ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использована при создании двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для преобразования тепловой энергии в механическую работу, и может найти широкое применение в транспортных средствах всех марок, работающих на бензине, дизельном топливе и природном газе.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, роторные лопастно-поршневые крыльчатки (роторные поршни) для разделения рабочей полости на рабочие камеры (рабочие сектора), выпускные отверстия, форсунки и свечи зажигания, роторные лопастно-поршневые крыльчатки (роторные поршни) симметричны относительно оси (рабочий элемент, жестко закрепленный на рабочем валу), имеют одинаковое четное количество N лопастных поршней и установлены в рабочей полости на общей оси (рабочий элемент, жестко закрепленный на рабочем валу) с возможностью расположения N лопастных поршней одной крыльчатки между лопастными поршнями другой крыльчатки, вращения относительно оси (рабочего элемента, жестко закрепленного на рабочем валу), периодического соединения с корпусом, разделения рабочей полости на кратное четырем число 2N рабочих камер (рабочие сектора), причем количество форсунок составляет N/2, свечей зажигания - N/2, выпускных отверстий - N/2, двигатель дополнительно снабжен датчиками и фиксаторами положения роторных лопастно-поршневых крыльчаток (роторных поршней), при этом рабочая полость образована между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оси (рабочего элемента, жестко закрепленного на рабочем валу), двигатель дополнительно содержит впускные клапаны, количество которых составляет N/2, а роторные лопастно-поршневые крыльчатки (роторные поршни) установлены в рабочей полости на общей оси (рабочем элементе, жестко закрепленным на рабочем валу) с возможностью периодического соединения с этой осью, (патент RU 2380556 С1, МПК F02B 55/02, F01С 1/063).
Однако этот двигатель внутреннего сгорания имеет следующие недостатки, он сложный по устройству (содержит 21 тип элементов в конструкции) и имеет ряд связанных с этим недостатков, таких как высокая себестоимость, низкая надежность конструкции, низкая износоустойчивость, ограниченность области применения.
Наиболее близким к заявленному двигателю является «Роторный двигатель внутреннего сгорания с радиальными лопастями» US 6003486.
Двигатель внутреннего сгорания имеет корпус с минимум одним участком цилиндрической внутренней поверхности, основной ротор (синонимы рабочий вал, ведущий вал, мастер-вал) с минимум одним участком цилиндрической внешней поверхности (синоним сектор цилиндра, направляющая которого совпадает с осью вращения вала) и минимум одной выступающей над цилиндрической поверхностью лопастью (синонимы зубчатый выступ, роторный поршень), минимум один дополнительный ротор (синонимы дублирующий вал, ведомый вал, сателлитный вал), систему приготовления и воспламенения рабочей смеси, систему выпуска отработанных газов.
Известный двигатель имеет сложную конструкцию, обусловленную необходимостью обеспечения высокой скорости движения дополнительных роторов по отношению к скорости основного ротора. Узкая область применения обусловлена сложностью изменения мощности двигателя. Низкая износоустойчивость обусловлена тем, что скорость вращения дополнительных роторов существенно отличается от скорости вращения основного ротора и поверхность вращающегося с высокой скоростью дополнительного ротора будет интенсивно изнашиваться при трении о поверхность основного ротора. Высокая себестоимость обусловлена высокой сложностью изготовления известного двигателя.
Задачей предлагаемого конструкторско-технологического решения является:
1) Упрощение конструкции двигателя;
2) Расширение области применения;
3) Повышение надежности и износоустойчивости ДВС;
4) Снижение себестоимости;
Поставленная задача достигается тем, что Двигатель внутреннего сгорания имеет корпус с минимум одним участком цилиндрической внутренней поверхности, основной ротор (синонимы рабочий вал, ведущий вал, мастер-вал) с минимум одним участком цилиндрической внешней поверхности (синоним сектор цилиндра, направляющая которого совпадает с осью вращения вала) и минимум одной выступающей над цилиндрической поверхностью лопастью (синонимы зубчатый выступ, роторный поршень), минимум один дополнительный ротор (синонимы дублирующий вал, ведомый вал, сателлитный вал), систему приготовления и воспламенения рабочей смеси, систему выпуска отработанных газов, причем дополнительный ротор содержит минимум один участок цилиндрической внешней поверхности, диаметр которой равен диаметру участка цилиндрической внешней поверхности основного ротора и содержит минимум одну выемку (синоним впадину) с размерами, соответствующими размерам лопасти на основном роторе. Система приготовления и воспламенения рабочей смеси содержит впускной клапан и свечу зажигания, а система вывода отработанных газов содержит выпускное отверстие. Двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит две шестерни с одинаковым количеством зубьев, одна из которых закреплена на рабочем валу, другая на ведомом валу, причем зубья указанных шестерен соприкасаются.
На Фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого двигателя с применением ПП1-3 (горизонтальный разрез - вид сверху), на Фиг.2 разрез А-А (вид спереди), на Фиг.3 разрез В-В (вид сзади), на Фиг.4 и Фиг.5 пример возможных схем предлагаемого двигателя для количества роторных поршней отличного от единицы (в данных примерах для n=2 и n=4, разрез вид спереди).
Предлагаемое устройство содержит:
(1) - корпус, (2) - основной ротор, (3) - дополнительный ротор, (4) - участок с внешней цилиндрической поверхностью основного ротора, (5) - участок с внешней цилиндрической поверхностью дополнительного ротора (синоним дисковый затвор); (6) - впускной клапан, через который производится впрыск горючей смеси; (7) - свеча зажигания, (8) - выпускное отверстие, через которое свободно выходят выхлопные газы, последовательно расположенные элементы 5, 6, 7, 8 образуют рабочий сектор, (9) - лопасть в форме зубчатого выступа на внешней поверхности рабочего ротора двигателя (количество рабочих секторов соответствует количеству роторных поршней, делящих всю рабочую полость на n равных рабочих секторов), (10) - выемка на внешней поверхности дополнительного ротора, может иметь сквозное отверстие связывающее рабочую полость с окружающей средой (либо воздушным компрессором), (11) - жестко закрепленная на дополнительном роторе зубчатая шестерня, (12) - жестко закрепленная на основном роторе зубчатая шестерня;
Принято, что на Фиг.2 направление вращения основного ротора (4), осуществляется против часовой стрелки, а дополнительного ротора (3) - по часовой стрелке.
Двигатель внутреннего сгорания (Фиг.1, 2, 3) работает следующим образом:
При движении лопасти (9), с момента его прохождения через выемку (10) до места расположения впускного клапана (6), происходит всасывание (либо закачивание от компрессора) воздуха в рабочую полость через имеющееся в дисковом затворе отверстие, момент прохождения лопастью (9) впускного клапана (6) совпадает с моментом закрытия выемки (10) при вращении участка с цилиндрической внешней поверхностью дополнительного ротора (5), играющего роль дискового затвора. При дальнейшем движении лопасти происходит впрыск горючей смеси в рабочую полость через впускной клапан (6), которая при прохождении лопастью свечи зажигания (7) воспламеняется и расширяющийся газ воздействуя на лопасть (9) образует крутящий момент на основной ротор (2), роторный поршень двигаясь в направлении выпускного отверстия (8) производит вытеснение выхлопных газов образованных предыдущим сгоранием горючей смеси через выпускное отверстие (8).
Таким образом:
1) Достигнуто значительное упрощение конструкции - вместо 21 типа различных элементов конструкции в прототипе, предлагаемая конструкция двигателя содержит только 12 типов различных элементов, к тому же если рассматривать элементы 2, 4, 9, 12 как один элемент - особую форму основного ротора (может быть цельным элементом), и элементы 3, 5, 10, 11 как форму дополнительного ротора, то вся конструкция двигателя это основной ротор + дополнительный ротор + корпус (всего 3 элемента) + система впрыска топлива и система зажигания;
2) Предлагаемая принципиальная схема ДВС позволяет расширить область применения в связи с возможностью изменения следующих параметров:
2.1 Мощность двигателя может легко увеличиваться до необходимой величины путем увеличения радиуса рабочей полости;
2.2 В одном двигателе может использоваться любое количество рабочих элементов просто добавляя их (как блины) на существующие основной и дополнительные роторы;
2.3 Мощность двигателя может сниматься как с основного ротора, так и с дополнительного ротора, направление движения которых противоположно;
2.4 Количество рабочих секторов расположенных в рабочей полости одного рабочего элемента двигателя, может быть принятым любым, просто деля всю окружность на необходимое количество рабочих секторов (пример фиг.4 и фиг.5), что позволяет легко адаптировать предлагаемую принципиальную схему для решения любых задач. Роторные лопасти (если их более 1) располагаются симметрично относительно рабочего элемента и делят рабочую полость, образованную между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью рабочего элемента на равные сектора включающие в себя набор элементов (впускной клапан, выпускное отверстие, свечу зажигания, дисковый затвор). Количество и месторасположение дисковых затворов соответствует количеству и месторасположению роторных лопастей (от 1 до n шт.) Одинаковое количество лопастей и дисковых затворов позволяет разделить общую рабочую полость двигателя на кратное числу лопастей число рабочих камер и позволяет максимально уравновесить работу ДВС и таким образом способствует полному и наиболее рациональному использованию всего объема рабочей полости двигателя для максимального улучшения рабочих характеристик двигателя.
3) Повышение надежности и износоустойчивости ДВС
3.1 В самой конструкции двигателя практически нет мелких, легко ломающихся деталей, что снижает риск поломки и повышает надежность
3.2 Отсутствие возвратно поступательного движения в элементах двигателя (движение всех рабочих элементов однонаправленное) позволяет существенно улучшить его надежность и его износоустойчивость;
4) Уникальная простота конструкции, позволяющая исключить большинство мелких и сложных элементов, позволяет снизить требования к изготовлению и к использованным материалам и таким образом снизить его себестоимость.