RU2285123C1

RU2285123C1 - Vane internal combustion engine

Info

Publication number: RU2285123C1
Application number: RU2005128570/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Тимофеевич Казаков (RU); Николай Тимофеевич Казаков; Сергей Анатольевич Кордаполов (RU); Сергей Анатольевич Кордаполов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЦС-Сервис"
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-10-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention relates to vane crankless internal combustion engines. According to invention ring is installed stationary inside engine body inner surface of which is made curvilinear, and vane drive mechanism is installed for engagement with curvilinear surface of stationary ring. Vanes of working member are installed in pairs, one pair of vanes being rigidly secured on hollow shaft and furnished with bypass valves with air flow swirlers, and other pair of vanes being coupled with inner shaft by means of pin for turning relative to first pair. Cam for engagement with vane drive mechanism is made on inner shaft.

EFFECT: provision of simple-design small size economical internal combustion on engine with low metal usage.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, в частности к лопастным безкривошипным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве двигателя, работающего на дизельном топливе, на легковых и грузовых автомобилях, маломерных судах и на аппаратах малой авиации, на передвижных установках и агрегатах типа компрессоров, сварочных аппаратов, миксеров, т.е. в тех конструкциях, где требуется двигатель с низким потреблением топлива, малыми габаритами и высокой мощностью.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to engine building, in particular to vane crankless internal combustion engines, and can be used as an engine running on diesel fuel, on cars and trucks, small vessels and on small aircraft, on mobile installations and aggregates such as compressors, welding machines, mixers, i.e. in those designs where an engine with low fuel consumption, small dimensions and high power is required.

Известен четырехтактный роторно-лопастной тангенциальный двигатель Ившина по патенту Российской Федерации №2212545, кл. F 01 С 1/073, 2003 г., содержащий корпус с впускными и выпускными окнами, два ротора с лопастями, соосно установленные в корпусе с возможностью вращения в одном направлении и образующие в полости корпуса четыре изолированные камеры переменного объема. Он состоит из двух узлов: роторного и интегратора вращения, размещенных в корпусе с раздельными секциями, с передачей суммарного крутящего момента от роторов в роторном узле посредством расположенных один в другом валов попеременно за счет установленных на валах в интеграторе вращения храповых механизмов и зубчатых колес, связанных зацеплением с шестернями, на вал отбора мощности, расположенный параллельно вышеуказанным, с одного ротора непосредственно, а с другого через установленные на тех же валах конические шестерни, связанные сателлитами, вращающимися на радиальных осях в маховике, в свою очередь, вращающемся соосно с роторами и передающем зубчатым зацеплением на вал отбора мощности реактивный момент, при этом управление работой храпового механизма осуществляется задающими фланцами, закрепленными на торцах маховика через эксцентрические втулки для регулировки взаимного положения роторов относительно друг друга и относительно маховика, а в целом, и относительно корпуса с помощью установленных на фланцах центробежных буферов и ограничителей, воздействующих на управляющие диски с упорами, определяющие положение собачек храпового механизма с головками, позволяющими передавать крутящий момент как в прямом, так и в обратном направлении, например, при запуске двигателя; и исполняется как для низкой, так и для высокой степени сжатия.Known four-cycle rotor-blade tangential engine of Ivshin according to the patent of the Russian Federation No. 2212545, class. F 01 C 1/073, 2003, comprising a housing with inlet and outlet windows, two rotors with blades coaxially mounted in the housing for rotation in one direction and forming four insulated chambers of variable volume in the housing cavity. It consists of two nodes: a rotor and a rotation integrator located in a housing with separate sections, with the transmission of the total torque from the rotors in the rotor node through shafts located in one another, alternately due to ratchets and gears mounted on the shafts in the rotation integrator, connected meshing with gears, on a power take-off shaft located parallel to the above, from one rotor directly, and from the other through bevel gears connected on the same shafts installed on the same shafts lillites rotating on radial axes in the flywheel, which in turn rotates coaxially with the rotors and transmits gear reaction to the power take-off shaft, while the ratchet mechanism is controlled by setting flanges mounted on the ends of the flywheel through eccentric bushings to adjust the relative position of the rotors relative to each other and relative to the flywheel, and in general, and relative to the housing using centrifugal buffers and limiters mounted on the flanges, acting on control discs with stops, determining the position of the dogs of the ratchet mechanism with heads, allowing to transmit torque in both forward and reverse directions, for example, when starting the engine; and is executed for both low and high compression.

Основной недостаток данного двигателя - чрезвычайная сложность конструкции.The main disadvantage of this engine is the extreme complexity of the design.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания по патенту Российской Федерации №2225513, кл. F 01 С 1/077, 2004 г., принятый заявителем за прототип. Он содержит корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, к вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя, и сдвоенный мальтийский механизм, взаимодействующий с дисками. Один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью.Known rotary vane internal combustion engine according to the patent of the Russian Federation No. 2225513, class. F 01 C 1/077, 2004, adopted by the applicant for the prototype. It contains a housing with a cylindrical working cavity, two coaxial working shafts one in the other, disks with diametrically located sector vanes rotating in the working cavity of the casing connected to one ends of the drive, differential gears with an output motor shaft connected to the second ends of the working shafts, and dual Maltese mechanism interacting with disks. One cross of the mechanism is rotated relative to the other half the angle of the Maltese cross, and the differential converts the rotationally discontinuous movement of the working shafts into the rotation of the motor output shaft with a constant angular speed.

Однако этот двигатель имеет сложную конструкцию, отчего имеет повышенные габариты и металлоемкость.However, this engine has a complex structure, which is why it has increased dimensions and metal consumption.

Технической задачей изобретения является создание несложного по конструкции, малогабаритного и экономичного двигателя внутреннего сгорания, имеющего низкую металлоемкость.An object of the invention is the creation of a simple in design, small-sized and economical internal combustion engine having a low metal consumption.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении внутри корпуса неподвижно установлено кольцо, внутренняя поверхность которого выполнена криволинейной, а механизм привода лопастей установлен с возможностью взаимодействия с криволинейной поверхностью неподвижного кольца, лопасти рабочего органа установлены попарно, причем одна пара лопастей жестко закреплена на полом валу и снабжена перепускными клапанами с завихрителями воздушного потока, а другая пара лопастей закреплена на кольце с возможностью поворота относительно первой пары и связана с внутренним валом посредством пальца, причем на внутреннем валу выполнен кулачок для взаимодействия с механизмом привода лопастей.The problem is solved in that in the proposed solution, a ring is fixedly mounted inside the housing, the inner surface of which is made curved, and the blade drive mechanism is installed to interact with the curved surface of the fixed ring, the blades of the working body are installed in pairs, and one pair of blades is rigidly fixed to the hollow shaft and equipped with bypass valves with swirls of air flow, and another pair of blades mounted on the ring with the possibility of rotation relative the first pair and connected with the inner shaft by a pin, and on the inner shaft configured to interact with cam blades driving mechanism.

Кроме того, механизм привода лопастей установлен на полом валу и выполнен в виде двух рычагов, диаметрально размещенных на полом валу, на каждом рычаге установлено по два ролика, причем один ролик каждого рычага установлен с возможностью взаимодействия с криволинейной поверхностью неподвижного кольца, а другой ролик - с кулачком внутреннего вала.In addition, the blade drive mechanism is mounted on the hollow shaft and is made in the form of two levers diametrically placed on the hollow shaft, two rollers are installed on each lever, moreover, one roller of each lever is installed with the possibility of interaction with the curved surface of the fixed ring, and the other roller with cam inner shaft.

Кроме того, завихритель воздушного потока выполнен в виде, например, спирального канала.In addition, the swirl of the air flow is made in the form of, for example, a spiral channel.

Кроме того, криволинейная поверхность неподвижного кольца выполнена в виде эллипсоида.In addition, the curved surface of the fixed ring is made in the form of an ellipsoid.

На фиг.1 изображен продольный разрез двигателя;Figure 1 shows a longitudinal section of an engine;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, вид в плане на рабочий орган;figure 2 is a section aa in figure 1, a plan view of the working body;

на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, вид в плане на механизм привода рабочего органа.figure 3 is a section bB in figure 1, a plan view of the drive mechanism of the working body.

Лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1, с одной стороны закрытый крышкой 2, а с другой - крышкой 3. Внутри корпуса 1 со стороны крышки 2 неподвижно установлено кольцо 4, внутренняя поверхность которого выполнена криволинейной в виде эллипсоиды 5. В корпусе 1 размещены два соосных вала 6 и 7. Вал 6 выполнен полым, а вал 7 размещен внутри полого вала 6 и выполнен с кулачком 8. Полый вал 6 установлен в подшипниках 9. На полом валу 6 установлен рабочий орган с двумя парами лопастей. Причем одна пара лопастей 10 и 11 жестко закреплена на полом валу 6, а другая пара лопастей 12 и 13 закреплена на кольце 14 и связана с внутренним валом 7 посредством пальца 15 с возможностью поворота относительно пары 10 и 11. Кроме того, на полом валу 6 установлен механизм привода лопастей 16. Причем кулачок 8 внутреннего вала 7 выполнен для взаимодействия с механизмом привода лопастей 16, который в свою очередь установлен с возможностью взаимодействия с эллипсоидой 5 неподвижного кольца 4. Механизм привода лопастей 16 выполнен в виде двух рычагов 17, диаметрально размещенных на полом валу 6. На каждом рычаге 17 установлено по два ролика, причем один ролик 18 каждого рычага 17 установлен с возможностью взаимодействия с эллипсоидой 5 неподвижного кольца 4, а другой ролик 19 установлен с возможностью взаимодействия с кулачком 8 внутреннего вала 7. А в полом валу 6 выполнены окна для выхода кулачка 8 и контакта его с роликами 19.The vane internal combustion engine comprises a cylindrical housing 1, closed on one side by a cover 2, and on the other, by a cover 3. Inside the housing 1, on the side of the cover 2, a ring 4 is fixedly mounted, the inner surface of which is curved in the form of an ellipsoid 5. In the housing 1 there are two coaxial shaft 6 and 7. The shaft 6 is hollow, and the shaft 7 is placed inside the hollow shaft 6 and is made with a cam 8. The hollow shaft 6 is installed in the bearings 9. A working body with two pairs of blades is installed on the hollow shaft 6. Moreover, one pair of blades 10 and 11 is rigidly fixed on the hollow shaft 6, and the other pair of blades 12 and 13 is fixed on the ring 14 and connected to the inner shaft 7 by means of the pin 15 with the possibility of rotation relative to the pair 10 and 11. In addition, on the hollow shaft 6 the blade drive mechanism is installed 16. Moreover, the cam 8 of the inner shaft 7 is configured to interact with the blade drive mechanism 16, which in turn is mounted to interact with the ellipsoid 5 of the fixed ring 4. The blade drive mechanism 16 is made in the form of two levers 17, diam placed on a hollow shaft 6. two rollers are installed on each lever 17, and one roller 18 of each lever 17 is mounted to interact with the ellipsoid 5 of the fixed ring 4, and the other roller 19 is mounted to interact with the cam 8 of the inner shaft 7. A in the hollow shaft 6 there are windows for the exit of the cam 8 and its contact with the rollers 19.

В лопастях 10 и 11 размещены перепускные клапаны 20 с завихрителями воздушного потока, которые выполнены в виде, например, спирального канала 21. Попарное размещение лопастей относительно друг друга в корпусе 1 образует рабочие камеры 22 и 23 и вспомогательные камеры 24 и 25 переменного регулируемого объема. Для подвода воздуха, топлива и выпуска газов в корпусе 1 выполнены отверстия 26, 27 и 28 соответственно.In the blades 10 and 11 placed bypass valves 20 with swirls of air flow, which are made in the form of, for example, a spiral channel 21. Pairwise placement of the blades relative to each other in the housing 1 forms the working chambers 22 and 23 and auxiliary chambers 24 and 25 of variable adjustable volume. To supply air, fuel and exhaust gases in the housing 1, holes 26, 27 and 28 are made, respectively.

Лопастной двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.Vane internal combustion engine operates as follows.

При вращении полого вала 6 по часовой стрелке лопасти 10, 11, 12, 13 поочередно проходят отверстия подвода воздуха 26, топлива 27 и выпуска газов 28 и одновременно с этим ролики 18 обкатывают эллипсоиду 5 неподвижного кольца 4 и вместе с рычагами 17 и роликами 19 приближаются или удаляются от оси полого вала 6. При этом внутренний вал 7 кулачком 8 взаимодействует с роликами 19 и через палец 15 лопасти 12 и 13 поворачиваются, получая положительное или отрицательное ускорение относительно полого вала 6, что приводит к изменению объемов камер 22, 23, 24, 25 и совершению полного цикла четырехтактного дизельного двигателя за один оборот вала с обеспечением наддува камеры 22 путем перекачки через перепускные клапаны 20 ранее поступившего воздуха. Причем воздух, проходя по спиральному каналу 21 перепускных клапанов 20, получает завихрение для качественного смесеобразования. В процессе работы двигателя такт впуска в камере 22 совмещен с рабочим ходом в камере 23, такт сжатия в камере 22 - с выпуском газов в камере 23. Давление газов при рабочем ходе создает крутящий момент на полом валу 6.When the hollow shaft 6 rotates clockwise, the blades 10, 11, 12, 13 alternately pass the holes for air supply 26, fuel 27 and gas outlet 28 and simultaneously with this, the rollers 18 run around the ellipsoid 5 of the stationary ring 4 and, together with the levers 17 and the rollers 19, approach or are removed from the axis of the hollow shaft 6. In this case, the inner shaft 7 cam 8 interacts with the rollers 19 and through the finger 15 the blades 12 and 13 are rotated, receiving a positive or negative acceleration relative to the hollow shaft 6, which leads to a change in the volume of the chambers 22, 23, 24 25 and committing the full cycle of a four-stroke diesel engine in one revolution of the shaft with the provision of boosting the chamber 22 by pumping through the bypass valves 20 of the previously received air. Moreover, the air passing through the spiral channel 21 of the bypass valve 20, gets a swirl for high-quality mixture formation. During engine operation, the intake stroke in the chamber 22 is aligned with the stroke in the chamber 23, the compression stroke in the chamber 22 is aligned with the release of gases in the chamber 23. The gas pressure during the stroke creates a torque on the hollow shaft 6.

Использование предлагаемого технического решения позволило создать несложный по конструкции, экономичный, малогабаритный двигатель внутреннего сгорания, который содержит на порядок меньшее количество комплектующих деталей, в отличие от известных аналогичных двигателей.Using the proposed technical solution allowed us to create a simple in design, economical, small-sized internal combustion engine, which contains an order of magnitude fewer components, in contrast to the known similar engines.

Claims

1. Vane internal combustion engine containing a cylindrical body, a blade working body, two coaxial shafts, one of which is hollow and the other is placed inside it, the blade drive mechanism, characterized in that the ring is stationary inside the body, the inner surface of which is made curved and the blade drive mechanism is installed with the possibility of interaction with the curved surface of the fixed ring, the blades of the working body are installed in pairs, and one pair of blades is rigidly closed captivity on the hollow shaft and is provided with bypass valves swirlers air flow, and the other pair of blades is connected with the inner shaft by a pin pivotable relative to the first pair, wherein on the inner shaft configured to interact with cam blades driving mechanism.

2. The vane internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the blade drive mechanism is mounted on the hollow shaft and is made in the form of two levers diametrically placed on the hollow shaft, two rollers are installed on each lever, and one roller of each lever is installed with the possibility of interaction with the curved surface of the fixed ring, and the other roller with the cam of the inner shaft.

3. The vane internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the swirl of the air flow is made in the form of, for example, a spiral channel.

4. The vane internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the curved surface of the fixed ring is made in the form of an ellipsoid.