БЕСШАТУННЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY FREE ENGINE

Изобретение предназначено для использования в области двигателестроении и может найти применение в транспортной и других отраслях техники. Двигатель может быть использован в качестве источника механической энергии машин и механизмов наземного, водного и воздушного транспорта, а также для привода различных промышленных и бытовых агрегатов.
Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), (патент РФ на изобретение №2167321, опубл. 20.05.2001, бюл. №14), который содержит корпус, четыре пары оппозитно расположенных цилиндров, восемь поршней, жестко соединенных штоками с валами роликов и расположенных в цилиндрах с образованием рабочих камер (камер сгорания), и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное прикреплен к валам отбора мощности и выполнен из двух маховиков, расточенных на торце овалевидными (эллиптическими) канавками для скольжения рабочих роликов. Две опорные планшайбы жестко прикреплены к корпусу двигателя и имеют четыре паза для скольжения опорных роликов. Имеются две пары валов, на концах которых запрессованы опорные и рабочие ролики, которые позволяют преобразовать возвратно-поступательное движение во вращательное, обеспечивая каждому обороту вала восемь тактов "Рабочий ход".
Недостатком известного двигателя является его сложная конструкция и неравномерность вращения вала, так как время такта «рабочий ход» занимает всего 1/4 из полного цикла четырехтактного ДВС.
Известен бесшатунный роторный двигатель, (патент РФ на изобретение № 2737467, опубл. 30.11.2020, бюл. №34), принятый за прототип. Двигатель содержит корпус, в котором расположены цилиндры с камерами сгорания и поршнями, жестко соединенные штоками с валами роликов, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. На корпусе для каждого из цилиндров закреплен контакт зажигания и установлен ротор, внутри которого выполнена эллиптическая полость с двумя выступами зажигания и тремя Т-образными эллиптическими (криволинейными) канавками, а цилиндры своей средней частью закреплены под углом 120° друг к другу на корпусе последовательно вдоль оси ротора и перпендикулярно оси ротора, а каждый цилиндр содержит два поршня, одну камеру сгорания и свечу зажигания, на каждом поршне закреплены два параллельных штока, свободные концы которых выведены за пределы корпуса через два линейных подшипника, а на противоположных концах штоков закреплен вал с двумя роликами, а для подачи напряжения на свечу зажигания выступ зажигания замыкает контакт зажигания.
Недостатком прототипа является неизбежные потери топлива в период продувки (очистки) цилиндров, что резко ухудшают экономичность и КПД двухтактного двигателя.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус, ротор, контакт зажигания, свечу зажигания и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, состоящий из Т-образной криволинейной канавки, выполненной в корпусе, в которой перемещаются шток с двумя роликами.
Изобретение направлено на упрощение конструкции двигателя и обеспечение плавности вращения ротора, в результате чего повышается надежность двигателя и увеличивается ресурс его работы.
Это достигается тем, что бесшатунный роторный двигатель содержит корпус, ротор, контакт зажигания, свечу зажигания и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, состоящий из Т-образной криволинейной канавки, выполненной в корпусе, в которой перемещаются шток с двумя роликами. В предложенном решении на роторе закреплен маховик, а внутри ротора выполнены вырез для камеры сгорания, в которой установлена свеча зажигания, и отверстие в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором установлены пластина впуска, пластина выпуска и разделительная пластина. Пластины соединены между собой цилиндрическим шарниром. При этом свободные концы пластины впуска и пластины выпуска соединены через шарниры со штоками, установленными в Т-образные криволинейные канавки корпуса, а свободный конец разделительной пластины закреплен на штоке, установленном в Т-оразную криволинейную канавку корпуса.
Ротор установлен внутри корпуса на подшипниках. На роторе закреплен маховик, а внутри ротора выполнен вырез для камеры сгорания, в которой установлена свеча зажигания. В предлагаемом двигателе отсутствуют цилиндр, поршень и клапанный механизм классического четырехтактного ДВС, а вместо их, для упрощения конструкции двигателя, применены пластины, соединенные шарнирами. Внутри ротора выполнено сквозное отверстие в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором установлены три пластины, соединенные цилиндрическим шарниром. В роторе выполнены радиальные отверстия для штоков и разделительной пластины. Пластина впуска, свободный конец которой соединен через шарнир со штоком, установленным своими роликами в криволинейной канавке управления впуском горючей смеси. Разделительная пластина делит отверстие ротора на полость впуска горючей смеси и полость выпуска отработанных газов. На свободном конце разделительной пластины закреплен шток, установленный своими роликами в криволинейной канавке управления тактами впуска горючей смеси, сжатия, рабочего хода и выпуска отработанных газов. Пластина выпуска, свободный конец которой соединен через шарнир со штоком, установленным своими роликами в криволинейной канавке управления выпуском отработанных газов. Пластины впуска и выпуска во время работы двигателя совершают волнообразное движение внутри отверстия ротора, выполняя функции ,соответственно, впускного клапана горючей смеси и выпускного клапана отработанных газов, а также образуют совместно с внутренней поверхностью отверстия ротора переменные объемы камер впуска горючей смеси, сжатия, рабочего хода и выпуска отработанных газов. Герметичность между пластинами и внутренней поверхности отверстия ротора достигается известным способом, например, в виде уплотнительных пластинок, установленных в углублениях торцов пластин, поджатых пружинами к внутренней поверхности отверстия ротора (на чертежах не показано).
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид бесшатунного роторного двигателя, а также, для лучшего показа конструкции изображены в увеличенном масштабе ролики Г (4:1), шарнир Д (3:1), цилиндрический шарнир Е (3:1), контакт Ж (3:1) и свеча зажигания И (3:1). Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1 (иллюстрируют работу бесшатунного роторного двигателя). Фиг. 5 - трехмерное изображение пластины впуска, разделительной пластины и пластины выпуска внутри прямоугольного отверстия в роторе для лучшего показа конструкции двигателя в положении, представленном на фиг.6 «е». Фиг.6 - графическое изображение полного цикла работы предлагаемого двигателя, где показано положение пластин и штоков: а - исходное положение ротора 0°; б - после поворота ротора на 30°; в -после поворота ротора на 60°; г - после поворота ротора на 180°; д - после поворота ротора на 300°; е - после поворота ротора на 330°.
Бесшатунный роторный двигатель содержит корпус 1 и ротор 2. В корпусе 1 выполнены три Т-образные криволинейные канавки 3,4,5, в которых перемещаются ролики 6, 7, 8, штоков 9, 10, 11 соответственно. На корпусе 1 установлен контакт зажигания 12. На роторе 2 закреплен маховик 13. Внутри ротора 2 выполнен вырез для камеры сгорания 14, в которой установлена свеча зажигания 15. В роторе 2 выполнено сквозное отверстие 16 в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором установлены три пластины, а именно, пластина впуска 17, разделительная пластина 18, пластина выпуска 19, соединенные цилиндрическим шарниром 20.
Свободный конец пластины впуска 17 соединен через шарнир 21 со штоком 9, установленным своими роликами 6 в криволинейной канавке 3 управления впуском горючей смеси.
Разделительная пластина 18 делит отверстие 16 ротора 2 на полость 22 впуска горючей смеси и полость 23 выпуска отработанных газов. На свободном конце разделительной пластины 18 закреплен шток 10, установленный своими роликами 7 в криволинейной канавке 4 управления тактами впуска горючей смеси, сжатия, рабочего хода и выпуска отработанных газов. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное образован разделительной пластиной 18 с закрепленными на ней штоком 10 с роликами 7 и Т-образной криволинейной канавкой 4, выполненной в корпусе 1. Разделительная пластина 18 вместе со штоком 10 движется возвратно-поступательно внутри отверстия 16 ротора 2 перпендикулярно его оси вращения. Ролики 7 штока 10, двигаясь по Т-образной криволинейной канавке 4, поворачивают шток 10, а вместе с ним и ротор 2 вокруг оси его вращения.
Свободный конец пластины выпуска 19 соединен через шарнир 24 со штоком 11, установленным своими роликами 8 в криволинейной канавке 5 управления выпуском отработанных газов. Пластина впуска 17 и пластина выпуска 19 во время работы двигателя совершают волнообразное движение внутри отверстия 16 ротора 2, выполняя функции, соответственно, впускного клапана горючей смеси и выпускного клапана отработанных газов. Пластина впуска 17 и пластина выпуска 19 образуют совместно с внутренней поверхностью отверстия 16 ротора 2 переменные объемы камеры 25 впуска горючей смеси, камеры 26 сжатия, камеры 27 рабочего хода и камеры 28 выпуска отработанных газов.
Двигатель работает следующим образом.
Исходное положение. ( Ротор 2 в положении 0°).
Ролики 6 штока 9 находятся в криволинейной канавке 3 корпуса 1. Шток 9 шарниром 21 прижимает свободный конец пластины впуска 17 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 1, фиг. 2, фиг. 6 «а»).
Ролики 7 штока 10 находятся в криволинейной канавке 4 корпуса 1. Шток 10 удерживает разделительную пластину 18 с цилиндрическим шарниром 20, соединяющим пластины 17,18 и 19, в нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6 «а»).
Ролики 8 штока 11 находятся в криволинейной канавке 5 корпуса 1. Шток 11 шарниром 24 прижимает свободный конец пластины выпуска 19 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 1, фиг. 4, фиг. 6 «а»).
Исходное состояние:
Маховик 13 обладает определенной энергией вращательного движения.
В полость 22 впуска горючей смеси отверстия 16 ротора 2 подана горючая смесь.
1) Такт впуска горючей смеси.
А) Ротор 2 поворачивается по часовой стрелке, если смотреть со стороны маховика 13, от 0° до 30°.
Шток 11, двигаясь по криволинейной канавке 5, прижимает свободный конец пластины выпуска 19 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 4, фиг. 6 «б»).
Шток 9, двигаясь по криволинейной канавке 3, поднимает свободный конец пластины впуска 17, тем самым открывая доступ горючей смеси из полости 22 в камеру 25 впуска горючей смеси. (см. фиг. 2, фиг. 6 «б»).
Шток 10, двигаясь по криволинейной канавке 4, поднимает разделительную пластину 18 вместе с цилиндрическим шарниром 20 и пластинами 17 и 19, засасывая тем самым горючую смесь из полости 22 в камеру 25 впуска горючей смеси. (см. фиг.3, фиг.6 «б»)
Б) Ротор 2 поворачивается от 30° до 60°.
Шток 11, двигаясь по криволинейной канавке 5, прижимает свободный конец пластины выпуска 19 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг.4, фиг.6 «в»).
Шток 9, двигаясь по криволинейной канавке 3, опускает свободный конец пластины впуска 17, тем самым закрывая доступ горючей смеси из полости 22 в камеру 25 впуска горючей смеси. . (см. фиг. 2, фиг. 6 «в»).
Шток 10, двигаясь по криволинейной канавке 4, поднимает разделительную пластину 18 вместе с цилиндрическим шарниром 20 и пластинами 17 и 19, засасывая тем самым горючую смесь из полости 22 в камеру 25 впуска горючей смеси. (см. фиг. 3, фиг. 6 «в»)
2) Такт сжатия горючей смеси.
Ротор 2 поворачивается от 60° до 180°.
Шток 9, двигаясь по криволинейной канавке 3, прижимает свободный конец пластины впуска 17 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 2, фиг. 6 «г»).
Шток 11, двигаясь по криволинейной канавке 5, прижимает свободный конец пластины выпуска 19 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 4, фиг. 6 «г»).
Шток 10, двигаясь по криволинейной канавке 4, опускает разделительную пластину 18 вместе с цилиндрическим шарниром 20 и пластинами 17 и19 вниз, сжимая, тем самым, горючую смесь в камере 26 сжатия. (см. фиг. 3, фиг. 6 «г»).
3) Такт рабочего хода.
Ротор 2 поворачивается от 180° до 300°.
Шток 9, двигаясь по криволинейной канавке 3, прижимает свободный конец пластины впуска 17 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 2, фиг. 6 «д»).
Шток 11, двигаясь по криволинейной канавке 5, прижимает свободный конец пластины выпуска 19 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 4, фиг. 6 «д»).
При повороте ротора 2 на угол 180° контакт зажигания 12 подает напряжение на свечу зажигания 15, воспламеняя сжатую горючую смесь в камере сгорания 14, повышая давление в камере 27 рабочего хода.
Давление в камере 27 рабочего хода, воздействуя на пластины 17 и 19, через цилиндрический шарнир 20 поднимает разделительную пластину 18 вместе со штоком 10 вверх, который, двигаясь по криволинейной канавке 4, поворачивает ротор 2 на 120° от 180° до 300°, совершает полезную работу. Таким образом, время такта «рабочий ход» занимает 1/3 из полного цикла четырехтактного ДВС, что повышает плавность вращения ротора 2. (см. фиг. 3, фиг. 6 «д»).
4) Такт выпуска отработанных газов.
А) Ротор 2 поворачивается от 300° до 330°.
Шток 9, двигаясь по криволинейной канавке 3, прижимает свободный конец пластины впуска 17 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 2, фиг. 6 «е»).
Шток 11, двигаясь по криволинейной канавке 5, поднимает свободный конец пластины выпуска 19, тем самым открывая доступ выхода отработанных газов в полость 23, а далее, в атмосферу. (см. фиг. 4, фиг. 6 «е»).
Шток 10, двигаясь по криволинейной канавке 4, опускает разделительную пластину 18 вместе с цилиндрическим шарниром 20 и пластинами 17 и 19, выдавливая, тем самым, отработанные газы из камеры 28 в полость 23, а далее, в атмосферу. (см. фиг. 3, фиг. 6 «е»).
Б) Ротор 2 поворачивается от 330° до 360°.
Шток 9, двигаясь по криволинейной канавке 3, прижимает свободный конец пластины впуска 17 к нижней части внутренней поверхности отверстия 16 ротора 2. (см. фиг. 2, фиг. 6 «а»).
Шток 10, двигаясь по криволинейной канавке 4, опускает разделительную пластину 18 вместе с цилиндрическим шарниром 20 и пластинами 17 и 19, выдавливая тем самым отработанные газы из камеры 28 в полость 23, а далее, в атмосферу. (см. фиг. 3, фиг. 6 «а»).
Шток 11, двигаясь по криволинейной канавке 5, опускает свободный конец пластины выпуска 19, тем самым перекрывает выход отработанных газов в полость 23. (см. фиг. 4, фиг. 6 «а»).
Таким образом, двигатель, совершив 4 такта, вернулся в исходное положение.
Плавность вращения ротора 2 достигается повышением времени такта «рабочий ход» с 1/4 до 1/3 от полного цикла четырехтактного ДВС, в результате чего повышается надежность двигателя и увеличивается ресурс его работы.
Упрощение конструкции двигателя происходит за счет замены цилиндра прямоугольным отверстием 16 в роторе 2, а поршня и клапанов газораспределения - пластинами 17 и 19. Тем самым увеличивается надежность и ресурс работы двигателя.
Изобретение направлено на упрощение конструкции двигателя и обеспечение плавности вращения ротора, в результате чего повышается надежность двигателя и увеличивается ресурс его работы.