Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет выравнять скорости вращения выходного вала. Двигатель содержит корпус с кольцевой камерой, закрытой с торцов внутренней и внешней стенками. В камере размещены коаксиальные наружный и внутренний рабочие валы с установленными на них по два попарно симметрично расположенными роторными поршнями с образованием в кольцевой камере рабочих полостей. Торцевые стенки жестко соединены с одной из пар поршней, а внешняя, кроме того, с внутренним рабочим валом. На наружном рабочем валу и на наружной стороне внутренней торцевой стенки попарно симметрично установлены зубчатые секторы (18-21) и сателлиты (22-25). Сателлиты (22, 24) на наружном рабочем валу входят в зацепление с зубчатыми секторами (19, 21), на наружной стороне внутренней торцевой стенки, а сателлиты (23, 25) на наружной стороне внутренней торцевой стенки входят в зацепление с зубчатыми секторами (18, 20) на наружном валу. В корпусе соосно рабочим валам установлен неподвижный зубчатый сектор (26), с которым имеют возможность зацепления сателлиты (22, 25). Рабочие валы присоединены к входным звеньям суммирующего механизма. 1 з.п.ф-лы, 9 ил.

Предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания относится к двигателестроению, а именно роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, может быть использован в автомобилестроении.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой камерой, соосные рабочие валы с установленными на них поршнями, образующими в кольцевой камере рабочие полости, выходной вал и механизм привода поршней, установленный на рабочих валах, кинематически связывающий их с выходным валом и включающий шестерню, закрепленную жестко на корпусе соосно с рабочими валами, кривошипные механизмы, снабженные зубчатыми колесами-сателлитами и ползунами, установленные попарно-противоположно и кинематически связанные с выходным валом, причем зубчатые колеса входят в зацепление с неподвижной шестерней, закрепленной на корпусе, а ползуны находятся в пазах крестовин, установленных на рабочих валах (патент Франции N 1529551, МПК F 02 В 53/00, 1968).

Недостатком этого устройства является низкая надежность, связанная с неравномерностью вращения выходного вала.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой камерой, закрытой с боков внешней и внутренней торцовыми стенками, коаксиальные наружный и внутренний валы с установленными на них по два попарно симметрично расположенными поршнями, образующими в кольцевой камере рабочие полости, выходной вал и механизм привода лопастей, установленный на рабочих валах, включающий неподвижное зубчатое колесо, установленное в корпусе соосно с рабочими валами, зубчатые колеса-сателлиты, входящие в зацепление с неподвижным зубчатым колесом и установленные на рабочих валах зубчатые секторы (авторское свидетельство СССР N 1442683, МПК F 02 В 53/00, 1985).

Недостатком этого устройства являются низкие КПД и надежность двигателя, связанные с неравномерностью вращения выходного вала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой камерой, закрытой с торцов внутренней и внешней стенками, коаксиально расположенные в камере наружный и внутренний рабочие валы с установленными на них попарно симметрично с образованием рабочих полостей роторными поршнями, механизм привода последних в виде соединяющей их зубчатой передачи с некруглыми колесами и выходной вал, причем каждая пара поршней жестко соединена с одной из торцовых стенок камеры (патент ГДР N 65706, Нкл. 46а, МПК F 02 В 53/00, опубл. 1969).

Недостатком этого устройства являются низкий КПД и надежность двигателя, связанные с неравномерностью вращения выходного вала.

Технический результат предлагаемого изобретения следующий: происходит выравнивание скорости вращения выходного вала, что в конечном счете приводит к повышению КПД и надежности двигателя.

Этот технический результат достигается за счет того, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой камерой, закрытой с торцов внутренней и внешней стенками, коаксиально расположенные в камере наружный и внутренний рабочие валы с установленными на них попарно симметрично с образованием рабочих полостей роторными поршнями, механизм привода последних в виде соединяющей их зубчатой передачи и выходной вал, причем каждая пара поршней жестко соединена с одной из торцевых стенок камеры, согласно изобретению, снабжен суммирующим механизмом, соединяющим рабочие валы, зубчатая передача выполнена в виде установленного на корпусе соосно с рабочими валами неподвижного зубчатого сектора, соединенных с рабочими валами двух пар зубчатых секторов, симметрично установленных на наружном рабочем валу и на наружной стороне внутренней торцовой стенки, и двух пар сателлитов, причем одна из последних расположена на наружном рабочем валу и входит в зацепление с зубчатым сектором, установленным на наружной стороне внутренней торцевой стенки, а другая пара сателлитов расположена на последней и входит в зацепление с зубчатым сектором, установленным на наружном рабочем валу, при этом с внутренним рабочим валом соединена внешняя торцевая стенка. Предпочтительно суммирующий механизм выполнен в виде дифференциального механизма с коническими колесами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен двигатель, продольное сечение; фиг. 2 - поперечное сечение двигателя по кольцевой камере в начале выполнения первых четырех тактов; фиг.3 - то же, в середине выполнения первых четырех тактов; фиг. 4 - то же, при переходе от выполнения первых четырех тактов к выполнению вторых четырех тактов; фиг. 5 - то же, в середине выполнения вторых четырех тактов работы двигателя; фиг. 6 - схематичное изображение механизма привода роторных поршней во взаимосвязи его составляющих частей с роторными поршнями в начале выполнения первых четырех тактов; фиг.7 - то же, в середине выполнения первых четырех тактов; фиг. 8 - то же, при переходе от выполнения первых четырех тактов к выполнению вторых четырех тактов; фиг. 9 - то же, в середине выполнения вторых четырех тактов работы двигателя;
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с кольцевой камерой 2, закрытой с боков внутренней 3 и внешней 4 торцовыми стенками, установленными в камере 2 с возможностью вращения. В корпусе 1 выполнены впускной канал 5 для подачи горючей смеси или воздуха, выпускной канал 6 для отвода продуктов сгорания, а также свеча 7 или форсунка (не показана). В кольцевой камере 2 размещены два коаксиальных рабочих вала: наружный 8 и внутренний 9 и четыре роторных поршня 10-13, делящих кольцевую камеру 2 на четыре рабочих полости 14-17. Роторные поршни 10-13 через один образуют жестко соединенные между собой пары с расположением в них симметрично противоположно. Одна пара поршней 10, 12 установлена на наружном рабочем валу 8, а вторая 11, 13 - жестко соединена с торцовыми стенками: внутренней 3 и наружной 4; последняя, в свою очередь, жестко соединена с выступающим концом внутреннего рабочего вала 9. Рабочие валы 8, 9 связаны между собой механизмом привода роторных поршней 10-13, включающим четыре зубчатых сектора 18-21, каждый из которых имеет центральный угол = 60^o и находится в зацеплении с одним из сателлитов 22-25, которые, в свою очередь, имеют возможность зацепления с закрепленным в корпусе 1 соосно с рабочими валами 8, 9 неподвижным зубчатым сектором 26 с зубчатым венцом, выполненным на участке с центральным углом = 60^o. Зубчатые секторы 18-21 попарно симметрично установлены на наружном рабочем валу 8 и на наружной стороне внутренней торцовой стенки 3, сателлиты 22-25 также попарно симметрично установлены на наружном рабочем валу 8 и на наружной стороне торцовой стенки 3, причем сателлиты 22, 24, установленные на наружном рабочем валу 8, входят в зацепление с зубчатыми секторами 19, 21, установленными на наружной стороне внутренней торцовой стенки 3, и, наоборот, сателлиты 23, 25, установленные на наружной стороне внутренней торцовой стенки 3, входят в зацепление с зубчатыми секторами 18, 20, установленными на наружном рабочем валу 8. Сборка зубчатых секторов 18-21, сателлитов 22-25 и неподвижного зубчатого сектора 26 произведена таким образом, чтобы в положении, при котором роторные поршни 10-13 равно отстоят друг от друга, сателлиты 22-25 располагались по центру зубчатых секторов 18-21, а одно из них (сателлит 22 на фиг. 7) при этом располагался по центру неподвижного зубчатого сектора 26.

Рабочие валы 8, 9 могут быть присоединены к входным звеньям суммирующего механизма. В частности, суммирующий механизм может быть выполнен в виде дифференциального механизма с коническими колесами, содержащего установленные на рабочих валах 8, 9 конические шестерни 27, 28, находящиеся в постоянном зацеплении с коническими сателлитами 29, 30, свободно сидящими в маховике 31, который служит выходным валом.

Двигатель работает следующим образом. Взаимный поворот рабочих валов 8,9 с роторными поршнями 10-13 на них вызывает увеличение объема одних диаметрально противоположно расположенных рабочих полостей (14, 16 на фиг. 2, 3) и одновременное уменьшение объема двух других диаметрально противоположно расположенных рабочих полостей (15, 17 на фиг. 2, 3). За счет этого при работе двигателя в каждой рабочей полости происходит один из четырех тактов работы двигателя, а в целом в кольцевой камере 2 одновременно происходят четыре такта: всасывание горючей смеси или воздуха через впускной канал 5 (в рабочей полости 16 на фиг. 3), сжатие (в рабочей полости 17), расширение или рабочий ход (в рабочей полости 14) и выпуск отработанных газов через выпускной канал 6 (в рабочей полости 15). Поскольку за один оборот роторных поршней 10-13 происходит четыре рабочих хода, такты термодинамического процесса в каждой рабочей полости сдвинуты по времени относительно соседней на 90^o.

В рабочей полости 14 (на фиг. 3), в которой осуществляется рабочий ход, расширяющиеся газы давят с одинаковой силой на боковые стенки роторных поршней 10, 11, стремясь их раздвинуть. Поскольку роторные поршни 10, 11 входят в кинематическую цепь, образованную поршнем 11, зубчатым сектором 19, сателлитом 22, роторным поршнем 10 и неподвижным звеном - неподвижным зубчатым сектором 26, они не могут двигаться независимо друг от друга. Сателлит 22, находящийся в зацеплении с неподвижным зубчатым сектором 26, испытывает со стороны роторного поршня 10 давление через ось, на которой он установлен, а со стороны поршня 11 - через зубчатый сектор 19. Поскольку плечо силы давления на сателлит 22 через зубчатый сектор 19 вдвое больше плеча силы давления через ось, сателлит 22 будет поворачиваться в сторону давления на него со стороны зубчатого сектора 19, чем и определяется направление вращения рабочих валов 8, 9 двигателя. В результате рабочего хода пары роторных поршней 10, 12 и 11, 13 оказываются повернутыми относительно друг друга на угол 60^o, при этом пара 11, 13 с первым по ходу вращения роторным поршнем 11 повернется на угол 120^o, а пара 10, 12 со вторым по ходу вращения роторным поршнем 10 - на 60^o, вследствие чего роторные поршни 10 и 13 займут положение для начала выполнения новых тактов (фиг. 4). Таким образом, поочередное сближение и расхождение пар роторных поршней 10, 12 и 11, 13 вместе с валами 8, 9, на которых они установлены, сопровождается их направленным поворотом на 90^o за каждый рабочий ход.

Конические шестерни 27, 28 суммирующего механизма при работе двигателя вращаются с переменной скоростью, изменяющей вдвое свою величину на каждом такте, причем сумма скоростей рабочих валов 8, 9 остается постоянной. На суммирующем механизме происходит сложение скоростей рабочих валов 8, 9, сумма которых постоянна. Двигатель может также работать и без суммирующего механизма, если по технологическим условиям требуется или возможно неравномерное вращение выходного вала, роль которого в этом случае может выполнять любой из рабочих валов 8 или 9.

Предлагаемое изобретение найдет свое применение в двигателестроении применительно к автомобилестроению.

Формула изобретения

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой камерой, закрытой с торцов внутренней и внешней стенками, коаксиально расположенные в камере наружный и внутренний рабочие валы с установленными на них попарно симметрично с образованием рабочих полостей роторными поршнями, механизм привода последних в виде соединяющей их зубчатой передачи и выходной вал, причем каждая пара поршней жестко соединена с одной из торцевых стенок камеры, отличающийся тем, что он снабжен суммирующим механизмом, соединяющим рабочие валы, зубчатая передача выполнена в виде установленного на корпусе соосно с рабочими валами неподвижного зубчатого сектора, соединенных с рабочими валами двух пар зубчатых секторов, симметрично установленных на наружном рабочем валу и на наружной стороне внутренней торцевой стенки, и двух пар сателлитов, причем одна из последних расположена на наружном рабочем валу и входит в зацепление с зубчатым сектором, установленным на наружной стороне внутренней торцевой стенки, а другая пара сателлитов расположена на последней и входит в зацепление с зубчатым сектором, установленным на наружном рабочем валу, при этом с внутренним рабочим валом соединена внешняя торцевая стенка.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что суммирующий механизм выполнен в виде дифференциального механизма с коническими колесами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9