RU2076934C1

RU2076934C1 - Rotary piston engine

Info

Publication number: RU2076934C1
Application number: RU9494029287A
Authority: RU
Inventors: Александр Федорович Дементьев
Original assignee: Александр Федорович Дементьев
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 1997-04-10
Also published as: RU94029287A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: rotary piston engine has round section output shaft 1 passing through center of round section housing 2 provided with inlet and outlet ports. Drive 3 of rotor 4 is freely fitted on shaft 1. It gets into housing 2 and carries rotor 4. Carrier 5 is fixed on engine shaft 1. Two-link hanger 6 is hinge-coupled by one end with drive 3 of rotor 4 and by other end it is hinge-coupled with carrier 5. Middle portion of hanger is hinge-coupled with connecting rod 7 which rests on eccentric 8. The latter with gear is freely fitted on output shaft 1 and is provided with drive in the form of hypoid gear 9 or spur gear cluster, from output shaft 1. Eccentric 8 is rotated by output shaft 1 in opposite direction at the same angular speed. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в различных транспортных средствах. The invention relates to engine and is intended for use in various vehicles.

Известен роторно-поршневой двигатель, в котором роторы связаны с выходным валом, вынесенным за пределы рабочей полости, кулисно-кривошипным механизмом (см. патент Франции N 587983, Н.кл. 46а⁵9, 1925 г.). Но в данном двигателе крутящий момент на выходном валу получается как разница крутящих моментов ротора, кривошипно-шатунный привод громоздкий и детали в нем работают на излом при ударных нагрузках. В данном двигателе также происходит значительное изменение объема камеры сгорания от угла поворота выходного вала.Known rotary piston engine, in which the rotors are connected to the output shaft, extended outside the working cavity, rocker-crank mechanism (see French patent N 587983, N.cl. 46a ⁵ 9, 1925). But in this engine, the torque on the output shaft is obtained as the difference in rotor torques, the crank drive is cumbersome and the parts in it work on kink under shock loads. In this engine, there is also a significant change in the volume of the combustion chamber from the angle of rotation of the output shaft.

В качестве прототипа выбран роторно-поршневой двигатель, описанный в патенте США N 2085505, Н. кл. 418- 36, 1937 г. содержащий цилиндрический корпус с установленными в нем 2-мя роторами, вложенными друг в друга, ось вращения которых совпадает с осью симметрии корпуса, каждый ротор имеет свой привод в виде эллиптических шестерней с выходным валом, вынесенным за пределы рабочей полости. При вращении концы роторов отсекают различные объемы, тем самым обеспечивается газораспределение в двигателе. As a prototype of the selected rotary piston engine described in US patent N 2085505, N. CL. 418-36, 1937, containing a cylindrical body with 2 rotors installed in it, nested in each other, the axis of rotation of which coincides with the axis of symmetry of the body, each rotor has its own drive in the form of elliptical gears with an output shaft outside the working shaft cavities. During rotation, the ends of the rotors cut off various volumes, thereby providing gas distribution in the engine.

В данном двигателе крутящие моменты от роторов вычитаются друг из друга на выходном валу, при этом шестерни испытывают значительные ударные нагрузки, что ограничивает мощность двигателя. Объем камеры сгорания значительно изменяется от угла поворота выходного вала. In this engine, the torques from the rotors are subtracted from each other on the output shaft, while the gears experience significant shock loads, which limits the engine power. The volume of the combustion chamber varies significantly from the angle of rotation of the output shaft.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение:
изменение величины и характеристики результирующего крутящего момента на выходном валу двигателя,
устранение шестеренчатого привода роторов.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed:
changing the magnitude and characteristics of the resulting torque on the output shaft of the engine,
elimination of gear drive of rotors.

Указанная задача решается тем, что в отличие от известного роторно-поршневого двигателя, принятого за прототип, согласно изобретению, выходной вал двигателя размещен по центру цилиндрического корпуса с установленными на нем роторами, причем привод каждого ротора расположен вне цилиндрического корпуса, а механизм соединения ротора с выходным валом выполнен в виде двухзвенного подвеса с шатуном, шарнирно соединенного одним концом с поводком вала, а другим с приводом ротора, при этом шатун шарнирно подсоединен к середине подвеса и опирается на эксцентрик, укрепленный на выходном валу двигателя и имеющий автономный привод. This problem is solved in that, in contrast to the known rotary piston engine adopted as a prototype, according to the invention, the output shaft of the engine is located in the center of the cylindrical body with rotors mounted on it, the drive of each rotor located outside the cylindrical body, and the rotor connection mechanism with the output shaft is made in the form of a two-link suspension with a connecting rod pivotally connected at one end to the shaft lead and the other with a rotor drive, while the connecting rod is pivotally connected to the middle of the suspension and supports it is mounted on an eccentric mounted on the output shaft of the engine and having an independent drive.

Совокупность заявленных признаков позволяет получить объекту (роторно-поршневому двигателю) новый технический результат, заключающийся в следующем:
изменяется величина и характеристика результирующего крутящего момента на выходном валу двигателя (моменты от роторов складываются),
объем камеры сгорания незначительно меняется от угла поворота выходного вала,
повышается мощность и надежность двигателя, т.к. элементы привода роторов работают только на сжатие и растяжение и имеют простые шарнирные соединения.The combination of the claimed features allows you to get the object (rotary piston engine) a new technical result, which consists in the following:
the magnitude and characteristic of the resulting torque on the output shaft of the engine changes (the moments from the rotors add up),
the volume of the combustion chamber varies slightly from the angle of rotation of the output shaft,
increases engine power and reliability, as rotor drive elements work only in compression and tension and have simple articulated joints.

На фиг. 1 изображена общая компоновка двигателя (привод второго ротора не показан, т.к. он аналогичен); на фиг. 2 компоновка подетально (за исключением эксцентрика и редуктора); на фиг. 3а, б, в схема положения частей привода и соответствующие им положения роторов, на фиг. 4а, б, в, г - конфигурация привода, соответствующее ему положение ротора и фазы газораспределения;
Роторно-поршневой двигатель содержит (фиг. 1, 2) выходной вал 1, проходящий через центр цилиндрического корпуса 2, в котором расположены впускное и выпускное окна (не обозначено). На валу 1 свободно посажен привод 3 ротора 4, который входит внутрь корпуса 2, и на нем зафиксирован ротор 4. На валу 1 двигателя зафиксирован поводок вала 5. 2-х звенный подвес 6 связан шарнирно одним концом с приводом 3 ротора 4, другим концом шарнирно связан с поводком вала 5. Средней частью подвес шарнирно связан с шатуном 7, который опирается на эксцентрик 8. Эксцентрик 8 с шестерней свободно насажен на выходной вал 1 и имеет привод в виде гипоидной передачи 9 (показана на фиг. 1), или блока цилиндрических шестерней от выходного вала 1.In FIG. 1 shows the general layout of the engine (the drive of the second rotor is not shown, because it is similar); in FIG. 2 layout in detail (with the exception of the clown and gear); in FIG. 3a, b, in the diagram of the position of the drive parts and the corresponding positions of the rotors, in FIG. 4a, b, c, d - drive configuration, the corresponding position of the rotor and the valve timing;
The rotary piston engine contains (Fig. 1, 2) an output shaft 1 passing through the center of the cylindrical housing 2, in which the inlet and outlet windows (not indicated) are located. On the shaft 1, the rotor 4 drive 3 is freely set, which enters the inside of the housing 2, and the rotor 4 is fixed on it. On the motor shaft 1, the leash of the shaft 5 is fixed. The 2-link suspension 6 is pivotally connected at one end to the drive 3 of the rotor 4, the other end pivotally connected to a shaft leash 5. In the middle part, the suspension is pivotally connected to a connecting rod 7, which is supported by an eccentric 8. An eccentric 8 with a gear is freely mounted on the output shaft 1 and has a drive in the form of a hypoid gear 9 (shown in Fig. 1), or a block spur gears from output shaft 1.

Эксцентрик 8 за счет привода получает вращение от выходного вала в противоположную ему сторону с той же угловой скоростью. При постоянной скорости вращения выходного вала 1 и соответственно эксцентрика 8 за счет шатуна 7 будет изменяться конфигурация подвеса 6. Это вызовет плавное изменение угла между поводком вала 5 и приводом 3 ротора 4. Тем самым достигается переменная скорость вращения ротора 4. Поводки вала 5 и соответственно эксцентрики 8 для каждого привода 3 ротора 4 сдвинуты друг относительно друга на 90^o. Это заставляет изменяться угловую скорость роторов 4 в противофазе и концы роторов отсекают изменяющиеся объемы. Так роторы максимально сходятся в момент, когда один шатун 7 максимально выдвинут (фиг. 4а), а другой максимально вжат к валу двигателя (фиг. 4в). Что соответствует минимальному объему, т.е. объему камеры сгорания. В этот момент роторы имеют одинаковую скорость вращения и она незначительно изменяется от угла поворота выходного вала. Т. е. происходит незначительное изменение объема камеры сгорания от угла поворота выходного вала, что соответствует изменению объема вблизи В. М. Т. обыкновенного поршневого двигателя. После чего один ротор (фиг. 4б) замедляется, а другой ускоряется, происходит рабочий ход. Одновременно с этим между другими концами роторов происходят остальные циклы работы двигателя. Двигатель работает по 4-х тактному циклу, и за один оборот выходного вала происходит 4 рабочих хода (см. фиг. 4а, б, в, г). По схеме камера сгорания складывается из двух половин, а угловые размеры роторов позволяют создать оптимальную форму камеры сгорания.The eccentric 8 due to the drive receives rotation from the output shaft in the opposite direction with the same angular velocity. At a constant speed of rotation of the output shaft 1 and, accordingly, of the eccentric 8, the suspension configuration 6 will be changed due to the connecting rod 7. This will cause a smooth change in the angle between the drive of the shaft 5 and the drive 3 of the rotor 4. Thus, a variable speed of rotation of the rotor 4 is achieved. The leads of the shaft 5 and, respectively the eccentrics 8 for each drive 3 of the rotor 4 are offset from each other by 90 ^o . This causes the angular velocity of the rotors 4 to change in antiphase and the ends of the rotors cut off the changing volumes. So the rotors converge as much as possible at the moment when one connecting rod 7 is maximally extended (Fig. 4a), and the other is pressed as much as possible to the motor shaft (Fig. 4c). Which corresponds to the minimum volume, i.e. volume of the combustion chamber. At this moment, the rotors have the same rotation speed and it varies slightly from the angle of rotation of the output shaft. That is, there is a slight change in the volume of the combustion chamber from the angle of rotation of the output shaft, which corresponds to a change in volume near the V. M. T. of an ordinary piston engine. After that, one rotor (Fig. 4b) slows down, and the other accelerates, a working stroke occurs. At the same time, between the other ends of the rotors, the remaining cycles of the engine occur. The engine runs on a 4-stroke cycle, and for one revolution of the output shaft there are 4 working strokes (see Fig. 4a, b, c, d). According to the scheme, the combustion chamber consists of two halves, and the angular dimensions of the rotors allow you to create the optimal shape of the combustion chamber.

Работа двигателя поясняется на фиг. 3, 4. На них обозначено: т. А - шарнирное соединение поводка вала 5 с подвесом 6. ОА поводок вала 5. АС, CB 2-х звенный подвес 6. т. B шарнирное соединение подвеса 6 с приводом 3 ротора 4. CD шатун 7. ДО эксцентрик 8. Для объяснения работы двигателя нужно показать взаимодействие 2-х роторов, поэтому на фиг. 4а, б, в, г один ротор (заштрихованный) обозначен А и для него показана конфигурация привода, другой обозначен B, привод для него сдвинут на 90^o, т.е. его конфигурация привода показана на фиг. 4 соответственно через 90^o.The operation of the engine is illustrated in FIG. 3, 4. They are marked: t. A - swivel of the shaft 5 lead with the suspension 6. OA shaft lead 5. AC, CB 2-link suspension 6. t. B hinge of the 6 suspension with the drive 3 of the rotor 4. CD connecting rod 7. BEFORE the clown 8. To explain the operation of the engine, it is necessary to show the interaction of 2 rotors, therefore in FIG. 4a, b, c, d, one rotor (shaded) is indicated by A and the drive configuration is shown for it, the other is indicated by B, the drive for it is shifted by 90 ^o , i.e. its drive configuration is shown in FIG. 4, respectively, through 90 ^o .

Работа двигателя заключается в следующем: при сгорании рабочей смеси газ давит на роторы с одинаковой силой, т.к. боковые поверхности роторов одинаковы, но в разные стороны. В положении роторов на фиг. 3б, 4в. на ротор А действует сила, направленная по часовой стрелке. Она создает крутящий момент, который через привод ротора т. B, через разложенный подвес BC, CA (тупой угол BCA), через поводок вала OA т. А передается на выходной вал т. О. Возникающая при этом сила, направленная по шатуну CD на сложение подвеса от центра О к т. С, незначительна (разложение сил в т. С) и проходит через центр вала т.к. эксцентрик OD стоит в линию с шатуном CD. Эта сила компенсируется подшипником эксцентрика OD (необходимость угла α на фиг. 3б будет пояснена ниже). При дальнейшем повороте вала и соответственно эксцентрика OD, он уходит с линии шатуна CD и сила, направленная на сложение подвеса, создаст на эксцентрике OD крутящий момент, который через привод эксцентрика передастся на выходной вал и сложится с моментом от ротора A. В это же время на другой ротор B (фиг. 3а), 4а будет действовать такая же сила, но против часовой стрелки. Она вызовет на приводе ротора т. B крутящий момент, направленный против часовой стрелки. На поводке вала OA т. A будет крутящий момент от ротора A, направленный по часовой стрелке. Два эти момента, приложенные к сложенному подвесу BC, CA (острый угол BCA), шатун максимально выдвинут и стоит в линию с эксцентриком CD, OD (необходимость угла g будет пояснена ниже), вызовут значительную силу, разложение сил в т. С, направленную по оси шатуна CD к центру т. О, которая не вызовет крутящего момента и будет компенсирована подшипником эксцентрика. Результирующий отрицательный крутящий момент, вызванный неравенством моментов в т. B и т. A и приложенный к т. A меньше момента от первого ротора A. При дальнейшем повороте вала и эксцентрика (фиг. 4б), эксцентрик уйдет с линии шатуна, сила направленная по шатуну к центру создаст на эксцентрике крутящий момент, который через привод эксцентрика приложится к выходному валу и сложится с моментом от первого ротора A. Таким образом, крутящие моменты от 2-х роторов складываются на выходном валу, а не вычитаются, как у прототипа. The operation of the engine is as follows: during the combustion of the working mixture, the gas presses on the rotors with the same force, because the side surfaces of the rotors are the same, but in different directions. In the position of the rotors in FIG. 3b, 4c. rotor A is acted upon by a clockwise force. It creates a torque, which is transmitted through the rotor drive of T. B, through the unfolded suspension BC, CA (obtuse angle BCA), through the drive shaft OA of T. A and is transmitted to the output shaft of T. O. The resulting force is directed along the connecting rod CD to addition of the suspension from the center O to t. C is insignificant (decomposition of forces in t. C) and passes through the center of the shaft since Eccentric OD stands in line with the connecting rod CD. This force is compensated by the OD eccentric bearing (the need for angle α in Fig. 3b will be explained below). Upon further rotation of the shaft and, accordingly, the eccentric OD, it leaves the connecting rod line CD and the force directed to the suspension addition creates a torque on the OD eccentric, which is transmitted to the output shaft through the eccentric drive and develops with the moment from rotor A. At the same time on the other rotor B (Fig. 3a), 4a, the same force will act, but counterclockwise. It will cause a rotor torque counterclockwise on the rotor drive T. B On the shaft leash OA t. A there will be a torque from the rotor A, clockwise. These two points applied to the folded suspension BC, CA (acute angle BCA), the connecting rod is extended as far as possible and is in line with the eccentric CD, OD (the need for the angle g will be explained below) will cause significant force, the decomposition of forces in t. C, directed along the axis of the connecting rod CD to the center of the t. O, which does not cause torque and will be compensated by an eccentric bearing. The resulting negative torque caused by the inequality of moments in point B and point A and applied to point A is less than the moment from the first rotor A. With a further rotation of the shaft and the eccentric (Fig. 4b), the eccentric will leave the connecting rod line, the force directed along The connecting rod to the center will create a torque on the eccentric, which, through the eccentric drive, will be applied to the output shaft and add up to the moment from the first rotor A. Thus, the torques from 2 rotors add up on the output shaft, and are not subtracted, as in the prototype.

Особенность привода заключается в том, что крайних положений эксцентрика приводы достигают неодновременно (см. фиг. 3а, 3б). Это скажется на том, что минимальный объем будет достигаться при прохождении одним эксцентриком OD (фиг. 3а) крайнего положения (угол a), а другой при этом не доходит до крайнего положения (угол g) (фиг. 3б). При этом оба ротора имеют скорость вращения меньше скорости вращения выходного вала, и объемы, отсекаемые ими, очень мало изменяются от угла поворота выходного вала. Эти углы зависят от угловых размеров роторов, и с их уменьшением сумма углов возрастает. Схема построена для роторов с угловыми размерами в 40^o, a+γ 12,5^o. Это скажется и на симметрии роторов (см. фиг. 3в). Соотношение углов должно задаваться при проектировании двигателя. С другой стороны наличие угла a (фиг. 3а) сразу создаст положительный крутящий момент на выходном валу от ротора B, при этом сила приложенная к эксцентрику и создающая этот момент значительно больше силы на эксцентрике ротора A (фиг. 3б), создающей отрицательный крутящий момент за счет угла g.The peculiarity of the drive lies in the fact that the actuators reach the extreme positions of the eccentric at the same time (see Fig. 3a, 3b). This will affect the fact that the minimum volume will be achieved when one eccentric OD (Fig. 3a) passes the extreme position (angle a), while the other does not reach the extreme position (angle g) (Fig. 3b). In this case, both rotors have a rotation speed less than the rotation speed of the output shaft, and the volumes cut off by them vary very little from the angle of rotation of the output shaft. These angles depend on the angular dimensions of the rotors, and with their decrease the sum of the angles increases. The scheme is built for rotors with angular dimensions of 40 ^o , a + γ 12.5 ^o . This will affect the symmetry of the rotors (see Fig. 3B). The ratio of angles should be set when designing the engine. On the other hand, the presence of an angle a (Fig. 3a) immediately creates a positive torque on the output shaft from the rotor B, while the force applied to the eccentric and creates this moment is significantly greater than the force on the eccentric of the rotor A (Fig. 3b), which creates a negative torque due to the angle g.

Claims

A rotary piston engine comprising a cylindrical housing with two rotors installed in it, with a mechanism for connecting to the output shaft of the engine, characterized in that the output shaft of the engine is located in the center of the cylindrical housing with rotors mounted on it, and the drive of each rotor is located outside the cylindrical housing, and the mechanism for connecting the rotor to the output shaft is made in the form of a two-link suspension with a connecting rod pivotally connected at one end to the shaft lead and the other with the rotor drive, while the connecting rod is hinged connected to the middle of the suspender and is supported on an eccentric mounted on a motor output shaft and having an independent drive.