РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области моторостроения, и может быть использована в производстве двигателей внутреннего сгорания с качательным движением рабочих органов, применяемых в автомобилестроении, тракторостроении, тепловозостроении, судостроении и т.п.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой, разделенной на полости изменяемого объема радиальными неподвижными перегородками, ротор со ступицей и лопастными рабочими органами, установленными на промежуточном вале в рабочей камере, выходной вал, механизм преобразования возвратно-качательного движения ротора во вращательное движение выходного вала, систему золотникового газораспределения с впускным и выпускным коллекторами и шестеренчатой передачей (патент США №3382849, кл. 123-18, опубл. 1968 г.).
Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания является то, что привод клапанной системы выполнен в виде взаимодействующих посредством удара, размещенных на тарельчатых клапанах толкателей, что не обеспечивает необходимое
качество газообмена, а это снижает мощностные показатели двигателя.
Известен также двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой, разделенной на полости изменяемого объема радиальными выступами корпуса, ротор со ступицей и лопастными рабочими органами, установленный на промежуточном вале в рабочей камере, выходной вал, механизм преобразования возвратно-качательного движения ротора во вращательное движение выходного вала, систему золотникового газораспределения с впускным и выпускным коллекторами и шестеренчатой передачей, причем система впуска топливо-воздушной смеси снабжена двумя цилиндрическими золотниками, установленными концентрично ступице ротора с возможностью взаимно-противоположного вращения и связанными с полостями изменяемого объема при помощи отверстий в ступице ротора в зоне основания рабочих органов, а система выпуска отработанных газов снабжена общим для двух смежных полостей изменяемого объема каналом в радиальном выступе корпуса и связанным с полостями изменяемого объема при помощи отверстий в боковых стенках выступов (патент РФ №2029114, кл. F 02 B 55/00, опубл. 20.02.95).
Недостатками известной конструкции двигателя внутреннего сгорания являются: сложность системы золотникового газораспределения, большой объем рабочей смеси в осевом канале ротора, наличие остаточных отработанных газов в рабочих камерах, что снижает технико-экономические показатели двигателя.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащего корпус с концентрично установленным в нем с образованием четырех рабочих камер двухлопастным качающимся ротором, систему газораспределения клапанного типа, включающую два распределительных вала, расположенных параллельно валу ротора по разные стороны относительно его лопастей и механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала, при этом двигатель снабжен вспомогательным валом, расположенным соосно входному валу, перпендикулярно с выходным валом валу ротора, причем вспомогательный и выходной валы связаны с распределительными валами коническими зубчатыми передачами, причем механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала выполнен в виде установленной на валу ротора вилки и закрепленной в ее соосных отверстиях и связанной с выходным и вспомогательным валами крестовины, в корпусе которой могут быть установлены клапаны системы газораспределения при возможном расположении крестовины под переменным углом к осям выходного и вспомогательного валов (патент РФ №2051276, кл. F 01 C 9/00, F 02 В 53/00, опубл. 27.12.95 - прототип).
Недостатками известного роторного двигателя внутреннего сгорания являются:
- громоздкость конструкции;
- сложность, а следовательно, невысокая надежность в работе (наличие двух распределительных валов, клапанной системы газораспределения, вспомогательного вала);
- высокий уровень шума (из-за наличия клапанов в системе газораспределения);
- пониженные технико-экономические показатели (к.п.д., мощность, экономичность) из-за наличия остаточных отработанных газов в рабочих камерах роторного двигателя после такта выхлопа.
Техническим решением полезной модели является создание новой конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, обладающего компактностью, высокой надежностью в работе, низким уровнем шума и повышенными технико-экономическими показателями.
Техническое решение достигается в конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащего корпус с концентрично установленным в нем с образованием четырех рабочих камер двухлопастным качающимся ротором, механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала, а также газораспределительное устройство, в котором, согласно полезной модели, на конце выходного вала, обращенном к валу ротора, закреплены две отдельно расположенные, соосные цилиндрические шестерни, а механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала содержит коромысло, закрепленное на концах вала ротора, соосно с ним расположенное и имеющее на концах два паза, при этом одна из шестерен выходного вала имеет диаметрально противоположное сцепления с двумя зубчатыми колесами для ее попеременного привода во вращение в одну сторону, причем на ступицах зубчатых колес смонтированы пальцы с возможностью их попеременного входа в пазы коромысла при качательном движении вала
ротора и поворота при этом зубчатых колес и шестерни вместе с выходным валом, причем газораспределительное устройство выполнено в виде бесклапанного механизма, включающего четыре поворотные эвольвентно-конические шестерни, расположенные на наружных поверхностях рабочих камер двигателя, причем в торце ступицы каждой шестерни выполнены два сквозных отверстия, а в стенке каждой рабочей камеры двигателя также выполнены два сквозных отверстия с возможностью при поворотах эвольвентно-конической шестерни одному из этих отверстий образования с соответствующим сквозным отверстием в эвольвентно-конической шестерне впускного топливного канала и подсоединения его к патрубку подачи топливо-воздушной смеси или воздуха, а другому отверстию образования с соответствующим сквозным отверстием эвольвентно-конической шестерни канала выпуска отработанных газов и подключения его к патрубку отвода отработанных газов, при этом эвольвентно-конические шестерни кинематически связаны с приводным выходным валом посредством составного зубчатого колеса, имеющего с одной стороны зацепление со второй цилиндрической шестерней выходного вала, а с другой стороны - с эвольвентно-коническими шестернями на наружных поверхностях рабочих камер, причем нормальная работа двигателя обеспечена при следующих передаточных отношениях находящихся в зацеплении зубчатых пар:
, где:
1
Z - число зубьев каждого из колес, приводящих во вращение выходной вал;
2
Z - число зубьев шестерни выходного вала, находящейся в зацеплении с приводными шестернями;
3
Z - число зубьев цилиндрической части промежуточного составного колеса;
4
Z - число зубьев второй шестерни выходного вала, находящейся в зацеплении с цилиндрической частью промежуточного составного колеса;
5
Z - число зубьев эвольвентно-конической части промежуточного составного колеса;
6
Z - число зубьев каждой эвольвентно-конической шестерни.
В таком роторном двигателе внутреннего сгорания в каждой рабочей камере может быть установлен с выходом наружу очистительный механизм, включающий очистительную планку, имеющую возможность поворота при контакте с поворотной эвольвентно-конической шестерней в конце такта выхлопа отработанных газов из рабочей камеры на величину угла степени сжатия топливо-воздушной смеси или воздуха в рабочей камере для выброса остаточных отработанных газов через внутренний канал эвольвентно-конической шестерни и патрубок отвода отработанных газов.
Применение в таком роторном двигателе внутреннего сгорания привода к газораспределительному устройству в виде шестеренчато-зубчатой передачи уменьшает габариты двигателя, придавая ему компактность.
Замена клапанной системы, обычно применяемой в газораспределительных устройствах, простой конструкцией совмещения выпускного отверстия патрубка подачи топливо-воздушной смеси или воздуха с впускным отверстием топливного канала, а также совмещения входного отверстия патрубка отвода отработанных
газов и выпускного отверстия канала отработанных газов, причем эти совмещения осуществляются с помощью простого шестеренчато-эубчатого привода с легко заменяемыми составляющими, повышает надежность роторного двигателя внутреннего сгорания.
Отсутствие клапанной системы в газораспределительном устройстве снижает уровень шума при работе двигателя.
Очистительный механизм с поворотной очистительной планкой способствует очистке рабочей камеры от остаточных отработанных газов в конце такта выхлопа, что повышает к.п.д., мощность и экономичность роторного двигателя внутреннего сгорания.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого объекта по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию полезной модели "новизна".
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании новой конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, обладающего компактностью, надежностью в работе, низким уровнем шума и повышенными технико-экономическими показателями.
Использование конструкции по заявляемой полезной модели в двигателестроении обеспечивает ей соответствие критерию полезной модели "промышленная применимость".
Предлагаемая конструкция изображена на чертеже, где:
на фиг.1 показан общий вид роторного двигателя внутреннего сгорания (вид спереди);
на фиг.2 - вид сверху на роторный двигатель внутреннего сгорания;
на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2;
на фиг.4 - механизм очистки (очистительный механизм) рабочих камер от остаточных отработанных газов.
Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 1 с концентрично установленным в нем с образованием четырех рабочих камер 2 двухлопастным качающимся ротором 3, механизм преобразования качательного движения вала 4 ротора 3 во вращательное выходного вала 5, а также газораспределительное устройство, причем на конце выходного вала 5, обращенном к валу 4 ротора 3, закреплены две отдельно расположенные, соосные цилиндрические шестерни 6, 7, а механизм преобразования качательного движения вала 4 ротора 3 во вращательное выходного вала 5 содержит коромысло 8, закрепленное на конце вала 4 ротора 3, соосно с ним расположенное и имеющее на концах два паза 9, 10, при этом шестерня 6 выходного вала 5 имеет диаметрально противоположные сцепления с двумя зубчатыми колесами 11, 12 для ее попеременного привода во вращение в одну сторону, причем на ступицах приводных зубчатых колес 11, 12 смонтированы пальцы 13, 14 с возможностью их попеременного входа в пазы 9, 10 коромысла 8 при качательном движении вала 4 ротора 3 и поворота при этом зубчатых колес 11, 12 и шестерни 6 вместе с выходным валом 5, причем газораспределительное устройство выполнено в виде бесклапанного механизма, содержащего четыре поворотные эвольвентно-конические шестерни 15, расположенные на наружных
поверхностях рабочих камер 2 двигателя, причем в торце ступицы каждой шестерни 15 выполнены два сквозных отверстия 16, 17, а в стенке каждой рабочей камеры 2 двигателя выполнены два сквозных отверстия 18, 19, с возможностью при поворотах эвольвентно-конической шестерни 15 отверстию 18 образования с отверстием 16 впускного топливного канала и подсоединения его к патрубку 20 подачи топливо-воздушной смеси или воздуха, а другому отверстию 19 образования с отверстием 17 канала выпуска отработанных газов из рабочей камеры 2 и подсоединения его к патрубку 21 отвода отработанных газов, при этом эвольвентно-конические шестерни 15 кинематически связаны с приводным выходным валом 5 посредством составного зубчатого колеса 22, имеющего с одной стороны зацепление со второй цилиндрической шестерней 7 выходного вала 5, а с другой стороны - с эвольвентно-коническими шестернями 15, причем нормальная работа двигателя обеспечена при следующих передаточных отношениях находящихся в зацеплении зубчатых пар:
, где:
1
Z - число зубьев каждого из колес 11, 12;
2
Z - число зубьев шестерни 6 выходного вала 5;
3
Z - число зубьев цилиндрической части составного колеса 22;
4
Z - число зубьев шестерни 7 выходного вала 5;
5
Z - число зубьев эвольвентно-конической части составного колеса 22;
6
Z - число зубьев каждой эвольвентно-конической шестерни 15.
В таком роторной двигателе внутреннего сгорания в каждой рабочей камере 2 установлен с выходом наружу очистительный механизм, включающий очистительную планку 23, имеющую возможность поворота при контакте ее выступа 24 с выступом 25 поворотной эвольвентно-конической шестерни 15 в конце такта выхлопа отработанных газов из рабочей камеры 2 на величину угла степени сжатия топливо-воздушной смеси или воздуха в рабочей камере 2 для выброса остаточных отработанных газов через внутренний канал 19, 17 эвольвентно-конической шестерни 15 и патрубок 21 отвода отработанных газов.
Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Лопасти ротора 3, закрепленные на роторном вале 4, под действием рабочих газов совершают качательное движение в рабочих камерах 2 и передают его роторному валу 4 с укрепленным на нем коромыслом 8, на концах которого выполнены пазы 9, 10, которые попеременно сочленяются с пальцами 13, 14, смонтированными на зубчатых колесах 11, 12, которые попеременно входя в пазы 9, 10 придают через зубчатые колеса 11, 12 вращательное движение шестерне 6, а с ней и выходному валу 5. От второй шестерни 7 приведенного выходного вала 5 вращение передается через промежуточное составное зубчатое колесо 22 эвольвентно-коническим шестерням 15, входящим в состав газораспределительного устройства.
Впуск в рабочую камеру 2 топливо-воздушной смеси или воздуха осуществляется при повороте соответствующей эвольвентно-конической шестерни 15 таким образом, чтобы впускное
отверстие патрубка 20 подачи топливо-воздушной смеси или воздуха совпало с входным отверстием впускного внутреннего топливного канала 16, 18 эвольвентно-конической шестерни 15.
Выпуск отработанных газов из рабочей камеры 2 осуществляется при повороте соответствующей эвольвентно-конической шестерни 15 таким образом, чтобы выпускное отверстие внутреннего канала 19, 17 эвольвентно-конической шестерни 15 совпало с впускным отверстием патрубка 21 отвода отработанных газов.
Таким образом предлагаемая конструкция отличается компактностью вследствие применения компактных зубчатых передач с легко заменяемыми составными частями.
Отсутствие в конструкции газораспределительного устройства системы клапанов упрощает конструкцию роторного двигателя внутреннего сгорания, повышая его надежность, а также снижает уровень шума при работе двигателя.
Возможное применение в конструкции очистительного механизма в виде очистительной планки 23, при повороте которой под действием эвольвентно-конической шестерни 15 происходит очистка рабочей камеры 2 от остаточных отработанных газов в конце такта выхлопа, увеличивает рабочий объем камеры, повышая к.п.д., мощность и экономичность двигателя.
Приведенные новые конструктивные изменения роторного двигателя внутреннего сгорания обеспечивают преимущества предложенной конструкции над прототипом.