Роторно-поршневой двигатель Виталия Верзенко

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Верзенко Валерий Витальевич(72) Автор Верзенко Валерий Витальевич(73) Патентообладатель Верзенко Валерий Витальевич(57) 1. Роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, рабочая полость которого образована внутренней криволинейной поверхностью боковой стенки и плоской внутренней поверхностью торцовых стенок, эксцентриковый вал,установленный в торцовых стенках корпуса, ротор с криволинейной рабочей поверхностью, расположенный на эксцентриковом валу, механизм синхронизации вращения ротора и эксцентрикового вала, состоящий из направляющего элемента, выполненного на торцовых поверхностях ротора с кривизной, соответствующей кривизне рабочей поверхности ротора, и опорных роликов, установленных на внутренней поверхности торцовых стенок корпуса и взаимодействующих с направляющим элементом, камеры сгорания, радиальные и торцовые уплотнители, отличающийся тем, что рабочие поверхности корпуса и ротора выполнены в поперечном сечении в виде дуги окружности одного диаметра, причем ротор выполнен трехгранным и установлен на эксцентриковом валу посредством эксцентриковой втулки с возможностью вращения относительно нее, камеры сгорания выполнены на рабочих поверхностях ротора, впускной и выпускной каналы выполнены в одной боковой стенке корпуса, а радиальные уплотнители установлены на вершинах ротора, при этом эксцентриситет эксцентрикового вала составляет 0,317 ,где- расстояние от центра ротора до оси вращения опорного ролика, и 2 ,где Е - эксцентриситет втулки. 6597 1 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит опорные элементы, установленные на внутренней поверхности торцовых стенок корпуса на малой центральной оси корпуса симметрично большой центральной оси корпуса и взаимодействующие с криволинейными выступами, выполненными на вершинах наружной поверхности реборды. 3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены, например, в виде роликов.(56)2006614 1, 1994.1260547 1, 1986.769045, 1980.652337, 1979.0292933 1, 1988.5305721 , 1994. Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к роторнопоршневым двигателям, и может быть использовано, преимущественно, в транспортной технике. Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с трохоидальной рабочей полостью, трехгранный ротор с камерами сгорания, выполненными в его гранях, и дополнительную камеру сгорания, размещенную на корпусе и сообщенную с его рабочей полостью по меньшей мере при помощи двух каналов с осями, пересекающимися в продольной плоскости двигателя, при этом точка пересечения осей каналов расположена в полости камеры сгорания ротора, а стенки последней наклонены к ее основанию под углом, равном углу, образуемому осями (А.с. СССР 1260547, МПК 02 В 53/10, 1986). Однако известный двигатель имеет ограниченную область применения из-за сложности осуществления цикла дизеля, сложной геометрии рабочей поверхности корпуса, а также неэффективности радиальных уплотнений по причине изменения угла наклона уплотняющих лопаток к рабочей поверхности корпуса в процессе работы. Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, рабочая полость которого образована плоской внутренней поверхностью торцовых стенок и внутренней поверхностью боковой стенки, выполненной в поперечном сечении в виде трехвершинной эпитрохоиды, эксцентриковый вал, установленный в торцовых стенках корпуса, ротор, непосредственно установленный на эксцентриковом валу с возможностью вращения относительно него, рабочая поверхность которого в поперечном сечении выполнена в виде двухвершинной эпитрохоиды, состоит из полуовал - поршня и полуовал газораспределителя и образует в рабочей полости корпуса три неподвижные рабочие камеры, механизм синхронизации вращения ротора и эксцентрикового вала, состоящий из направляющего элемента, выполненного на торцовой поверхности ротора в виде паза, рабочая поверхность которого в поперечном сечении выполнена в виде двухвершинной эпитрохоиды эквидистантно рабочей поверхности ротора, и трех роликов, установленных на внутренней поверхности торцовой стенки корпуса через 120 на лучах, проходящих через выступы рабочей полости и ось вращения эксцентрикового вала, и взаимодействующих с рабочей поверхностью паза, камеры сгорания, выполненные на каждой вершине рабочей полости, систему подачи рабочей смеси в рабочие камеры, состоящую из выполненных в торцовой стенке корпуса впускного канала, впускного окна, сообщающегося с впускным каналом и с пазом механизма синхронизации, и выполненного в роторе впускного канала,сообщающегося одним концом с пазом механизма синхронизации и вторым концом, через впускное отверстие - с рабочей камерой, систему отвода из рабочих камер отработанных 2 6597 1 газов, состоящую из выполненных в роторе выпускного отверстия, сообщающегося с рабочей камерой и с выпускным каналом, и выпускного окна, сообщающегося с выпускным каналом, и с выполненным во второй торцовой стенке корпуса кольцевым окном, а через него и с выпускным каналом, радиальные уплотнители, установленные на выступах внутренней поверхности боковой стенки корпуса, и торцовые уплотнители, установленные на внутренней поверхности торцовых стенок ротора. Ротор, совершая планетарное движение, поочередно, то полуовал - поршнем, то полуовал - газораспределителем заходит в вершины рабочей полости корпуса, обеспечивая выполнение четырех тактов в рабочих камерах. Причем ротор вращается в сторону, противоположную вращению эксцентрикового вала, и в два раза медленнее (Патент РФ 2006614, МПК 02 В 53/10, 1994). Известный двигатель обладает недостаточно высокой надежностью в работе из-за сложной геометрии рабочей полости корпуса. Кроме того, недостатком известного двигателя является сложная конструкция системы газораспределительного устройства, обусловленная неподвижностью рабочих камер относительно контура рабочей полости, большая длина и наличие изгибов впускного тракта, что приводит к потерям давления во впускной системе. Задача изобретения состоит в повышении надежности работы двигателя за счет упрощения геометрии рабочих поверхностей и снижении энергопотерь за счет упрощения конструкции системы газораспределения. Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем указанного технического результата роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, рабочая полость которого образована внутренней криволинейной поверхностью боковой стенки и плоской внутренней поверхностью торцовых стенок, эксцентриковый вал, установленный в торцовых стенках корпуса, ротор с криволинейной рабочей поверхностью, расположенный на эксцентриковом валу, механизм синхронизации вращения ротора и эксцентрикового вала, состоящий из направляющего элемента, выполненного на торцовых поверхностях ротора с кривизной, соответствующей кривизне рабочей поверхности ротора, и опорных роликов, установленных на внутренней поверхности торцовых стенок корпуса и взаимодействующих с направляющим элементом, камеры сгорания, радиальные и торцовые уплотнители, отличается тем, что рабочие поверхности корпуса и ротора выполнены в поперечном сечении в виде дуги окружности одного диаметра, при этом ротор выполнен трехгранным и установлен на эксцентриковом валу посредством эксцентриковой втулки с возможностью вращения относительно нее, камеры сгорания выполнены на рабочих поверхностях ротора, впускной и выпускной каналы выполнены в одной боковой стенке корпуса, а радиальные уплотнители установлены на вершинах ротора, при этом эксцентриситет эксцентрикового вала составляет 0,317 ,где- расстояние от центра ротора до оси вращения опорного ролика, а 2,где Е - эксцентриситет втулки. Двигатель дополнительно содержит также опорные элементы, установленные на внутренней поверхности торцовых стенок корпуса на малой центральной оси корпуса симметрично большой центральной оси корпуса и взаимодействующие с криволинейными выступами, выполненными на вершинах наружной поверхности реборды. Опорные элементы могут быть выполнены, например, в виде роликов. Предлагаемая конструкция обеспечивает ротору неравномерное вращательное движение с остановками в крайних положениях посредством маятниковых колебаний, поочередно, вокруг осей вращения опорных роликов. При этом одна из рабочих поверхностей ротора скользит по рабочей поверхности корпуса, а две другие отсекают в рабочей полости корпуса две переменные рабочие камеры, в одной из которых происходит расширение 3 6597 1 и выпуск, а в другой - впуск и сжатие рабочей смеси. Во время переноса ротором сжатой рабочей смеси к камере расширения происходит ее сгорание. Преобразование неравномерно-вращательного движения ротора во вращательное движение эксцентрикового вала происходит через промежуточную эксцентриковую втулку, причем эксцентриситеты вала и втулки подобраны таким образом, чтобы обеспечить ротору маятниковое движение по дугам рабочей поверхности корпуса. Изобретение поясняется чертежами фиг. 1 - общий вид двигателя со снятой боковой стенкой фиг. 2 - вид А на фиг. 1 - часть механизма синхронизации вращения ротора и эксцентрикового вала фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Роторно-поршневой двигатель содержит корпус, состоящий из боковой стенки 1 с впускным и выпускным каналами 2 и 3 и торцовых стенок 4, образующих рабочую полость 5, эксцентриковый вал 6, установленный в торцовых стенках 4, эксцентриковую втулку 7, установленную на эксцентриковом валу 6, трехгранный ротор 8 с камерами сгорания 9, установленный на втулке 7, механизм синхронизации неравномерного вращения ротора 8 и вращения эксцентрикового вала 6, состоящий из направляющего элемента в виде реборды 10, выполненной на торцовых поверхностях ротора 8 и имеющей кривизну,соответствующую кривизне рабочей поверхности ротора 8, и опорных роликов 11, установленных на внутренней поверхности торцовых стенок 4 корпуса и взаимодействующих с ребордой 10, причем рабочие поверхности боковой стенки 1 корпуса и ротора 8 выполнены в виде дуги окружности одного диаметра. Двигатель содержит также опорные элементы 12, установленные на внутренней поверхности торцовых стенок 4 корпуса на малой центральной оси корпуса симметрично большой центральной оси корпуса и взаимодействующие с криволинейными выступами 13, выполненными на вершинах наружной поверхности реборды 10, радиальные уплотнители 14 и торцовые уплотнители 15. При этом эксцентриситет эксцентрикового вала 6 составляет 0,317 ,где- расстояние от центра ротора 8 до оси вращения опорного ролика 11, а 2,где Е - эксцентриситет втулки 7. Зажигание рабочей смеси (впрыск топлива при дизельном цикле) осуществляется от свечи (форсунки) 16, а промежуточное положение ротора 8 показано пунктирной линией. Двигатель работает следующим образом. При вращении эксцентрикового вала 6 по часовой стрелке ротор 8 поворачивается в ту же сторону, что и эксцентриковый вал 6 с остановками в крайних верхнем и нижнем положениях. При повороте эксцентрикового вала 6 на 360 ротор 8 повернется на 120, сделав при этом два маятниковых движения по 60 вниз и вверх, при этом эксцентриковая втулка 7 будет вращаться в сторону, противоположную вращению эксцентрикового вала 6 и за один его оборот также повернется на 360, обеспечив при этом ротору 8 маятниковое движение относительно осей вращения опорных роликов 11. При маятниковом движении ротора 8 одна из его рабочих поверхностей скользит по рабочей поверхности боковой стенки 1 корпуса, а две другие рабочие поверхности, перемещаясь, отсекают в рабочей полости 5 корпуса две переменные рабочие камеры - расширения и сжатия, поворачиваясь вокруг опорных роликов 11, являющихся по сути маятниковыми подвесами, длина которых представляет собой расстояние между дальним и ближним центрами, при этом дальний центр маятникового подвеса размещен в центре ротора 8,а ближний - на оси вращения опорного ролика 11. На фиг. 1 показан момент нахождения ротора 8 в крайнем верхнем положении, при этом в верхней переменной камере (камере расширения) начинается процесс расширения,а в нижней (камера сжатия) - конец впуска рабочей смеси и начало сжатия. 4 6597 1 При движении ротора 8 вниз впускной и выпускной каналы 2 и 3 будут перекрыты. При повороте эксцентрикового вала 6 на 180 правая грань ротора 8 окажется в крайнем нижнем положении, при этом в нижней камере закончится процесс сжатия рабочей смеси,а вверху откроется выпускной канал 3 и начнется принудительный выпуск отработанных газов. При дальнейшем повороте эксцентрикового вала 6 начнется процесс переноса сжатой рабочей смеси в сторону камеры расширения. В процессе переноса рабочей смеси происходит ее зажигание от свечи 16 или впуск топлива через форсунку (при дизельном варианте работы), при этом работа сил давления газов равна нулю, так как объем камеры сгорания 9 не изменяется. При переносе ротором 8 сжатой рабочей смеси в сторону камеры расширения реактивные силы будут передаваться на реборду 10, а также криволинейными выступами 13 на дополнительные опорные элементы 12. Для уменьшения сил трения при скольжении рабочей поверхности ротора 8 по рабочей поверхности боковой стенки 1 корпуса в центрах маятниковых подвесов на внутренней поверхности торцовых стенок 4 корпуса установлены опорные ролики 11, которые постоянно соприкасаются с внутренней поверхностью реборды 10 и выполняют функцию механизма синхронизации неравномерного вращения ротора 8 и вращения эксцентрикового вала 6. Размещенные на торцовых поверхностях и вершинах ротора 8, соответственно, торцовые 15 и радиальные 14 уплотнители способствуют надежному разделению рабочих камер и, как следствие, повышению качества сгорания рабочей смеси. При повороте эксцентрикового вала 6 более чем на 360 циклы работы двигателя повторяются. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания позволяет повысить надежность работы за счет упрощения геометрии рабочих поверхностей, осуществить бесперебойный дизельный цикл, в широких пределах варьировать моментом зажигания или моментом впрыска топлива, повысить экономичность расхода рабочей смеси, а также качество протекающих в двигателе процессов. В нем выполнена простая система газораспределения и надежная система синхронизации неравномерного вращения ротора и вращения эксцентрикового вала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.