Навигация: => 

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2249701
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ РОТОРОМ-ПОРШНЕМ

English

Имя заявителя: Липневенко Валентин Андреевич (UA); Лукьянова Маргарита Валентиновна (UA)
Имя изобретателя: Липневенко Валентин Андреевич (UA); Лукьянова Маргарита Валентиновна (UA) 
Имя патентообладателя: Липневенко Валентин Андреевич (UA); Лукьянова Маргарита Валентиновна (UA)
Адрес для переписки: 91050, г. Луганск, ул. Учебная, 4а, ЗАО "Институт "Спецавтоматика", В.А. Липневенко
Дата начала действия патента: 2003.07.21

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям с качающимися рабочими органами. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус 1 с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой 2 и камерами завихрения 39, 40, выполненными в перегородках 9, 10. На входном валу 8 установлен качающийся ротор-поршень 7 из магнитно-твердого материала, имеющий ступицу 30 с лопастями 28, 29, образующими с перегородками две рабочие 33, 34 и две нагнетательные 35, 36 полости. Механизм привода ротора-поршня включает кривошипно-шатунный механизм. Согласно изобретению корпус 1 двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами 51, 52 Т-образной формы, внутри которых размещены стержни 53, 54 из электротехнической стали с обмотками 55, 56, контактирующие с внутренней поверхностью, охватывающей их пластины 57 из электротехнической стали С-образной формы. В перегородках 9, 10 выполнены радиальные пазы 43, 44, имеющие выход в камеры завихрения 39, 40. Центральные электроды 45, 46 свечей укреплены в перегородках 9, 10 и введены в камеры завихрения 39, 40. Это позволит обеспечить простыми средствами расширение функциональных возможностей, увеличение КПД двигателя и повышение надежности двигателя при эксплуатация.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с качающимися рабочими органами.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, соосные рабочие валы с установленными на них лопастями, образующими в кольцевой камере четыре рабочие и нагнетательные /нерабочие/ полости, выходной вал и механизм привода лопастей, 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, при этом зубчатые колеса входят в зацепление с неподвижной шестерней, закрепленной на корпусе, а ползуны находятся в пазах крестовины, установленных на рабочих валах. Для повышения надежности работы роторного двигателя выходной вал и механизм привода снабжены зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении, причем зубчатое колесо механизма привода имеет внутренние спицы, на рабочих валах установлены зубчатые секторы, в зацеплении с которыми находятся конические шестерни, установленные на спицах и связанные жестко с пружинами кручения, рабочие валы снабжены механизмом стабилизации угловой скорости, состоящим из двух балансиров, связанных между собой пружинами и снабженных роликами, и профилированного кулачка, установленного с возможностью поворота на корпусе машины и снабженного рукояткой для поворота. /См. а.с.СССР №1442683 “Роторный двигатель внутреннего сгорания”, МПК 7 F 02 В 53/00, 07.12.88 г./

Недостатком этого двигателя является сложность его конструкции, вызванная наличием механизма привода лопастей, двух кривошипных механизмов и механизма стабилизации угловой скорости.

Выполнение рабочих и нагнетательных полостей рабочими и вспомогательными лопастями потребует вращение лопастей с разной скоростью от системы механизмов, а следовательно, потребует дополнительный расход мощности, что снизит КПД /коэффициент полезного действия/ двигателя.

Отсутствие эффективного процесса продувки отработавших газов приводит к снижению качества поступившей горючей смеси из-за смешивания ее с остатками отработавших газов.

Эти недостатки частично устранены в “Двухтактном двигателе внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, содержащем цилиндрический, закрытый с обеих сторон крышками 4, 5 корпус 1 /картер/, образующий кольцевую рабочую камеру, в середине которой установлен входной вал 3 /фиг.1/ с качающимся ротором-поршнем 6, в ступице которого выполнена выемка 17, сегментную перегородку 7, прикрепленную к корпусу 1 болтами 10, 11, генератор переменного тока /устройство зажигания/ 43 и каналы для подвода горючей смеси 18 и для отвода отработавших газов 19, которые закрываются и открываются лопастью 22 качающегося ротора-поршня. На валу 3 /фиг.3/ закреплен кривошип 23 /рычаг/, который посредством шатуна 25 связан с кривошипом 26, установленным на выходном валу 27. В корпусе 1 рядом с сегментной перегородкой 7 установлена свеча зажигания 16, и между ними и поршнем 6 устанавливаются уплотнения 12, 13, 14, 15. /См. патент ФРГ №3811760 “Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, МПК 7 F 02 B 53/00, F 01 C 9/00, 01.06.89 г./.

Недостатком этого двигателя является то, что он имеет ротор-поршень с одной лопастью, которая с перегородкой делят рабочую кольцевую камеру на две полости, одна из которых нагнетательная, а другая рабочая. Это приводит к тому, что для возвращения ротора-поршня с нижней мертвой точки /НМТ/ до верхней мертвой точки /ВМТ/ потребуется дополнительная мощность для вращения выходного вала, что снизит КПД двигателя.

При качании ротора-поршня ввиду его неуравновешенности возникают силы трения, вызывающие износ подшипников вала, корпуса, лопасти ротора-поршня и снижение надежности двигателя при эксплуатации.

Наличие генератора переменного тока сбоку корпуса приводит к увеличению габаритов двигателя и сложности его конструкции.

Известен также “Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, который является наиболее близким аналогом-прототипом заявленного изобретения. За прототип принят двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус 7 /фиг.1, 2/ с каналами для охлаждения и установленными в нем форсунками 21 /фиг.1 - вариант дизельного двигателя/ или двумя свечами зажигания 22 /фиг.2 - вариант двигателя “Отто”/. На корпусе 7 /фиг.2/ двигателя предусмотрен для подачи горючей смеси впускной канал 25, а для выхлопа отработавших газов выходной канал 26. Внутри корпуса 7 на рабочем валу 10 установлен качающийся ротор-поршень 8 /анкер/ с двумя лопастями и закреплены жестко с внутренней его стороны напротив форсунок 21 /фиг.1/ и в месте установки свечей зажигания 22 /фиг.2/ перегородки 27 /переходы/. Ротор-поршень 8 и перегородки 27 делят рабочую кольцевую камеру, образованную корпусом 7 на четыре полости с изменяющейся объемной величиной, две из которых полости нагнетания 23 и две рабочие полости 24. Для перелива горючей смеси в рабочие полости 24 в ступице качающегося ротора-поршня 8 выполнены выемки 9 /фиг.1, 2/. В жестких перегородках 27 выполнены камеры завихрения 20 /фиг.1 - вариант дизельного двигателя/, в которых поступившая горючая смесь из рабочих полостей благодаря вращающемуся движению качающегося ротора-поршня 8 будет сжиматься и при сильном завихрении сгущаться. Внутри ротора-поршня 8 и выходного вала 11 двигателя для смазки и охлаждения выполнены каналы 18 /фиг.1, 2, 3/. Для подачи смазки посредством насоса служат отверстия 29. Подпружиненные спиральными пружинами керамические уплотнения 17 и кольца 16 расположены на лопастях ротора-поршня 8 и перегородках 27. На кривошипе вала 10 и кривошипе вала 12 установлен шатун /штанга/ 13 /фиг.3, 4/, преобразующий качательное движение вала 10 во вращательное движение вала 12, на котором установлена шестерня 15 /фиг.5/, находящаяся в зацеплении с шестерней 14, насаженной на валу 11, который подвижно размещен внутри полого вала 10 с жестко закрепленным на нем ротором-поршнем 8. Все вышеперечисленное образует механизм привода лопастей. При запуске двигателя, например, стартером вращают вал 11 /фиг.3, 4/, который передает вращение через шестерни 14, 15 кривошипу вала 12, а он через шатун 13 и кривошип вала 10 передает качательное движение ротору-поршню 8, в результате чего двигатель внутреннего сгорания /ДВС/ начинает работать. После запуска двигателя происходит поступление горючей смеси в рабочие полости 24 /фиг.1/, где происходит в результате сжатия и зажигания горючей смеси под действием образовавшихся газов качание ротора-поршня 8. От ротора-поршня 8 качательное движение передается кривошипу вала 10, который передает движение шатуну 13, приводящему во вращение кривошип с валом 12. От вала 12 через шестерни 15 и шестерни 14 передается вращение валу 11. Для уравновешивания кривошипа вала 12 на нем установлен противовес 19, а на валу 11 смонтирован маховик-шестерня 14. /См. заявка ФРГ №3725277, МПК 7 F 01 С 9/00, F 02 B 53/00, 09.02.89 г./

Недостатком двигателя является сложная конструкция механизма привода лопастей при наличии в нем системы валов и шестерен, снижающая надежность двигателя при эксплуатации.

Конструкция корпуса двигателя не позволяет использовать его в качестве генератора переменного тока для создания разряда между электродами свечей зажигания, и для работы двигателя потребуется дополнительно генератор с приводом. Это приводит к сложности конструкции, двигателя и снижению надежности его при эксплуатации.

Отсутствие связи камер завихрения с выемками в ступице ротора-поршня не позволяет обеспечить ввод сжатой горючей смеси из полостей нагнетания в камеры завихрения и исключить образование в них остатков отработавших газов СО, что приводит к снижению КПД двигателя.

Отсутствие смотровых оком не позволяет обеспечить визуальный контроль качества состава и сгорания горючей смеси в рабочей полости, что снижает надежность двигателя при эксплуатация.

Конструкция привода лопастей не позволяет использовать его для изменения степени сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя, исключая тем самым эксплуатацию двигателя на различных марках топлива, что не позволяет расширить номенклатуру применяемого топлива и сужает функциональные возможности двигателя.

Конструкция свечей зажигания и расположение их электродов вне камеры завихрения требует применения дополнительно распределителя зажигания с прерывателем и его привода, что позволяет получить только один разряд для зажигания горючей смеси. Это приводит к сложности конструкций, снижению надежности двигателя при эксплуатации в карбюраторном варианте исполнения.

Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя для облегчения его изготовления, расширение возможности применения двигателя для различной номенклатуры топлива и улучшение его эксплуатационных качеств.

Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении количества электрических аппаратов с приводами, в расширении функциональных возможностей за счет изменения степени сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя, увеличении КПД двигателя путем устранения остатков отработавших газов из камер завихрения и рабочих полостей двигателя и повышении надежности двигателя при эксплуатации посредством увеличения количества разрядов свечей зажигания.

Сущность изобретения заключается в том, что в двигателе внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащем корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с камерами завихрения, а на входном валу установлен ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками для перелива горючей смеси и по меньшей мере две лопасти, образующие с перегородками две рабочие и нагнетательные полости, связанные с корпусом свечи зажигания, окна впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов, размещенные на входном валу и роторе-поршне смазочно-охлаждающие каналы, а также механизм привода ротора-поршня, установленный на двух параллельных валах и включающий кривошипно-шатунный механизм, корпус двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью, охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания, причем в стержнях выполнены каналы для их охлаждения и обмоток, связанные с каналами подвода и отвода пластины, а в перегородках радиальные пазы, имеющие выход в камеры завихрения, напротив которых расположены смотровые окна, выполненные на одной из боковых крышек корпуса, при этом в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу, выполнен паз, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, а свечи зажигания выполнены с центральными электродами, укреплены в перегородках корпуса, и их электроды введены в камеры завихрения, напротив электродов, которые установлены на противоположных сторонах одной из лопастей ротора-поршня перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания, на высоте Н, определяемой из выражения

H=h+h₁=h+L·tg, где

h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h₁ - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ /верхней или нижней мертвой точки/.

Ротор-поршень двигателя выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус, крышки и входной вал - из немагнитного материала, а корпусные детали-пластины и стержни - из электротехнической стали. Паз в кривошипе механизма привода ротора-поршня выполнен овальной формы, и его длина l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол и определяется из выражения

где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; d_пал.кр. - диаметр пальца кривошипа; - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа.

Для обеспечения необходимого зазора “а” между резьбовыми и центральными электродами свечей зажигания установлены регулировочные кольца, которые размещены между корпусом и свечами зажигания.

Выполнение корпуса с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания или форсунки, в стержнях каналов для их охлаждения и обмоток, которые связаны с каналами подвода и отвода пластины и выполнение стержней и пластины из электротехнической стали позволяет использовать корпус при взаимодействии с ротором-поршнем, выполненным из магнитно-твердого материала в качестве генератора переменного тока с охлаждением его обмоток, что упрощает конструкцию двигателя за счет исключения дополнительного генератора с приводом и обеспечивает его надежность при эксплуатации.

Выполнение в перегородках радиальных пазов, имеющих выход в камеры завихрения, позволяет обеспечить ввод горючей смеси из нагнетательных полостей рабочей камеры в камеры завихрения и из нее в рабочие полости рабочей камеры с отработавшими газами, вытесняя их полностью в выпускное окно, и заполнение их очередной порцией горючей смеси, что исключает образование остатков отработавших газов СО в камерах завихрения и рабочих полостях, и увеличивает КПД двигателя.

Выполнение на одной из боковых крышек корпуса смотровых окон, расположенных напротив камер завихрения, позволяет без специальных устройств производить визуальный контроль количества разрядов на свечах зажигания, качества состава и сгорания горючей смеси по цвету ее вспышки, которые при использовании гибких световодов с диафрагмой используют для указателей поворота или других сигнализаций транспортного средства, что повышает надежность двигателя при эксплуатации и позволяет упростить конструкцию транспортного средства.

Выполнение в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу паза овальной формы, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, позволяет изменить радиус установки этого кривошипа и соответственно через шатун и кривошип входного вала, изменить путь S, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой, а также степень сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя. Длина паза l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол и определяется из выражения

где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; d_пал.кр. - диаметр пальца кривошипа; - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа. Это позволяет расширить функциональные возможности двигателя и обеспечить эксплуатацию двигателя на различных марках топлива.

Выполнение свечей зажигания с центральными электродами, укрепление их в перегородках корпуса через регулировочные кольца с вводом электродов в камеры завихрения напротив резьбовых электродов позволяет обеспечить многократное воспламенение горючей смеси в камерах завихрения, снизить уровень угарного газа СО в отработавших газах и увеличить КПД двигателя. Кроме этого, при соответствующем давлении и степени сжатия возможна замена свечей зажигания на форсунки топлива для переоборудования в дизельный вариант, что также расширяет функциональные возможности двигателя.

Установка резьбовых электродов на противоположных сторонах одной из лопасти ротора-поршня перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания на высоте Н, определяемой из выражения

H=h+h₁=h+L·tg,

где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h₁ - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ /верхней или нижней мертвой точки/, позволяет получить количество разрядов, равное количеству витков резьбы электродов при повороте ротора-поршня на угол . Такое увеличение количества разрядов свечей зажигания позволяет повысить надежность зажигания рабочей смеси и двигателя при эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

Фиг.1 показан общий вид двигателя, поперечный разрез

Фиг.2 - сечение А-А на фиг.1

Фиг.3 - продольный разрез Б-Б на фиг.1

Фиг.4 - продольный разрез В-В на фиг.1

Фиг.5 - узел Т на фиг.1 в увеличенном масштабе

Фиг.6 - корпус двигателя в аксонометрии

Фиг.7 - вид Г на фиг.3 - схема действия кривошипно-шатунного механизма

Фиг.8 - положение лопастей ротора-поршня при его повороте на yгол по часовой стрелке

Фиг.9 - положение лопастей ротора-поршня при его повороте на угол против часовой стрелки.

Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем содержит корпус 1 /фиг.1, 3, 4, 6/ с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой 2, ограниченной с торцов прикрепленными к нему с помощью болтов 3, 4 боковыми крышками 5, 6, качающийся ротор-поршень 7, закрепленный в рабочей камере на входном шлицевом валу 8, перегородки 9, 10, прикрепленные болтами 11, 12 к внутренней цилиндрической поверхности корпуса и механизм привода ротора-поршня, который содержит два вала - качающийся входной шлицевый вал 8 и вращающийся выходной шлицевый вал 13, на шлицах которых с правой стороны зафиксированы пружинными кольцами 14, 15 кривошипы 16, 17, в которых закреплены гайками 18, 19 с шайбами 20, 21 пальцы 22, 23, посредством которых кривошипы связаны шарнирно с шатуном 24.

Валы 8 и 13 /фиг.3/ имеют шлицы с обеих сторон и установлены в подшипниках скольжения 25, 26, размещенных в отверстиях крышек 5, 6, которые в нижней части выполнены с опорными лапами 27 для крепления двигателя. Шлицевый конец выходного вала 13 и входного вала 8 с левой стороны служит для передачи потребителю вращательного и качательного движения. Ротор-поршень 7 /фиг.1, 8, 9/ выполнен в виде двух лопастей 28, 29 со ступицей 30, на которой выполнены выемки 31, 32 для перелива горючей смеси. Рабочая камера 2 лопастями 28, 29 и перегородками 9, 10 разделена на две рабочие 33, 34 и две нагнетательные 35, 36 полости с изменяющейся объемной величиной и содержит свечи зажигания 37, 38 или форсунки по дизельному варианту /не показаны/. Перегородки 9, 10 имеют камеры завихрения 39, 40 с отверстиями 41, 42 для выхода сжатой горючей смеси и в них выполнены радиальные пазы 43, 44, обеспечивающие связь камер завихрения с выемками 31, 32 ступицы 30 ротора-поршня 7 для ввода горючей смеси из нагнетательных полостей 35 и 36.

Свечи зажигания 37, 38 /фиг.1, 5/ выполнены с центральными электродами 45, 46 и установлены через регулировочные кольца 47, 48 в отверстиях перегородок 9, 10 с размещением электродов в камерах завихрения 39, 40 напротив резьбовых электродов 49, 50 для получения искры зажигания. Регулировочные кольца 47, 48, служащие одновременно уплотнением, расположены между корпусом 1 и свечами зажигания 37, 38.

Резьбовые электроды 49, 50 установлены на противоположных сторонах лопасти 28 ротора-поршня 7 перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “a” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами 45, 46 свечей зажигания 37, 38 на высоте Н, определяемой из выражения

H=h+h ₁=h+L·tg,

где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h₁ - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ. Величина зазора “а” регулируется с помощью колец 47, 48. Значение h₁=L·tg определяется из треугольника ОДЕ /фиг.5/, значение угла 5°-7° и зазора “а” 0,5-0,8 мм приняты согласно данных для регулировки и контроля автомобилей. /См. “Устройство, обслуживание автомобилей ВАЗ-2105, ВАЗ-2104, ВАЗ-2107 авторов В.А.Вершигора и др. Москва, “Патриот”, 1990, с.17/.

Цилиндрический корпус 1 /фиг.1, 4, 6/ выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами 51, 52 Т-образной формы, в которых размещены стержни 53, 54 с расположенными на них обмотками 55, 56, контактирующие с внутренней поверхностью установленной на них пластиной 57 С-образной формы со впадиной 58 с отверстием 59 в средней ее части для установки свечи 37, выполняющей роль магнитопровода. Для охлаждения обмоток 55, 56 в стержнях 53, 54 выполнены каналы 60, 61, а в пластине 57 два канала 62 и два канала 63 для подвода и отвода охлаждающей жидкости.

Ротор-поршень 7 выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус 1, крышки 5, 6 и входной вал 8 из немагнитного материала, а корпусные детали - пластина 57 и стержни 53, 54 - из электротехнической стали.

Такая конструкция корпуса 1 и ротора-поршня 7, а также материал, из которого они изготовлены, позволяет использовать их в качестве статора и ротора генератора переменного тока, вырабатывающего собственную электроэнергию для создания электрического разряда между электродами 45, 46 и 49, 50, обеспечивая работу двигателя внутреннего сгорания.

В боковой крышке 6 корпуса 1 выполнено окно 64 для подачи горючей смеси и окно 65 для выхлопа отработавших газов, а также два смотровых окна 66 из жаропрочного стекла, расположенных напротив камер завихрения 39, 40.

В кривошипе 17 /фиг.3/ механизма привода ротора-поршня 7 выполнен паз 67 овальной формы, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец 23, позволяющий обеспечить диапазон качания ротора-поршня 7 и соответственно различную степень сжатия горючей смеси в камерах завихрения 39, 40 в зависимости от его длины. Длина паза l выбрана из условия поворота ротора-поршня 7 на угол и определяется из выражения

где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой; d_пал.кр. - диаметр пальца кривошипа; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа. Значение определяется из треугольника ОИК /фиг.7/, значение угла 90°-100° и значение радиуса R кривошипа принято согласно степени сжатия на его шкале, a d_пал.кр. paвен ширине паза.

Следовательно, для использования в двигателе различных марок топлива необходимо изменение величины сжатия горючей смеси в камерах завихрения 39, 40, которое достигается изменением угла поворота качающегося ротора-поршня 7 до ВМТ или НМТ и радиуса R установки кривошипа 17 на выходном валу 13 при перемещении его пальца 23 в пазу 67.

Расположение свечей зажигания 37, 38 в отверстиях перегородок 9, 10 и связь их электродов 45, 46 с камерами завихрения 39, 40 позволяет заменить их на форсунки впрыскивания топлива и переоборудовать в дизельный вариант.

Для охлаждения и смазки ротора-поршня 7 /фиг.4/ масляным насосом /не показан/ внутри входного вала 8 с обеих сторон выполнены продольные каналы 68, 69 с установленными в них заглушками 70, 71, соединенные отверстиями 72, 73 со сквозными радиальными каналами 74, 75, выполненными в роторе-поршне 7, которые между собой сообщены продольными отверстиями 76, 77. На входном валу 8 в месте установки подшипников скольжения 25 выполнены кольцевые канавки 78, 79 с радиальными отверстиями 80, 81, обеспечивающими связь с патрубками 82, 83, установленными в крышках 5, 6.

Для обеспечения герметичности двигателя корпус 1 /фиг.1, 3, 4/ соединен с крышками 5, 6 через прокладки 84, 85, а на лопастях 28, 29 ротора-поршня 7 и перегородках 9, 10 установлены подпружиненные пластины 86, 87 и на входном валу 8 - уплотнительные кольца 88.

Двигатель работает по двухтактному циклу следующим образом. При пуске двигателя валу 13 сообщают стартером вращательное движение, которое механизмом привода преобразуется в качательное и передается входному валу 8 и ротору-поршню 7 для поворота на угол /система пуска не показана/.

При движении ротора-поршня 7 /фиг.8/ по часовой стрелке от ВМТ до НМТ происходит сжатие горючей смеси в рабочей полости 33 и в камере завихрения 40, при этом в нагнетательной полости 36 происходит разряжение, и через окно 64 из карбюратора /не показан/ в нее поступает горючая смесь, в нагнетательной полости 35 происходит сжатие горючей смеси, а затем через выемку 32 в ступице 30 ротора-поршня 7 и радиальный паз 43 она поступает в камеру завихрения 39, осуществляя продувку отработавших газов через отверстие 41 в рабочую полость 34 и окно 65 и заполнение полости свежим зарядом горючей смеси.

Воспламенение горючей смеси в камере завихрения 40 происходит в момент совпадения центрального электрода 45 свечи зажигания 37 с первый витком резьбы электрода 49 при повороте ротора-поршня 7 на начальный угол опережения зажигания. При этом количество разрядов будет равно количеству витков резьбы электрода 49, совпадающих с центральным электродом 45 при повороте ротора-поршня на угол .

При движении ротора-поршня 7 /фиг.1, 6/ происходит взаимодействие его со стержнями 53, 54 и пластиной 57 для образования в обмотках 55, 56 переменного электрического тока, который через катушку высокого напряжения /не показана/ используют для создания электрического разряда между электродами 45, 46 и 49, 50 и нужд транспортного средства.

После воспламенения топлива в рабочей полости 33 /фиг.8/ ротор-поршень 7 /фиг.9/ совершает движение против часовой стрелки от НМТ до ВМТ, при этом происходит сжатие горючей смеси в рабочей полости 34 и в камере завихрения 39, а в нагнетательной полости 35 происходит разряжение, и через окно 64 из карбюратора в нее поступает горючая смесь, в нагнетательной полости 36 происходит сжатие горючей смеси, а затем через выемку 31 в ступице 30 ротора-поршня 7 и радиальный паз 44 она поступает в камеру завихрения 40, осуществляя продувку отработавших газов через отверстие 42 в рабочую полость 33 и окно 65 и заполнение полости свежим зарядом горючей смеси.

Воспламенение горючей смеси в камере завихрения 39 происходит в момент совпадения центрального электрода 46 свечи зажигания 38 с первым витком резьбы электрода 50 при повороте ротора-поршня 7 на угол . При работе двигателя для охлаждения корпуса 1 /фиг.1/, стержней 53, 54, обмоток 55, 56 и пластины 57 охлаждающая жидкость поступает через каналы 62, 63 в каналы 60, 61.

Для смазки и охлаждения ротора-поршня 7 /фиг.4/ смазочно-охлаждающая жидкость поступает в патрубок 82 через отверстия 80 в продольный канал 68 входного вала 8 и через отверстие 72 в сквозной радиальный канал 74, затем через продольные отверстия 76, 77 в радиальный канал 75 и через отверстие 73 в продольный канал 69 вала 8, а затем через отверстие 81 в патрубок 83.

При перестройке двигателя на иную марку топлива производят перестановку и фиксирование с помощью гаек 19 /фиг.3, 7/, пальца 23 в пазу 67 кривошипа 17 по шкале /не показана/, расположенной на этом кривошипе. Цифровая градуировка шкалы соответствует степени сжатия применяемых марок топлива.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем прост в изготовлении и эксплуатации и позволяет использовать его с различной номенклатурой топлива и в дизельном варианте. Кроме того, двигатель надежен при эксплуатации, позволяет увеличить КПД и обеспечить более эффективную работу.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с камерами завихрения, а на входном валу установлен ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками для перелива горючей смеси и, по меньшей мере, две лопасти, образующие с перегородками две рабочие и нагнетательные полости, связанные с корпусом свечи зажигания, окна впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов, размещенные на входном валу и роторе-поршне, смазочно-охлаждающие каналы, а также механизм привода ротора-поршня, установленный на двух параллельных валах и включающий кривошипно-шатунный механизм, отличающийся тем, что корпус двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания, причем в стержнях выполнены каналы для их охлаждения и обмоток, связанные с каналами подвода и отвода пластины, а в перегородках - радиальные пазы, имеющие выход в камеры завихрения, напротив которых расположены смотровые окна, выполненные на одной из боковых крышек корпуса, при этом в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу, выполнен паз, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, а свечи зажигания выполнены с центральными электродами, укреплены в перегородках корпуса и их электроды введены в камеры завихрения напротив резьбовых электродов, которые установлены на противоположных сторонах одной из лопастей ротора-поршня перпендикулярно ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания на высоте Н, определяемой из выражения

H=h+h₁=h+L·tg,

где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти;

h₁ - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода;

L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода;

- угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор-поршень выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус, крышки и входной вал из немагнитного материала, а корпусные детали, пластина и стержни из электротехнической стали.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что паз в кривошипе механизма привода ротора-поршня выполнен овальной формы и его длина l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол и определяется из выражения

где S – путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой;

R - радиус установки кривошипа на выходном валу;

d _пал.кр - диаметр пальца кривошипа;

- угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения необходимого зазора “а” между резьбовыми и центральными электродами свечей зажигания установлены регулировочные кольца между корпусом и свечами зажигания.

Версия для печати
Дата публикации 28.12.2006гг

вверх