RU2193675C2 - Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
RU2193675C2
RU2193675C2 RU2000113841/06A RU2000113841A RU2193675C2 RU 2193675 C2 RU2193675 C2 RU 2193675C2 RU 2000113841/06 A RU2000113841/06 A RU 2000113841/06A RU 2000113841 A RU2000113841 A RU 2000113841A RU 2193675 C2 RU2193675 C2 RU 2193675C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
pistons
housing
working chambers
secured
Prior art date
Application number
RU2000113841/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000113841A (ru
Inventor
Н.Л. Фоминых
В.Н. Фоминых
Original Assignee
ОАО "Камский литейный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "Камский литейный завод" filed Critical ОАО "Камский литейный завод"
Priority to RU2000113841/06A priority Critical patent/RU2193675C2/ru
Publication of RU2000113841A publication Critical patent/RU2000113841A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2193675C2 publication Critical patent/RU2193675C2/ru

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства. Двигатель содержит цилиндрический корпус с выпускным окном и свечой зажигания. В корпусе установлены на соосных валах поршни, образующие рабочие камеры, вал отбора мощности и механизм попеременного изменения угловых скоростей поршней, выполненный в виде редуктора, состоящего из некруглых зубчатых колес с равным эксцентриситетом, промежуточный вал. В корпусе предусмотрены всасывающее воздух окно с всасывающим патрубком, выпускной канал сжатого воздуха с выпускным патрубком, канал для охлаждающей жидкости с впускным и выпускным штуцерами. За вал отбора мощности принят промежуточный вал. Поршни закреплены полуступицами, три на внутреннем и три на наружном валах, причем каждый поршень имеет с обеих сторон рабочие камеры, редуктор состоит из восьми некруглых зубчатых колес с полностью нарезанными зубьями, закрепленных по два на разгрузочных валах, два на валу отбора мощности, одно на внутреннем валу и одно за одно целое с наружным валом. Упрощается конструкция, повышается надежность, увеличивается удельная и литровая мощность, повышается полнота сгорания топлива, расширяется диапазон применения, снижается токсичность выхлопных газов и удельная масса. 10 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2097586, F 02 B 53/00), содержащий цилиндрический корпус с выпускным окном и свечой зажигания, установленные в корпусе на соосных валах поршни, образующие рабочие камеры, механизм преобразования вращения ротора с промежуточным валом. Соосные валы, один из которых, внутренний, является валом отбора мощности, а другой - ступицей зубчатого колеса, установлены один в другом, при этом на валу отбора мощности закреплена центральная втулка, имеющая всасывающую полость, соединенную с всасывающим каналом крышки корпуса, и на которой жестко закреплены поршни, образующие между поршнями, закрепленными на диске, и рабочей поверхностью корпуса рабочие камеры, причем механизм преобразования вращения ротора выполнен в виде редуктора, состоящего из четырех некруглых зубчатых колес, производных от эллиптических, с равным значением эксцентриситета с промежуточным валом. Два из них, находящихся в зацеплении, выполнены неполными и имеют зубцы, нарезанные на угол расхождения поршней.
Данное техническое решение имеет ряд недостатков:
- неудачно выбран вал отбора мощности, при циклическом изменении угловой скорости вращение его будет неравномерным;
- не используется вторая сторона поршней;
- из-за не полностью нарезанных зубьев на двух зубчатых колесах происходит неполный поворот зубчатых колес, создающих холостой ход, и неполное использование расхождения поршней;
- крепление двух поршней на диске усложняет конструкцию и увеличивает трение о корпус, особенно в период расширения газов.
Решаемой задачей является упрощение конструкции, повышение надежности, увеличение удельной и литровой мощности, повышение полноты сгорания топлива, расширение диапазона применения, снижение токсичности выхлопных газов и удельной массы.
Указанная задача достигается тем, что в цилиндрическом корпусе, содержащем выпускное окно и свечу зажигания, установлены на соосных валах поршни, образующие рабочие камеры, вал отбора мощности и механизм попеременного изменения угловых скоростей поршней, выполненный в виде редуктора, состоящего из некруглых зубчатых колес с равным эксцентирситетом, промежуточный вал. В корпусе предусмотрены всасывающее воздух окно с всасывающем патрубком, выпускной канал сжатого воздуха с выпускным патрубком, канал для охлаждающей жидкости с впускным и выпускным штуцерами. За вал отбора мощности принят промежуточный вал. Поршни закреплены полуступицами, три - на внутреннем и три - на наружном валах, причем каждый поршень имеет с обеих сторон рабочие камеры, редуктор состоит из восьми некруглых зубчатых колес с полностью нарезанными зубьями, закрепленных по два - на разгрузочных валах, два - на валу отбора мощности, одно - на внутреннем валу и одно - за одно целое с наружным валом.
На фиг.1 показан разрез А-А на фиг.2,
фиг.2 - разрез Б-Б на фиг 1,
фиг.3 - разрез В-В на фиг.1,
фиг.4 - разрез Г-Г на фиг.2,
фиг.5 - разрез Д-Д на фиг.2,
фиг. 6 - схема (увеличено) расположения зубчатых колес при максимальном крутящем моменте,
фиг. 7-10 - такты работы двигателя и соответственно им расположение зубчатых колес,
Двигатель содержит корпус 1 с выпускным окном "Нr" отработанных газов с выпускным патрубком 2 с всасывающем окном "Mв" воздуха, очищенного через воздушный фильтр (не показано) с всасывающим патрубком 3, с выпускным каналом "Нв" сжатого воздуха с выпускным патрубком 4 сжатого воздуха, с каналами "Пц" для охлаждающей жидкости с впускным и выпускным штуцерами 5 и 6 и свечей зажигания 7, в котором установлен ротор, состоящий из поршней 8, 9, 10 за одно целое с полуступицей 11 и поршней 12, 13, 14 за одно целое с полуступицей 15. Каждый поршень имеет с обеих сторон рабочие камеры. Каждые три поршня своими полуступицами посредством шлицевого соединения закреплены на своем валу, а именно: поршни 8, 9 и 10 полуступицей 11 - на внутреннем валу 16, на противоположной стороне которого (в редукторной части) на шлицах закреплено зубчатое колесо 17, а поршни 12, 13 и 14 полуступицей 15 - на наружном валу 18 за одно целое с зубчатым колесом 19, вращающемся на внутреннем валу 16 в игольчатых опорах 20 и 21, которые зафиксированы с обеих сторон стопорными кольцами 22 на внутреннем валу 16, вращающемся в опорах 23 и 24, установленных, соответственно, в крышке 25 корпуса 1, на которой выполнено всасывающее окно "Мт" топливной смеси с закрепленным на ней всасывающим патрубком 26 и закрытой герметизирующей плитой 27 и в крышке 28 корпуса 29 редуктора. Промежуточный вал 30 (вал отбора мощности) установлен в опорах 31 и 32, установленных, соответственно, в корпусе 29 редуктора и в его крышке 28 с уплотняющей манжетой 33, закрытой поддерживающим кольцом 34. В редукторной части на валу 30 отбора мощности посредством шлицов закреплены зубчатые колеса 35 и 36, а вне редуктора при помощи резьбового соединения закреплен маховик 37. Разгрузочные валы 38 и 39 установлены, соответственно, в опорах 40 и 41 и 42 и 43, установленных в корпусе 29 редуктора и в его крышке 28, закрытых крышками 44 и 45 опор с уплотняющими манжетами 46 и 47. На разгрузочных валах 38 и 39 в их редукторной части посредством шлицов закреплены зубчатые колеса 48, 49, 50 и 51.
Опора 32 вала 30 отбора мощности, опоры 40 и 42 разгрузочных валов 38 и 39 и опоры 23 и 24 внутреннего вала 16 зафиксированы одинаковыми стопорными кольцами 52. В корпусе 29 редуктора предусмотрено сливное отверстие со сливной пробкой 53.
Двигатель работает следующим образом. Три поршня 8, 9 и 10 и три поршня 12, 13 и 14 своими полуступицами 11 и 15 вращаются каждая на своем валу с попеременно изменяющимися угловыми скоростями. Механизм попеременного изменения угловых скоростей поршней выполнен в виде редуктора, состоящего из 8 некруглых зубчатых колес 17, 19, 35, 36, 48, 49, 50 и 51 с полностью нарезанными зубьями. Все зубчатые колеса имеют равный эксцентриситет и представляют из себя форму трилистника, у которого период изменения передаточного отношения равен трем (С.В. Кожевников и др. Механизмы. Справочное пособие. С. 158, рис. 3.28). Зубчатые колеса 35 и 36 с валом 30 отбора мощности скреплены шлицевым соединением и являются как одно целое, следовательно, при вращении его их угловые скорости равны. Вращением вала 30 отбора мощности смыкаем поршни 8, 9 и 10 с поршнями 12, 13 и 14, производя всасывание топливной смеси, ее сжатие и воспламенение от свечи 7 зажигания между поршнями 8 и 12, продувку между поршнями 9 и 13, всасывание воздуха (через воздушный фильтр), его сжатие и выпуск сжатого воздуха между поршнями 10 и 14. С сомкнутыми поршнями вся система должна быть расположена, как показано на фиг.3 - все зубчатые колеса своими осями параллельно друг другу с противоположно направленными большими осями, а в контактном зацеплении все радиусы должны быть равны (r1=r2=r3=r4). Это положение соответствует верхней и нижней мертвым точкам в кривошипно-шатунном механизме современного (классического) двигателя внутреннего сгорания. При воспламенении топливной смеси газы, расширяясь, давят на рабочие поверхности поршней с одинаковым усилием, но в силу принятой кинематической связи и полученного махового и инерционного моментов (как в верхней мертвой точке классического ДВС) поршни 12, 13 и 14 становятся как бы ведущими, начнут быстро уходить от поршней 8, 9 и 10, одновременно увлекая их за собой, заставляя до заданного момента все время отставать. Это положение показано на фиг.8. В этом положении вал 30 отбора мощности (в том числе и разгрузочные валы 38 и 39 через свои зубчатые колеса 48 и 49, 50 и 51) получает максимальный крутящий момент. Чтобы найти его численное выражение, необходимо определить приведенный радиус действия. Как ранее было сказано, что каждые три поршня закреплены на своем валу и со своим зубчатым колесом, следовательно, при давлении расширяющихся газов на их рабочие поверхности они действуют на свой вал и свое зубчатое колесо. Из фиг. 6 видно, что этим приведенным радиусом будет разность между действиями частных передаточных отношений, т.е. r4/r3-r1/r2 тогда максимальный крутящий момент будет
Figure 00000002

где Мmax - максимальный крутящий момент, кгс•см;
Pi - давление газов, кгс/•см2;
F - рабочая площадь поршня, см2;
R - средний радиус вращения поршней, см;
r2, r3, r3, r4 - радиусы зубчатых колес в контактном зацеплении.
Как видно из фиг.8, между поршнями 8 и 12 идет расширение газов воспламенившейся топливной смеси, а между поршнями 10 и 14 - всасывание новой порции топливной смеси, между поршнями 9 и 12 - начало выброса отработанных газов, между поршнями 9 и 13 - всасывание воздуха, а между поршнями 10 и 13 - сжатие воздуха. Дальнейшее расширение газов и созданный ими крутящий, инерционный и маховый моменты вращают поршневую систему до полного смыкания поршней. Это положение показано на фиг.9.
Как видно из фиг.9, ведущими становятся поршни 8, 9 и 10 внутреннего вала 16. При воспламенении топливной смеси все термодинамические процессы повторяются. Это положение показано на фиг.10. Здесь расширение идет уже между поршнями 14 и 8, всасывание топливной смеси - между поршнями 13 и 10, между поршнями 8 и 12 - начало выпуска отработанных газов, всасывание воздуха - между поршнями 12 и 9 и сжатие воздуха - между поршнями 13 и 9.
В дальнейшем поршни, меняясь местами и сторонами, придя в исходное положение, т.е. в положение фиг.7, произведут, одновременно, шесть полных циклов, работая как двигатель, и шесть полных циклов, работая как компрессор.
Предлагаемый двигатель можно классифицировать как двигатель двойного действия с качающе-вращающимися поршнями и бесклапанной системой газораспределения, имеющий по одному впускному и выпускному окну большого сечения для 4-тактного 6-поршневого исполнения, и требует только одно устройство для впрыска или зажигания топливной смеси.
Такая схема, с механизмом привода в виде двух, трех и четырех пар некруглых зубчатых колес, имеет неоспоримые преимущества перед всеми традиционными ДВС. Циклы сжатия и сгорания осуществляются в разных местах корпуса, что исключает паразитный нагрев сжимаемого заряда, что способствует увеличению его сжатия. Поверхность поршней имеет гарантированный зазор с поверхностью цилиндра и может быть снабжен уплотнением по типу РПД Ванкеля из одного ряда плоских металлических или керамических пластин, поджатых пружинными эспандерами. Требования к такому уплотнению гораздо ниже, так как оно размещено не на вершинах ротора, а на развитой поверхности поршней. В дальнейшем при подборе зазоров и применении материалов с минимальным изменением этих зазоров и применении традиционных, применяемых в авиации, лабиринтных, сотовых уплотнений и талькирования можно будет исключить необходимость в контактных уплотнениях. Прорыв газов, губительный для традиционных ДВС, здесь может быть полезен, препятствуя попаданию топлива в малые зазоры смежной камеры и имитируя форкамеру и подвпрыск, улучшить сгорание и уменьшить эмиссию вредных веществ. Резкое изменение геометрии камеры на второй фазе сгорания, плюс центробежная сила, должны улучшить перемешивание и расслоение газов, а также способствовать доокислению продуктов сгорания. Малое количество деталей и соединений упрощает технологию изготовления и его сборки. Двигатель имеет рекордно малые габариты и массу. Удельная масса может быть в пределах 0,25-0,35 кгс/л.с.
Конструкция поршней и один впускной канал позволяют осуществлять любой из ранее разработанных типов рабочих процессов и представляют дополнительные возможности для их совершенствования и управления смешением и сгоранием. Легко осуществляется управление фазами, впрыском, закруткой потока, т.к. эти устройства на двигатель любой вообразимой мощности требуются в одном экземпляре и совершенно не стеснены в габаритах и компоновке.
Традиционная для многоцилиндровых двигателей неравномерность наполнения, возникающее наложение фаз газораспределения здесь совершенно исключаются.
Схема трехпарного поршневого исполнения позволяет получить в одном корпусе шестицилиндровый двигатель, где четыре цилиндра работают как двигатель и два - как компрессор, что в грузовом транспорте исключает необходимость отдельного агрегата - компрессора.
Особенности компоновки предлагаемого двигателя создают предпосылки для создания двигателя с турбокомпрессором и силовой турбиной для получения сверхвысоких удельных мощностей, открывая большие возможности в автотранспорте, энергомашиностроении, тепловозо- и судостроении, авиации.

Claims (1)

  1. Роторно-поршневой двигатель, содержащий цилиндрический корпус с выпускным окном и свечой зажигания, установленные в корпусе на соосных валах поршни, образующие рабочие камеры, вал отбора мощности и механизм попеременного изменения угловых скоростей поршней, выполненный в виде редуктора, состоящего из некруглых зубчатых колес с равным эксцентриситетом, промежуточный вал, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно предусмотрены всасывающее воздух окно с всасывающим патрубком, выпускной канал сжатого воздуха с выпускным патрубком, канал для охлаждающей жидкости с впускным и выпускным штуцерами, за вал отбора мощности принят промежуточный вал, поршни закреплены полуступицами, три на внутреннем и три на наружном валах, причем каждый поршень имеет с обеих сторон рабочие камеры, редуктор состоит из восьми некруглых зубчатых колес с полностью нарезанными зубьями, закрепленных по два на разгрузочных валах, два на валу отбора мощности, одно на внутреннем валу и одно за одно целое с наружным валом.
RU2000113841/06A 2000-05-30 2000-05-30 Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания RU2193675C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000113841/06A RU2193675C2 (ru) 2000-05-30 2000-05-30 Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000113841/06A RU2193675C2 (ru) 2000-05-30 2000-05-30 Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000113841A RU2000113841A (ru) 2002-05-20
RU2193675C2 true RU2193675C2 (ru) 2002-11-27

Family

ID=20235564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000113841/06A RU2193675C2 (ru) 2000-05-30 2000-05-30 Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2193675C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007097733A1 (fr) * 2006-02-22 2007-08-30 Ivan Samko Moteur à combustion interne à rotor à pales et à réducteur (et variantes)
EP1911930A1 (de) * 2005-07-22 2008-04-16 Samko, Ivan Drehflügelantrieb oder verbrennungsmotor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1911930A1 (de) * 2005-07-22 2008-04-16 Samko, Ivan Drehflügelantrieb oder verbrennungsmotor
EP1911930A4 (de) * 2005-07-22 2008-08-27 Samko Ivan Drehflügelantrieb oder verbrennungsmotor
US8851044B2 (en) 2005-07-22 2014-10-07 Ivan Samko Vane-type rotary actuator or an internal combustion machine
WO2007097733A1 (fr) * 2006-02-22 2007-08-30 Ivan Samko Moteur à combustion interne à rotor à pales et à réducteur (et variantes)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6739307B2 (en) Internal combustion engine and method
US4010719A (en) Rotary internal combustion engine
US4203410A (en) Method for operating a rotary engine
RU2407899C1 (ru) Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
US3807368A (en) Rotary piston machine
US3314401A (en) Two-stroke cycle rotary engine
KR20010031930A (ko) 레이디얼 모터/펌프
US3902465A (en) Rotary engine
US6298821B1 (en) Bolonkin rotary engine
EP0717812B1 (en) Engine
RU2193675C2 (ru) Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
KR100678485B1 (ko) 회전식 내연기관
US7621254B2 (en) Internal combustion engine with toroidal cylinders
GB2145152A (en) Rotary valve i.c. engine
RU2477377C2 (ru) Двигатель внутреннего сгорания: 5-тактный роторный двигатель с одним центральным вращающимся запорным элементом, общим для разнесенных по его диаметру раздельных секций сжатия и расширения рабочего тела, и обособленными камерами сгорания неизменного объема
RU2477376C2 (ru) Двигатель внутреннего сгорания: 5-тактный роторный двигатель с вращающимися запорными элементами, раздельными секциями сжатия и расширения рабочего тела и обособленными камерами сгорания неизменного объема
CN107514309B (zh) 一种用于发动机的往复式转子活塞
AU737023B2 (en) Rotary piston pump and method of operation
US5131359A (en) Rotating head and piston engine
US3961483A (en) Composite cycle engine
US4788952A (en) Rotary piston internal combustion engine
RU2467183C1 (ru) Способ работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания и роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
JPH05321601A (ja) 回転機械
DE2909561A1 (de) Rotationskolbenmaschine
JPH05340262A (ja) 内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060531