RU2341659C1

RU2341659C1 - Sine-wave-rotor engine

Info

Publication number: RU2341659C1
Application number: RU2007110205/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Попов (RU); Александр Владимирович Попов
Original assignee: Александр Владимирович Попов
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-12-20
Also published as: RU2007110205A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: sine-wave-rotor engine incorporates housing accommodating cylinders, each furnished with combustion chamber, working gas feed and discharge ducts. The aforesaid cylinders house pistons with con-rods where gears running in roller bearings and interacting with sine-wave-rotor toothed surface are arranged, the rotor being fitted on the engine main shaft. Cylinders axes can be perpendicular or parallel to the said rotor axis. The said toothed surface can be arranged on the rotor inside or outside sides. The rotor can have three or more top and bottom dead centers. The cylinder outer side surface accommodates split rolling bearings pressed to the cylinder inner surface by thermally expanding rods. The rotor is furnished with a circular ledge on one its side provided with toothed surface and on the other one with a smooth surface mating sine-wave profile of the enveloping toothed surface. Note here that the con-rod of every piston is linked up with the roller interacting with the aforesaid smooth and spring-loaded towards the con-rod for it to be pressed against the rotor body.

EFFECT: reduced lateral loads exerted by pistons on cylinder walls, lower friction factor, increased number of piston working strikes per one revolution of engine main shaft, higher reliability.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и машинам, содержащим цилиндропоршневую группу.The invention relates to mechanical engineering, in particular to internal combustion engines (ICE) and machines containing a cylinder-piston group.

Широко известны ДВС с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ).Widely known ICE with a crank mechanism (KShM).

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, цилиндры, выполненные в теле ротора, размещенные в цилиндрах поршни, снабженные штоками, систему подачи рабочего тела, систему зажигания и систему выпуска отработанных газов (Патент Франции №2126632, кл. F01С 7/00, 1972).Also known is a rotary internal combustion engine, comprising a housing mounted rotatably in the housing, rotors arranged in the rotor body, pistons provided with rods in the cylinders, a working fluid supply system, an ignition system and an exhaust system (French Patent No. 2126632 Cl. F01C 7/00, 1972).

Наиболее близким к предложенному является роторный двигатель внутреннего сгорания, выполненный в виде корпуса, внутри которого установлен вращающийся ротор, в теле ротора в радиальном направлении установлены цилиндры с поршнями, пальцы которых закреплены в профилированной канавке, выполненной по периферии упора, выполненного в виде эллипса и установленного внутри ротора. Корпус снабжен отверстиями и каналами для подачи и сброса рабочего газа, а также запальной камерой со свечей зажигания (Патент РФ №2044140 C1, F02В 55/00, опубл. 1995).Closest to the proposed one is a rotary internal combustion engine, made in the form of a housing inside which a rotating rotor is installed, cylinders with pistons are installed in the rotor body in the radial direction, the fingers of which are fixed in a profiled groove made along the periphery of the stop, made in the form of an ellipse and installed inside the rotor. The housing is equipped with openings and channels for supplying and discharging the working gas, as well as an ignition chamber with spark plugs (RF Patent No. 2044140 C1, F02B 55/00, publ. 1995).

Недостатками этих известных двигателей являются:The disadvantages of these known engines are:

а) не компенсирующиеся переменные по величине и направлению боковые нагрузки поршней на стенки цилиндров,a) not compensated for the magnitude and direction of the lateral loads of the pistons on the cylinder walls,

б) низкая надежность,b) low reliability

в) большое количество подшипников скольжения,c) a large number of bearings

г) малое количество рабочих тактов поршня за оборот ротора или коленвала КШМ.d) a small number of piston strokes per revolution of the rotor or crankshaft of the crankshaft.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в следующем: снижение боковых нагрузок поршней на стенки цилиндров, снижение коэффициента трения за счет снижения количества подшипников скольжения, увеличения числа рабочих тактов поршня за один оборот основного вала, исключение из конструкции КШМ и увеличение надежности конструкции.The technical problem to which the invention is directed is as follows: reducing the lateral loads of the pistons on the cylinder walls, reducing the friction coefficient by reducing the number of sliding bearings, increasing the number of working strokes of the piston per revolution of the main shaft, eliminating KShM from the design and increasing the reliability of the design .

Указанная задача решается тем, что в двигателе с синусоидным ротором, содержащем корпус, в котором расположены цилиндры, имеющие каждый камеру сгорания со свечей зажигания или без таковой и каналы подачи и сброса рабочих газов, в цилиндрах установлены поршни, на штоках которых установлены шестерни на подшипниках качения, которые взаимодействуют с зубчатой поверхностью синусоидного ротора, закрепленного на основном валу двигателя, а синусоидный ротор имеет также гладкую поверхность, повторяющую синусоидный профиль огибающей зубчатой поверхности, а шток каждого поршня связан с роликом, взаимодействующим с этой гладкой поверхностью и подпружиненным к ней и в сторону штока для прижатия штока поршня к телу ротора.This problem is solved in that in an engine with a sinusoidal rotor containing a housing in which cylinders are located, each having a combustion chamber with or without spark plugs and supply and discharge channels of working gases, pistons are installed in the cylinders, on the rods of which gears are mounted on bearings rolling, which interact with the gear surface of the sinusoidal rotor mounted on the main shaft of the engine, and the sinusoidal rotor also has a smooth surface that repeats the sinusoidal profile of the envelope of the gear surface, and each piston rod connected with the roller cooperating with this smooth surface and spring biased thereto and in the direction for pressing the rod of the piston rod to the rotor body.

Оси цилиндров могут быть перпендикулярны или параллельны оси синусоидного ротора.The axis of the cylinders can be perpendicular or parallel to the axis of the sinusoidal rotor.

В первом случае зубчатая поверхность может быть расположена с наружной стороны ротора или с внутренней стороны ротора.In the first case, the gear surface may be located on the outside of the rotor or on the inside of the rotor.

Синусоидный ротор может иметь три или более верхних и нижних мертвых точек.A sinusoidal rotor may have three or more upper and lower dead points.

На внешней боковой поверхности каждого поршня установлены подшипники качения с возможностью их поджатия к внутренней поверхности цилиндра. Причем подшипники выполнены разрезными и поджаты к внутренней поверхности цилиндра теплорасширяющимися стержнями.Rolling bearings are mounted on the outer side surface of each piston with the possibility of preloading them against the inner surface of the cylinder. Moreover, the bearings are split and pressed to the inner surface of the cylinder by heat-expanding rods.

На фиг.1 изображена схема четырехцилиндрового ДВС с синусоидным ротором и наружными зубчатой и гладкой рабочими поверхностями, где поршни расположены снаружи ротора, а оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора, с четырьмя ВМТ и НМТ, что позволяет за один оборот ротора каждому из четырех цилиндров произвести два рабочих хода.Figure 1 shows a diagram of a four-cylinder internal combustion engine with a sinusoidal rotor and external gear and smooth working surfaces, where the pistons are located outside the rotor, and the axis of the pistons is perpendicular to the axis of rotation of the rotor, with four TDC and BDC, which allows each of the four cylinders to make each rotor two working moves.

На фиг.2 изображена схема шестицилиндрового ДВС с синусоидным ротором с внутренними зубчатой и гладкой рабочими поверхностями, где поршни расположены внутри полого ротора, а оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора, с шестью ВМТ и НМТ, что позволяет за один оборот ротора каждому из шести цилиндров произвести три рабочих хода.Figure 2 shows a diagram of a six-cylinder internal combustion engine with a sinusoidal rotor with internal gear and smooth working surfaces, where the pistons are located inside the hollow rotor, and the piston axes are perpendicular to the axis of rotation of the rotor, with six TDC and BDC, which allows each of the six cylinders for one revolution of the rotor make three working strokes.

На фиг.3 изображена схема взаимодействия зубчатой рабочей поверхности синусоидного ротора с поршнем, в случае, когда оси поршней параллельны оси вращения ротора.Figure 3 shows a diagram of the interaction of the gear working surface of a sinusoidal rotor with a piston, in the case when the axis of the pistons are parallel to the axis of rotation of the rotor.

На фиг.4 изображен поршень с фрагментом штока и двумя разрезными стабилизирующими шарикоподшипниками.Figure 4 shows the piston with a fragment of the rod and two split stabilizing ball bearings.

На фиг.5 изображен разрез А-А фиг.4: сечение штока поршня без фрагментов тела поршня.Figure 5 shows a section aa of figure 4: the cross section of the piston rod without fragments of the piston body.

На фиг.6 изображен разрез Б-Б фиг.1: сечение соединения штока поршня с шестерней и ротора при помощи подпружиненного сферического ролика, которые взаимодействуют с зубчатой и гладкой поверхностями синусоидного ротора.In Fig.6 shows a section bB of Fig.1: the cross section of the connection of the piston rod with the gear and the rotor using a spring-loaded spherical roller, which interact with the gear and smooth surfaces of the sinusoidal rotor.

В таблице 1 показан цикл работы четырехцилиндрового ДВС за один оборот синусоидного ротора, где: РТ - рабочий такт, СБ - сброс отработанных газов, ПД - подача воздуха или воздушно-топливной смеси, СЖ - сжатие.Table 1 shows the cycle of the four-cylinder internal combustion engine for one revolution of the sinusoidal rotor, where: RT - working cycle, SB - discharge of exhaust gases, PD - air or air-fuel mixture, SJ - compression.

В таблице 2 показан цикл работы шестицилиндрового ДВС за один оборот синусоидного ротора.Table 2 shows the operation cycle of a six-cylinder internal combustion engine per revolution of a sinusoidal rotor.

Под синусоидным ротором в данной заявке понимается такой ротор, рабочая поверхность которого (в данном случае поверхность, огибающая зубья на рабочей зубчатой поверхности ротора) в сечении, перпендикулярном оси ротора, имеет выпукло-вогнутую линию в форме синусоиды, средняя линия которой изогнута по окружности.A sinusoidal rotor in this application is understood to mean such a rotor, the working surface of which (in this case, the surface enveloping the teeth on the working gear surface of the rotor) in a section perpendicular to the axis of the rotor has a convex-concave line in the form of a sinusoid, the middle line of which is curved around the circumference.

Двигатель с синусоидным ротором АВП (фиг.1, 2) содержит корпус 1, в теле которого радиально расположены цилиндры 2 с поршнями 3, на штоках 4 которых установлены вращающиеся на подшипниках качения шестерни 5. На теле поршней 3 находятся стабилизирующие разрезные шарикоподшипники 6, которые поджимаются к цилиндрам 2 теплорасширяющимися стержнями 7. Также на теле поршней 3 находятся компрессионные кольца 8 и малосъемное кольцо 9. Тело поршня 3 имеет внутреннюю полость. Через отверстия 10 в теле поршня 3 и отверстия 11 в теле штока 4 происходит охлаждение тела поршня 3 и смазка зеркала цилиндра 2 парокапельной смазкой 12. Шток 4 поршня 3 имеет усиленную многогранную нижнюю часть 13, а также два фланца 14, закрепленные в теле поршня 3. Фланцы 14 имеют расположенные по окружности отверстия 15, которые служат для более качественного соединения поршня 3 с штоком 4. На основном валу 20 двигателя закреплен ротор 16, который имеет зубчатую 17 и гладкую 18 рабочие поверхности, имеющие профиль в виде синусоиды 19. Соединение штока 4 поршня 3 с телом синусоидного ротора 16 осуществляется пружинистой пластиной 21, которая закреплена на усиленной нижней части 13 штока 4 и имеет две оси 22, на которых вращаются шестерня 5, работающая по зубчатой поверхности 17, и сферический ролик 23 на подшипниках качения, имеющий гладкую поверхность 24, прижимающий шток 4 к телу ротора 16, работающий по гладкой поверхности 18 ротора 16, профиль которой в осевом сечении повторяет профиль ролика 23. Синусоидный ротор 16 имеет верхние 25 (ВМТ) и нижние 26 (НМТ) мертвые точки. Цилиндры 2 имеют камеру сгорания с каналами 27 подачи и сброса рабочих газов.The WUA sinusoidal rotor engine (FIGS. 1, 2) comprises a housing 1, in the body of which cylinders 2 with pistons 3 are radially arranged, on the rods 4 of which gears 5 rotate on rolling bearings, are mounted on the pistons body 3, stabilizing split ball bearings 6 are located, which are pressed to the cylinders 2 by heat-expanding rods 7. Also on the body of the pistons 3 are compression rings 8 and a non-removable ring 9. The body of the piston 3 has an internal cavity. Through the holes 10 in the body of the piston 3 and the holes 11 in the body of the rod 4, the body of the piston 3 is cooled and the mirror of the cylinder 2 is lubricated with vapor-drop lubricant 12. The piston rod 4 has a reinforced polyhedral lower part 13, as well as two flanges 14 fixed in the body of the piston 3 The flanges 14 have circumferential openings 15, which serve to better connect the piston 3 to the stem 4. A rotor 16 is mounted on the main shaft 20 of the engine, which has a gear 17 and smooth working surfaces 18 having a sinusoidal profile 19. Rod connection 4 to the shaft 3 with the body of the sinusoidal rotor 16 is carried out by a springy plate 21, which is mounted on a reinforced lower part 13 of the rod 4 and has two axles 22 on which the gear 5 rotates along the gear surface 17, and a spherical roller 23 on rolling bearings having a smooth surface 24, pressing the rod 4 against the body of the rotor 16, working on a smooth surface 18 of the rotor 16, the profile of which in axial section repeats the profile of the roller 23. The sinusoidal rotor 16 has top 25 (TDC) and bottom 26 (BDC) dead points. The cylinders 2 have a combustion chamber with channels 27 for supplying and discharging working gases.

Двигатель работает следующим образом: рабочий такт начинается ниже ВМТ 25 синусоидного ротора 16 и завершается на НМТ 26, где начинается сброс отработанных газов через каналы 27 до следующей ВМТ. Затем до следующей НМТ происходит подача воздуха или воздушно-топливной смеси через каналы 27 до НМТ. В последующее движение до ВМТ происходит такт сжатия. В камере сгорания цилиндра 2 происходит зажигание топливной смеси, рабочий газ толкает поршень 3 в направлении к ротору 3, но так как его шток 4 с шестерней 5 не может перемещаться в этом направлении из-за профиля синусоидного ротора 16, шток 4 посредством шестерни 5 перемещается по зубчатой поверхности 17, вращая ротор 16, находящийся на основном валу 20. Таким образом работает каждый поршень 3. Рабочий такт происходит поочередно в каждом цилиндре 2. Количество рабочих тактов каждого поршня 3 за один оборот ротора 16 зависит от общего количества ВМТ и НМТ синусоидного ротора 16, что подтверждается таблицами 1 и 2.The engine operates as follows: the operating cycle starts below TDC 25 of the sinusoidal rotor 16 and ends at BDC 26, where the discharge of exhaust gases through channels 27 begins until the next TDC. Then, until the next BDC, air or air-fuel mixture is supplied through channels 27 to the BDC. In the subsequent movement to TDC, a compression stroke occurs. In the combustion chamber of cylinder 2, the fuel mixture is ignited, the working gas pushes the piston 3 in the direction of the rotor 3, but since its rod 4 with gear 5 cannot move in this direction due to the profile of the sinusoidal rotor 16, the rod 4 is moved by gear 5 on the gear surface 17, rotating the rotor 16 located on the main shaft 20. Thus, each piston 3 works. The working cycle occurs alternately in each cylinder 2. The number of working cycles of each piston 3 for one revolution of the rotor 16 depends on the total number of TDC and BDC of the sinusoidal rotor 16, which is confirmed by tables 1 and 2.

Claims

1. An engine with a sinusoidal rotor, comprising a housing in which cylinders are located, each having a combustion chamber and channels for supplying and discharging working gases, pistons are installed in the cylinders, on the rods of which are mounted gears on rolling bearings that interact with the gear surface of the sinusoidal rotor fixed on the main shaft of the engine, and the sinusoidal rotor also has a smooth surface that repeats the sinusoidal profile of the envelope of the gear surface, and the piston rod of each piston is connected to a roller interacting with this smooth surface and spring-loaded towards it and toward the stem.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the axis of the cylinders is perpendicular to the axis of the sinusoidal rotor.

3. The engine according to claim 2, characterized in that the gear surface is located on the outside of the rotor.

4. The engine according to claim 2, characterized in that the gear surface is located on the inside of the rotor.

5. The engine according to claim 1, characterized in that the axis of the cylinders are parallel to the axis of the sinusoidal rotor.

6. The engine according to claim 1, characterized in that the sinusoidal rotor has three or more upper and lower dead points.

7. The engine according to claim 1, characterized in that on the external lateral surface of each piston installed rolling bearings with the possibility of their preload to the inner surface of the cylinder.

8. The engine according to claim 7, characterized in that the bearings are split and pressed against the inner surface of the cylinder by heat-expanding rods.