышению надежности двигателя.
Соотношение диаметров синхронизирующих шестерен - 1:2 способствует повышению удельной мощности предлагаемого роторного двигателя внутреннего сгорания.
Выполнение радиальных уплотнений в виде прямоугольных пластин, скругленных с одного края, установленных в пазы вершин полости корпуса и подпружиненных в сторону ротора, а торцевых уплотнений в виде изогнутых в форме полуколец прямоугольных пластин и установка с упором их концов в радиальные уплотнения и снабжение роторного двигателя внутреннего сгорания уплотнениями-перегородками, расположенными между радиальным и торцевым уплотнениями и жестко прикрепленными к ним, за счет простоты конструкции способствует снижению сложности изготовления предлагаемой полезной модели. При этом расположение уплотнений на статичных корпусе и крышках исключает воздействие на них центробежных сил при вращении ротора, что снижает вероятность изменения формы уплотнений и, как следствие, способствует снижению потерь рабочего тела и увеличению КПД двигателя. Кроме того, предлагаемая конфигурация уплотнений и установка в пазах крышек корпуса дополнительных торцевых уплотнений обеспечивают надежную герметизацию отверстий, что способствует уменьшению потерь рабочего тела на всех режимах работы предлагаемого двигателя и увеличению его КПД. За счет снабжения предлагаемой полезной модели внешним нагнетателем на один оборот вала с эксцентриком приходится два рабочих хода, что способствует увеличению удельной мощности предлагаемого двигателя.
На фиг. 1 приведен роторный двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе, на фиг. 2 приведен роторный двигатель внутреннего сгорания в продольном разрезе.
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с двухвершинной полостью, ротор 2, выполненный цельным преимущественно в виде конхоиды окружности и свободно установленный на эксцентрике эксцентрико-коленчатого вала 3, проходящий через центр корпуса 1, через подшипники 4, переднюю торцевую крышку 5 корпуса 1 и заднюю торцевую крышку 6 корпуса 1 с выпускными окнами 7 и впускными окнами 8 и две цилиндрические синхронизирующие шестерни 9 и 10. Большая синхронизирующая шестерня 9 жестко соединена с передней торцевой крышкой 5 корпуса, а меньшая синхронизирующая шестерня 10 жестко соединена с ротором 2. Соотношение диаметров синхронизирующих шестерен 9 и 10 - 2:1. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит также свечи зажигания 11 и 18, радиальные уплотнения 12, выполненные в виде установленных в полости корпуса 1 подпружиненных в сторону ротора 2 радиальных уплотнительных прямоугольных пластин, скругленных с одного края, торцевые уплотнения 13, 14, которые могут быть выполнены в виде изогнутых в форме полуколец прямоугольных пластин и установлены с упором их концов в радиальные уплотнения 12. Роторный двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен уплотнениями-перегородками 20 и 21, расположенными между радиальным уплотнениями 12 и торцевым уплотнениями 16, 17 и жестко прикрепленными к ним. Кроме того, роторный двигатель внутреннего сгорания снабжен торцевыми уплотнениями-перегородками 15 и 20 камеры А и В и внешним нагнетателем (не показан).
Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении эксцентрико-коленчатого вала 3 в направлении, указанном стрелкой а, вокруг своего центра Д1 на эксцентрике вокруг его центра Д2 вращается ротор 2 в противоположном направлении согласно стрелке b. Жестко присоединенная к ротору 2 меньшая синхронизирующая шестерня 10 наружными зубьями обкатывает большую синхронизирующую шестерню 9 с внутренними зубьями и соединенную жестко с торцевой крышкой 5 корпуса 1. При соотношении диаметров шестерен 10 и 9 1:2, меньшая синхронизирующая шестерня 10 вместе с ротором 2 вращается в два раза быстрее и в противоположном направлении, в результате ротор 2 поочередно заходит большей и меньшей частями в камеры А и В. На фиг. 1 показано положение ротора 2, когда его большая часть находится в камере В в верхней мертвой точке, а меньшая часть в камере А в нижней мертвой точке. В камере В происходит воспламенение рабочего тела от свечи зажигания 18 и начинается рабочий ход. В камере А открывается выпускное окно 7 и впускное окно 8, идет продувка камеры А. При дальнейшем вращении ротора 2 перекрывается выпускное окно 7, впускное окно 8 остается частично открытым, в камеру А поступает свежее рабочее тело. В камере В происходит рабочий ход. Поворачиваясь дальше, ротор 2 перекрывает впускное окно 8 в камере А и начинает сжимать рабочее тело в этой камере. В камере В продолжается рабочий ход. При дальнейшем вращении большая часть ротора 2 заходит в камеру А, а меньшая - в камеру В. В определенном положении в камере В открывается выпускное окно 7 и отработанные газы начинают выходить из двигателя, в камере А продолжается такт сжатия. Затем ротор 2 открывает впускное окно 8 и начинается продувка камеры В, а камере А происходит воспламенение сжатого рабочего тела свечей зажигания 11 и начинается рабочий ход. При дальнейшем повороте ротора 2 в камере В полностью перекрывается выпускное окно 7, впускное окно 8 частично открыто. В камере А продолжается рабочий ход. Поворачиваясь далее, ротор 2 полностью перекрывает впускное окно 8 в камере В и начинается такт сжатия. В камере А начинается рабочий ход и цикл повторяется. В данном варианте на один оборот вала 3 происходит два рабочих хода, а продувка камер происходит от внешнего нагнетателя.
Таким образом, предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания обладает повышенными надежностью, удельной мощностью и КПД, прост в изготовлении и способствует расширению арсенала технических средств, предназначенных для энергетического преобразования, а именно роторных двигателей внутреннего сгорания.