Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння

Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння, що містить циліндр, обертальний поршень Роторно-поршневий двигун внутрішнього згорання (ДВЗ) призначається для приведення фізичних об'єктів в різні види механічного руху переміщення, обертання, коливання і т д Винахід відноситься до автомобілебудування, машинобудування, моторобудування, енергетики, транспорту і інших сфер механізації процесів ВІДОМІ різні конструкції ДВЗ як аналоги винаходу, в яких перетворення прямолінійного поворотнопоступального руху поршнів у обертальний рух колінчастого валу здійснюється за рахунок кривошипно-шатунного механізму До основних недоліків таких ДВЗ потрібно віднести відносну складність і громіздкість конструкції, що неминуче знижує надійність пристрою, великі втрати на тертя в кривошипно-шатуном механізмі, які істотно знижують ККД двигуна, відносно велика вібрація і шумність пристрою, конструкції систем газорозподільний, змащення і охолоджування пристрою зумовлюють велику витрату ВІДПОВІДНИХ матеріалів, недостатня економічність системи живлення пристрою на одиницю потужності Як прототип вибраний Ванкеля двигун (Велика радянська енциклопедія - М , 1971 - С 855 - 856), що застосовує обертаючий ротор (поршень), розміщений всередині циліндра, поверхня якого виконана по зпітрохоїді У ньому встановлений на валу ротор, який жорстко сполучений із зубчатим колесом, яке входить в зачеплення з нерухомою шестернею Ротор із зубчатим колесом як би обкачується навколо шестерні Його грані при цьому ковзають по эпгг ротор, впускний і випускний клапани, свічку запалювання і вал із зубчатим колесом, який відрізняється тим, що ротор виконаний з чотирма симетрично розташованими всередині нього по дотичній до осі обертання робочими циліндрами, встановлений всередині блока нерухомого циліндра на валу двигуна і сполучений з чотирма статорними механізмами двигуна, які закріплені симетрично на корпусі блока нерухомого циліндра рохоїдальнш поверхні циліндра і відсікають ЗМІННІ об'єми камер в циліндрі Така конструкція дозволяє здійснити 4-тактный цикл без застосування механізму газорозподілення, а утворення суміші, запалювання, змащення, охолоджування і інше аналогічно поршневим ДВЗ Даний пристрій має ряд істотних недоліків вузол зачеплення зубчатого колеса і нерухомої шестерні на валу підлягає великому навантаженню, що постійно змінюється по величині і напряму, ненадійний, швидко зношується і вимагає частої заміни з розбиранням всього пристрою, конструкція поверхні циліндра така, що ускладнила систему герметизації камер, зробила и недостатньо надійною і вимагає частої зміни ВІДПОВІДНИХ частин, які швидко зношуються, система впуску і випуску слабо синхронізується з «плаваючим» положенням ротора пристрою, система зв'язку ротор-вал обмежує діапазон створення пристроїв великих потужностей Вказані і ІНШІ недоліки розглянутого пристрою стали основними причинами його надто обмеженого застосування на практиці Задачею конструкції двигуна, що пропонується, є підвищення ефективності і надійності, економічності і безпеки роботи пристрою за рахунок зміни класичного принципу роботи ДВЗ, що забезпечує основний крутильний момент і ефективну потужність на головному валу двигуна з оптимізацією габаритних, вагових, вібраційних, шумових і екологічних параметрів виробу Технічний результат досягається за рахунок того, що основним джерелом крутильного моменту і потужності на головному валу пристрою є ротор ю о (О 47605 хідного рівня компресії і забезпечення синхронності всіх тактів роботи пристрою Крім того, кожний блок СМД включає систему запалювання (8), охолоджування (9), змащення (10) і механізм газорозподілення (11) їх конструкція простіше за аналоги з урахуванням особливостей принципу дії даного двигуна Роторний механізм двигуна, призначений для отримання 60 - 70% ефективної потужності пристрою Згідно З фіг 1 і 2 він складається з ротора (12), насадженого жорстко на головний вал (7) і маючого 4 циліндра (ІЗ), 4 впускних (14) і випускних (15) канали У циліндрах встановлюються поршні з демпферними пружинами (16), які сприяють перетворенню вибухо-згорання робочої суміші в дотична направлену силу, що створює крутильний момент Пристрій, що пропонується, працює таким чином Робочий цикл роторно-поршневого двигуна внутрішнього згорання (РПДЗ) включає чотири такти синхронне у всіх циліндрах СМД і РМД впуск, стиснення, робочий хід і випуск Перший такт - впуск Під ВПЛИВОМ привідної групи статорного механізму двигуна всі поршні (4) СМД від верхньої мертвої точки (ВМТ) свого положення одночасно і синхронно рухаються до нижньої мертвої точки (НМТ) своїх циліндрів (5) СМД Внаслідок чого від збільшення об'єму герметично замкненого простору в циліндрах (5) СМД і в циліндрах (13) роторного механізму двигуна (РМД) наступає розрядження, падіння атмосферного тиску Під дією цього і крутильного моменту поршні (16) РМД перемісМалогабаритність і простота конструкції РМД тяться в ВМТ своїх циліндрів до стопорних кілець дозволяє застосовувати принцип секційності, агре(17) У цей момент через впускний клапан, що відгатированості для нарощування потужності, змікривається (14) в циліндри СМД і РМД поступає ною параметрів обертання на головному валу могорюча суміш (суміш пар бензину з повітрям), при жна варіювати за рахунок зміни КІЛЬКОСТІ секцій сполученні із залишками продуктів утворить робоблоків і розмірів СМД і РМД, а також шляхом опчу суміш (PC) тимізацм передавальних чисел шестерень статорного і роторного механізмів Другий такт - стиснення Як видно з фіг 1 і 2, РМД простіше по конструПід ВПЛИВОМ привідну групи СМД поршні 4 кції і набагато надійніше ніж прототип в місцях СМД рухаються до ВМТ циліндрів (5), при цьому передачі крутильного моменту, так як відсутні зувпускні і випускні клапани закриті, що створює стибчаті зачеплення обкатуючого типу снення робочої суміші в цих циліндрах до 10 15кгс/см і підвищує температуру суміші до 350 На фіг 1 показаний загальний вигляд пристрою 500°С Синхронно з цим процесом поршні (16) спереду, а на фіг 2 - загальний вигляд конструкції РМД повернуться на 45° відносно початкового двигуна збоку положення в 1-ому такті у бік обертання головного Запропонований двигун складається з статорвала (7) двигуна і також підлягають впливу стисного механізму двигуна (СМД) і роторного механінення в зоні повідомлення з ВІДПОВІДНИМИ циліндзму двигуна (РМД) СМД представляє четирьохбрами - 5 СМД Тиск в камерах згорання СМД і РМД лочну конструкцію статора Кожний блок зрівняється, знизиться до допустимого рівня з парозташований симетрично осі головного вала двидінням в допустимих межах температури PC Погуна і по пристрою відповідає класичному ДВЗ Як ршні - 16 займуть верхні точки стиснення під провидно їх схеми фіг 1, у кожного блоку СМД є колінтидією інерційних сил від обертання ротора і частий вал (1) з однією шатунною шийкою, двома опором повітряної подушки в нижній частині цилікорінними підшипниками і зубчатим шківом (2) на ндрів -13 КІНЦІ 3 допомогою шатуна (3) колінчастий вал сполучений з поршнем (4), що здійснює поступаТретій такт - робочий хід льне рушення в циліндрі (5) СМД Зубчатий шків У стиснену горючу робочу суміш від свічки (8) СМД знаходиться в зачепленні із зубчатим колеподається електроіскра, під дією якої відбувається сом (6) головних вали (7) їх діаметри знаходяться вибухо-згорання палива Велике підвищення тиску у ВІДПОВІДНОСТІ 1 2 і виконує важливу функцію і температури штовхають поршні (4) СМД в НМТ передає крутильний момент на головний вал і циліндрів (5) СМД, передаючи через колінчастий синхронізує роботу СМД і РМД вал (1), зубчатий шків (2) і зубчате колесо (6) через обертання на головний вал (7) двигуна Основне призначення СМД - створення необний механізм двигуна (РМД) Він включає просто)' конструкції диск (маховик) - ротор, жорстко посаджений на головний вал з вбудованими в його ТІЛІ по дотичній відносно радіуса обертання чотирма циліндрами - камерами згорання Розташовані всередині циліндрів поршні з демпферними пружинами, перетворюють процес згорання - вибуху робочої суміші в камерах в крутильний момент, і передають його безпосередньо на ротор і вал пристрою Другою складовою пристрою, що пропонується, є статорний механізм двигуна (СМД), який конструктивно нагадує класичний ДВЗ, і виконує головну функцію - компресійну Він створює необхідну міру стиснення в камерах згорання РМД і додатковий крутильний момент, який через шестерні чотирьох статорних механізмів передається на зубчате колесо вала пристрою Таке сполучення роторного і статорного механізмів ДВЗ передусім забезпечує отримання інтегральної потужності, яка значно підвищує ККД двигуна при рівнозначних параметрах аналогів Шляхом спеціальних розрахунків і експериментів можна і треба встановити співвідношення діаметрів і довжин циліндрів ВІДПОВІДНО в обох механізмах для досягнення оптимальної потужності при мінімальній витраті палива і інтервалі розмірів агрегату і деталей конструкцій Причому, як видно їх схеми фіг 1 і 2, циліндри і поршні СМД і РМД розташовані суворо радіально - симетрично відносно центра обертання, що свідчить про збалансування конструкції і зниження вібрації в порівнянні з аналогом Аналогічний миттєвий вибуховий ефект відбувається в циліндрах (13) РМД, де поршні (16) під дією динаміки вибуху - досягши нижньої точки стопоріння, створюють штовхаючу силу, направлену по дотичній відносно осі у бік обертання РВ, який при наявності плеча по радіусу, перетворюється в могутній крутильний момент, що підсумовується з крутильними моментами чотирьох поршнів СМД Причому, це відбувається одночасно в чотирьох симетричних областях від головного валу двигуна Поршні (16) і циліндри (13) РМД знов повертаються на 45° відносно їх положення на 3-ім такті Четвертий такт - випуск Поршні (4) СМД рухаються до ВМТ і виштовхують відпрацьовані гази в атмосферу через відкритий випускний клапан (15), оскільки поршні (16) СМД під дією інерційних сил і реакції стисненого повітря в нижній частині циліндрів (12) також сприяють цьому, завершивши повний оберт в робочому циклі двигуна На вказаних малюнках приведені схеми односекційного пристрою На практиці ці двигуни будуть багато секційними в залежності від призначення і умов роботи, для чого потрібні будуть доробки ВІДПОВІДНИХ вузлів, систем і механізмів Таким чином, збільшення ефективної потуж Фіг. 1 47605 ності в порівнянні з аналогами буде відбуватися за рахунок використання двох джерел корисної роботи, зменшення втрат на сили тертя, зменшення втрат в механізмі газорозподілення і передачі крутильного моменту на вал, оптимізацм розмірів моноблоку і секційності двигуна Збільшується економічність з розрахунку на одиницю ефективної потужності пристрою з меншою витратою матеріалів змащення, КІЛЬКОСТІ ЗМІННИХ запасних частин, що труться, і ресурсів на догляд і ремонт Підвищується надійність в порівнянні з прототипом пристрою внаслідок спрощення принципу процесу отримання корисної роботи, конструкції передачі крутильного моменту на головний вал двигуна Підвищується збалованість двигуна із-за конструктивної агрегації і секційності, принципу роботи основного джерела ефективної потужності, що зрештою знижує вібрацію і шумність пристрою в порівнянні з аналогами Практичне застосування - широкий діапазон різних галузей народного господарства і домашніх господарств Перспектива полягає в проведенні спеціальних розрахунків і експериментів для створення дизелів подібного конструктивного рішення Фіг. 2 47605 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71