Роторно-поршневий безклапанний двигун

Винахід відноситься до галузі техніки - машинобудування, а саме, двигунів внутрішнього згорання, конкретніше, роторно-поршневих карбюраторних та дизельних двигунів. Відомі роторні та роторно-поршневі двигуни внутрішнього згорання з нерухомим корпусом із циліндричними камерами із розташованим в них ротором різноманітного виконання. Відомо роторнопоршневий двигун, в якому на вхідному валу встановлений ротор із радіально розташованими циліндрами, де кожен поршень з'єднаний шарнірними елементами у рівносторонній чотирикутник спряжений із двовершинним кулачком встановленим на на осі циліндричної камери із можливістю повороту відносно вертикальної осі двигуна за допомогою привідного механізмe. У середній частині кожного шарнірного елементу розташований заокруглений паз для контактування із опорними елементами, встановленими у вершині кулачка. Газообмін здійснюють через основний та додаткові канали подачі паливно-повітряної суміші і відводу відпрацьованих газів, оснащених зворотними каналами. Зміни напрямку обертання вихідного валу досягають поворотом кулачка вліво або вправо відносно вертикальної осі двигуна [1]. Вадами цього роторного двигуна є наявність рівностороннього шарнірного чотирикутника та спряження двовершинними кулачками. Багаточисельні шарнірні поєднання та спряження призводять до недовговічності та ненадійності двигуна через періодичні ударні навантаження у місцях з'єднань шарнірів та точках спряжень із двовершинним кулачком. Відомо теж роторний двигун внутрішнього згорання виготовлений із корпусу із циліндричною порожниною і камери згорання, в середині якої розташовано ротор із радіальними пазами, в яких розміщено стакани, встановлені із можливістю радіального переміщення і повороту в циліндричних сегментах, що розташовані радіально до осі порожнини із можливістю підтримання за допомогою буртиків в циліндричних пазах постійного поверхневого контакту їх циліндричних днищ, що мають перепускні вікна, із поверхнею порожнини. Камера спалювання виконана у корпусі у вигляді заглиблення, у якого є джерело запалювання, розташоване так, що воно пересікається порожниною із сторони меншої ; віддалі між ротором і корпусом, що проходить через осі валу і порожнини. Величина хорди заглиблення менша віддалі між краєм перепускного вікна і найближчого зовнішнього краю днища стакану. Ротор встановлено таким чином, що його зовнішня поверхня є у постійному контакті із внутрішньою поверхнею корпусу, а вал встановлено ексцентрично осям ротора і порожнини [2]. Недоліком цього двигуна є те, що підчас роботи поршні разом із стаканами виступають над пазами ротора на половину своєї довжини, що призводить до збільшення ступеня спрацювання пар тертя, а отже і ненадійності конструкції. Наявність впускних вікон в середині ротора і його стакана призводить до змивання оливної плівки на стінках циліндра та інших деталях, що зменшить довговічність двигуна внаслідок збільшення зносу деталей, а продукти спалювання змитої оливи забруднюють атмосферу. Конструктивне виконання двигуна таке, що сегменти підчас роботи здійснюють коливальні рухи ротор ходить в пазах скеровуючими буртиками, змащення скеровуючої пари буртик-паз ускладнене і в результаті перелічених недоліків, такий двигун буде недостатньо надійний, довговічний і екологічно небезпечний. Найбільш близьким технічним рішення є роторно-поршневий безклапанний двигун, сконструйований із корпусу всередині із циліндричної у формі круга порожнини, в якій розміщено поперечно-скеровуючий циліндр ротора-поршня з двома днищами, вал обертання, центр якого зміщений відносно центру корпусу і поперечноскеровуючого циліндра, важеля-плеча або ексцентрика-плеча як кінематичного поєднання ротора-поршня з валом обертання, ущільнюючих кілець ротора-поршня, ущільнюючих правильної форми круга кілець поперечно-скеровуючого циліндра, противаг, мідно-графітових накладок, отвору впуску, отвору випуску, свічки зпалювання або форсунки, потенційних плунжерів, пружин [3]. Недоліком цього роторно-поршневого безклапанного двигуна є: наявність роторного циліндра із противагами та мідно-графітовими накладками, застосування спеціальних кілець для ущільнення роторного циліндра із статорним циліндром. Зазначені вади ускладнюють технологію виготовлення та ремонту, збільшують кількість деталей, а спеціальні кільця ущільнення ротора із статором циліндра і мідно-графітові накладки вимагають організації та створення умов їх виготовлення, що призведе до необхідності вирішення нових конструктивних та технологічних задач, що, у свою чергу, збільшить собівартість двигуна як у виробництві, так і в експлуатації, а також зменшить ремонтабельність двигуна. В основу винаходу поставлено завдання створення роторно-поршневого безклапанного двигуна шляхом руху поршня з двома робочими днищами та потенційними плунжерами або двох поршнів розташованих опозитно по колу в одну сторону з перевертанням його або їх навколо власної осі у роторному циліндрі, подачі іскрового розряду на свічі запалювання розташовані у рухомому роторному циліндрі із передачею енергії через важіль-плече, виконуючому роль кінематичного поєднання, на вал обертання, центр якого зміщений відносно центру корпусу, в якому він розташований, і. відносно центру роторного циліндра, що дозволить збільшити ККД двигуна до 70-80%, підвищити потужність при малих габарито-розмірах, забезпечити високі оберти двигуна завдяки відсутності зворотньо-поступального руху, суттєво зменшити вагу двигуна та спожиття палива на одиницю потужності, досягнути високої безтоксичності відпрацьованих газів завдяки роз'єднанню впускних і випускних каналів нейтральною зоною між каналами. Поставлене завдання реалізують так, що вузлом відбору потужності служить поршень з двома днищами або два окремі поршні, що розташовані опозитно, поміщено в роторному циліндрі виготовленому із двох окремих частин з'єднаних монолітно болтами, у внутрішній циліндричній порожнині вбудовано вал обертання з'єднаний жорстко з кінематичним важелем-плечем, .який другим кінцем поєднано рухомо із поршнем. При застосуванні двопоршневого вузла відбору потужності один поршень з'єднаний жорстко з валом обертання, а другий поршень з'єднаний важелем-плечем вільного обертання на валу. Дві свічки запалювання конструктивно виконано в роторному циліндрі, з яким вони здійснюють обертання, а електричний розряд подають через іскровий регулятор розташований нерухомо в корпусі двигуна. У порівнянні з прототипом винаходом: використано такий же принцип руху поршня, кінематична схема передачі зусилля від робочого органу на вал обертання, застосовано компенсаційні плунжери для поршня з двома днищами, але на відміну від прототипу відсутні противаги та графіто-мідні накладки, спеціальні кільця ущільнення ротора зі статором, крім передбачено варіанти: із одним поршнем, з двома днищами та двома окремими поршнями цього, монтування свічок запалювання в рухомому роторному/ циліндрі та робоче їх застосування підчас руху, що дасть значне спрощення механізму двигуна і. підвищення його уніфікації та ряду інших параметрів. На фіг. 1 представлено роторно-поршневий безклапанний двигун у поперечному розрізі із вузла відбору потужності у вигляд] поршня з двома днищами, на фіг. 2 - поперечний розріз двигуна із вузла відбору потужності у вигляді двох окремих поршнів. Роторно-поршневий безклапанний двигун у складі: корпусу 1 із двома кришками 2, роторного циліндра 3 н зміщеним центром в сторону стиснення суміші та підшипників 4, сконструйованого з двох частин роторного циліндра 3 скріплених нерухомо н одне ціле двома болтами 5 та циліндричною порожниною 6, вузол відбору потужності передбачено із: поршня 7 із двома ідентичними днищами 8 поєднаними кінематично важелемплечем 9 жорстко з валом обертання 10 або двох однакових поршнів 11 та 12, поєднаних кінематично важелями-плечами 13 та 14 із валом обертання 10. У поршні 11 важіль-плече 13 ведуче завдяки жорсткому з'єднанню із валом обертання 10, а у поршня 12 важіль-плече 14 вільного обертання на валу 10. В кожному із ідентичних днищ 8 поршня 7 передбачено два компенсаційні плунжери 15 із пружиною 16,. каналу впуску повітряно-паливної суміші 17. канал}' випуску . відпрацьованих газів 18, отворів циліндрів 19 роторного циліндра 3 відповідно дл5і кожного днища поршня, свічок запалювання 20, іскрового регулятора 21, нейтральної зони 22. Роторно-поршневий безклапанний двигун працює наступним чином: Повітряно-паливна суміш, приготована відомим способом, надходить через канал впуску 17 розташований в кришці (передній) 2 дальше крізь отвори, циліндрів 19 роторного циліндра 3, виготовленого із двох однакових половин попередньо з'єднаних між собою двома болтами 5, в порожнину змінного об'єму., утворену одним η ідентичних днищ 8 поршня 7 або днищем поршня 11 відповідно 12 і внутрішніми стінками циліндричної порожнини б роторного циліндра 3, оскільки поршень 7 відповідно поршень 11 або 12 розташований в. крайньому положенні, змінний об'єм утвореної порожнини днищем 8 або днищем одного із поршнів 11 чи 12 та стінками порожнини 6 - максимальний. Так як роторний циліндр 3 рухомий і наступить його переміщення під дією зовнішньої сили в момент пуску, то у порожнині зі змінним об'ємом буде незначне розрідження, внаслідок чого утворений об'єм буде заповнений повністю паливно-повітряною сумішшю. Дальше рух валу обертання 10 передають через важіль-плече 9 на поршні 7, 11,12 відповідно, які, в свою чергу, передадуть прикладене зусилля на роторний циліндр 3, перемістивши його на певний кут, що спричинить зменшення обсягу об'єму порожнини та стиск паливно-повітряної суміші днищем 8 поршня 7 або днищем поршня 11 чи відповідно поршня 12 у порожнині 6. В даний момент свічка запалювання 20 проходить під іскровим регулятором 21, в результаті має місце електричний іскровий розряд, запалювання палива, різке його розширення та тиск на внутрішні стінки утвореної порожнини змінного об'єму і переміщення роторного циліндра 3 по синках поршня 7, або поршнів 11, 12 обертовий рух якого через важіль-плече 9, 13, 14 та, завдяки зміщенню центру роторного циліндра 3, призведе до повороту валу обертання 10 на підшипниках 4, а потім наступить видалення ; відпрацьованих газів через отвори циліндрів 19 в канал випуску 18 у кришці (задній) 2, бо роторний циліндр 3 здійснить поворот так, що отвори 19 будуть на рівні випускного каналу 18. Одночасно друге днище 8 поршня 7 завдяки його, (поршня 7) обертовому переміщення у порожнині 6, в даний час здійснить поворот так. що отвори циліндрів 19 будуть на рівні впускного каналу 17 відкриті. Через впускний канал 1.7 надходить нова порція паливно-повітряної суміші. У випадку поршня 13 жорстко зв'язаного важелем-плечем 13 із валом обертання 10 поршень 12 кінематично поєднаним важелем-плечем 14 із можливістю обертання на валу 10 мають місце такі процесії як і у попередньому випадку. Наступить повторення процесу, отже, і неперервне обертання поршня 7 в одну сторону в роторному циліндрі 3, рух від якою через кінематичний важіль-плече 9 призведе до обертання валу 10 на підшипниках 4. Завдяки зміщенню центру роторного циліндра 3 одну сторону досягають стиснення паливно-повітряної суміші та забезпечують від обертання роторного циліндра 3 у зворотній бік. Для запобіганню нерівномірності роботи, .двигуна застосовують компенсаційні плунжери 15. У випадку непередбаченої детонації плунжери 15 стиснуть пружини 16. Як результат стиснення плунжера 15 і пружин 16 наступить збільшення об'єму камери згорання і компенсація флуктуаційних детонації або значне послаблення їх негативного впливу на роботу двигуна. Конструктивно впускний 17 і випускний 18 канали роз'єднані нейтральною зоною 22, завдяки якій мас місце відсутність змішування паливно-повітряної суміші, що надходить через канал 17 в одній із кришок 2 в відпрацьованими газами, які виходять через канал 18 в іншій кришці 2. чим досягають безтоксичності відпрацьованих газів і забезпечують екологічні умови роботи двигунів внутрішнього згорання. Технічний результат отриманий від використання роторно-поршневого безклапанного двигуна дозволить збільшити ККД двигуна до 70-80%, підвищити потужність при малих габарито-розмірах, забезпечити високі оберти двигуна завдяки відсутності зворотньо-поступальних рухів, суттєво зменшити вагу двигуна та спожиття палива на одиницю потужності, дасть можливість застосовувати паливо низького ступеня очистки при одночасному досягненні високої безтоксичності відпрацьованих газів. Бібліографічні дані: 1. Авт.св. СРСР №1562497. 2. Авт.св. СРСР №1574866. 3. Патент України №44348.