автомобиль с роторно-лопастным двигателем

Формула изобретения

Автомобиль с роторно-лопастным двигателем, содержащий несущий кузов, управляемые передние колеса и ведущие задние колеса, прикрепленные посредством подвесок к несущему кузову, двигатель, размещенный в передней части ведущего кузова, посредством карданного вала через муфту сцепления и коробку передач соединенный с задними ведущими колесами, механизмы управления, отличающийся тем, что в качестве силовой установки использован роторно-лопастной двигатель, представляющий собой круглый корпус с рубашкой охлаждения, закрытый передней и задней крышками, внутрь которого вставлен цилиндр, внутренняя поверхность которого выполнена в форме правильного круга, внутри которого размещен ротор, выполненный заодно с валом, концы которого пропущены в отверстия крышек, представляющий собой цилиндрическое тело вращения и имеющий четыре радиальных паза, выполненных под углом 90^o один относительно другого в двух взаимно пересекающихся плоскостях, каждая пара которых расположена соосно друг другу на линии диаметра по разные стороны от оси вращения, причем внутрь каждого из них вставлена пустотелая прямоугольная лопасть, имеющая внутри пружину, кроме того, между каждой парой пазов в теле ротора выполнена Г-образная накопительная камера, оба входа которой открываются в сторону от оси вращения ротора, продольная ось которого параллельна и смещена вниз относительно продольной оси цилиндра так, что ротор своей боковой поверхностью контактирует с внутренней нижней поверхностью цилиндра, образуя снизу вверх направо камеру сгорания, в которую вставлены свеча зажигания и форсунка, камеру выпуска отработанных газов, имеющую выпускной канал, камеру впуска горючей смеси, имеющую впускной канал, и камеру сжатия, причем все камеры отделены друг от друга пустотелыми прямоугольными лопастями, кроме того, на заднем конце вала установлены маховик, зубчатый венец которого при запуске взаимодействует с шестерней стартера, и зубчатая шестерня, кинематически соединенная с зубчатыми шестернями привода прерывателя-распределителя зажигания и насоса высокого давления, а на переднем конце установлен шкив, причем прерыватель, один контакт которого заземлен, имеет четырехгранный кулачок, а его второй контакт соединен последовательно с источником тока и одним из выводов первичной обмотки катушки зажигания, второй вывод которой заземлен, а параллельно контактам прерывателя подключен конденсатор, к тому же четыре неподвижных контакта распределителя зажигания соединены между собой проводником в общую шину и подключены к центральному стержню свечи зажигания, корпус которой заземлен, а подвижный контакт распределителя зажигания соединен с одним из выводов вторичной обмотки катушки зажигания, второй вывод которой заземлен, кроме того, форсунка посредством трубопровода соединена с выходом насоса высокого давления, вход которого связан гидравлически через топливный насос с топливным баком, кроме того, вход воздухонагнетателя через фильтр связан с атмосферой, а выход совместно с системой подготовки горючей смеси подключен к входному каналу корпуса, при этом ведомый вал двухскоростного редуктора соединен с валом воздухонагнетателя, а ведущий вал имеет шкив и совместно с топливными насосами, водяным и масляным насосами, генератором электрического тока соединен посредством ременной передачи со шкивом вала роторно-лопастного двигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве транспортного средства.

Известен автомобиль "Альфа-Ромео", (4х2), содержащий четырехдверный несущий кузов с передними колесами на независимой пружинной подвеске и задним ведущим мостом на пружинной подвеске и амортизаторах, внутри которого установлен четырехцилиндровый бензиновый двигатель, выполненный из легких сплавов, который через муфту сцепления, коробку передач и карданный вал соединен с задним мостом. Мощность двигателя 74 л.с. при 6200 об/мин, максимальная скорость движения 155 км/ч /Г. Берджесон, М. Кальдер, М. Фену и др. Автомобили, Популярная серия, перевод с немецкого С. Борича, Мн.: Интердайджест, 1994, с.134/.

Недостатками известного автомобиля "Альфа-Ромео" являются: низкие динамические качества, большой расход топлива, неспособность работать на других видах топлива.

Указанные недостатки обусловлены потерями в кривошипно-шатунном и газораспределительном механизмах, большим весом и размерами двигателя.

Известен также автомобиль Мазда 110 S Космо, (4х2), содержащий несущий кузов, ходовую часть с подвеской, двойной двигатель Ванкеля, который посредством муфты сцепления, пятиступенчатой коробки передач с синхронизаторами и карданного вала соединен с задними ведущими колесами. Объем двигателя 982 см³, мощность 130 л.с. при 7000 об/мин, максимальная скорость движения 200 км/ч (там же, с.87; о двигателе Ванкеля см. Политехнический словарь, изд.2, гл. ред. акад. А.Ю. Ишлинский, Советская энциклопедия, М., 1980, с.71).

Известный автомобиль Мазда 110 S Космо, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного автомобиля Мазда 110 S Космо, принятого за прототип, высокая стоимость и сложность изготовления двигателя, невозможность работы на тяжелых сортах топлива.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств автомобиля.

Указанная цель, согласно изобретения, обеспечивается тем, что двойной роторно-поршневой двигатель Ванкеля заменен роторно-лопастным двигателем, представляющим собой круглый корпус с рубашкой охлаждения, внутрь которого вставлен цилиндр, внутренняя поверхность которого имеет форму правильного круга, внутрь которого вставлен ротор, отлитый заодно с валом, представляющий собой цилиндрическое тело вращения и имеющий четыре радиальных паза, выполненных под углом 90 градусов один относительно другого, в двух взаимно пересекающихся плоскостях, каждая пара которых расположена соосно друг другу на линии диаметра по разные стороны от оси вращения, причем внутрь каждого из них вставлена пустотелая прямоугольная лопасть, имеющая внутри пружину, кроме того, между каждой парой пазов в теле ротора выполнена Г-образная накопительная камера, оба входа которой открываются в сторону от оси вращения ротора, продольная ось которого параллельна продольной оси цилиндра и смещена относительно продольной оси последнего так, что ротор своей боковой поверхностью контактирует с внутренней нижней поверхностью цилиндра, образуя снизу вверх направо камеру сгорания, в которую вставлена свеча зажигания и форсунка, камеру выпуска отработанных газов, имеющую выпускной канал, камеру впуска горючей смеси или воздуха, имеющую впускной канал и камеру сжатия горючей смеси или воздуха, причем все камеры отделены друг от друга лопастями, а на заднем конце вала роторно-лопастного двигателя установлен маховик, зубчатый венец которого при запуске взаимодействует с шестерней стартера и закреплена ведущая шестерня, входящая в зацепление с шестерней, установленной на нижнем конце вертикального вала прерывателя-распределителя зажигания, причем прерыватель, один контакт которого заземлен, имеет четырехгранный кулачок, а второй его контакт соединен последовательно с источником тока и первичной обмоткой катушки зажигания, второй конец которой заземлен, а параллельно контакта прерывателя подключен конденсатор, при этом четыре неподвижных контакта распределителя зажигания соединены между собой проводником в общую шину и подключены к центральному стержню свечи зажигания, корпус которой заземлен, а подвижный контакт распределителя зажигания соединен с одним из выводов вторичной обмотки катушки зажигания, второй вывод которой заземлен, кроме того, высокого давления, выход которого гидравлически соединен с форсункой, а вход гидравлически через топливный насос связан с баком дизельного топлива, имеет на валу ведомую шестерню, входящую в зацепление с ведущей шестерней, установленной в верхней части вертикального вала прерывателя-распределителя зажигания, кроме того, вал воздухонагнетателя, входной патрубок которого пневматически через воздушный фильтр связан с атмосферой, а выходной патрубок совместно с системой подготовки горючей смеси подключен к входному каналу впускной камеры, механически соединен с ведомым валом двухскоростного редуктора, ведущий вал которого имеет шкив и связан посредством зубчатой муфты с ведомым валом, а промежуточный вал упомянутого редуктора посредством шестерен соединен с обоими валами, причем двухскоростной редуктор, два топливных насоса, масляный и водяной насосы, генератор электрического тока посредством шкивов и ременных передач соединены со шкивом вала роторно-лопастного двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен автомобиль с роторно-лопастным двигателем; на фиг. 2 - схема силовой передачи автомобиля с роторно-лопастным двигателем; на фиг. 3 - общий вид роторно-лопастного двигателя; на фиг. 4 - вид спереди на роторно-лопастной двигатель; на фиг. 5 - вид сзади на роторно-лопастной двигатель; на фиг. 6 - схема роторно-лопастного двигателя; на фиг. 7 - схема размещения форсунки и свечи зажигания на корпусе роторно-лопастного двигателя; на фиг. 8 - схема привода прерывателя-распределителя зажигания и насоса высокого давления; на фиг. 9 - схема двухскоростного редуктора и воздухонагнетателя; на фиг. 10 и 11 - схема принципа действия роторно-лопастного двигателя; на фиг. 12 - диаграмма работы роторно-лопастного двигателя.

Автомобиль с роторно-лопастным двигателем содержит несущий кузов 1, к которому посредством подвески прикреплены передние управляемые колеса 2, 3 и задний мост 4 с ведущими колесами 5, 6. Роторно-лопастной двигатель 7, расположенный в передней части кузова посредством муфты сцепления 8, коробки передач 9 и карданного вала 10 соединен с ведущими колесами заднего моста. Роторно-лопастной двигатель содержит корпус 11 с рубашкой охлаждения 12. Внутрь корпуса запрессован цилиндр 13, внутренняя поверхность которого выполнена в форме правильного круга. Корпус закрыт передней 14 и задней 15 крышками. Внутрь цилиндра вставлен ротор 16, выполненный заодно с валом 17, концы которого пропущены в отверстия крышек, представляющий собой цилиндрическое тело вращения. На теле ротора выполнены четыре радиальных паза 18, 19, 20, 21, расположенных под углом 90 градусов один относительно другого и двух взаимно пересекающихся плоскостях, каждая пара которых расположена соосно друг другу на линии диаметра по разные стороны от оси вращения. Внутрь пазов вставлены пустотелые прямоугольные лопасти 22, 23, 24, 25, имеющие пружины 26. Между каждой парой пазов в теле ротора выполнены Г-образные накопительные камеры 27, 28, 29, 30, оба входа каждой из которых открываются в сторону от оси вращения ротора, продольная ось которого параллельна продольной оси цилиндра и смещена вниз так, что ротор своей боковой поверхностью контактирует с внутренней поверхностью цилиндра, образуя снизу вверх направо камеру сгорания 31, в которую ввернуты свеча зажигания 32 и форсунка 33, камеру выпуска отработанных газов 34, имеющую выпускной канал 35, камеру впуска горючей смеси или воздуха 36, имеющую впускной канал 37 и камеру сжатия горючей смеси или воздуха 38. Все камеры отделены друг от друга лопастями. На заднем конце вала закреплены маховик 39, зубчатый венец которого при запуске взаимодействует с шестерней стартера 40, закрепленного снаружи на корпусе и зубчатая шестерня 41, которая входит в зацепление с шестерней 42, закрепленной на нижнем конце вертикального вала 43 прерывателя-распределителя 44, укрепленного снаружи на корпусе. Прерыватель, один контакт 45 которого заземлен, имеет четырехгранный кулачок 46, а второй его контакт 47 соединен последовательно с источником тока 48 и первичной обмоткой 49 катушки зажигания 50, второй конец которой заземлен, а параллельно контактам прерывателя зажигания подключен конденсатор 51. Четыре подвижных контакта 52, 53, 54, 55 распределителя зажигания закреплены на изоляционном диске 56 и соединены между собой проводником в общую шину и подключены к центральному стержню свечи зажигания, корпус которой заземлен. Подвижный контакт 57 распределителя зажигания соединен с одним из выводов вторичной обмотки катушки зажигания, второй вывод которой заземлен. Заземленный вывод вторичной обмотки 58 через массу соединен с корпусом свечи зажигания. На верхнем конце вертикального вала закреплена шестерня 59, входящая в зацепление с шестерней 60 одноплунжерного насоса высокого давления 61, установленного на корпусе, который посредством трубопроводов соединен с форсункой, топливным насосом 62 и топливным баком 63. Впускной канал корпуса соединен с выпускным каналом воздухонагнетателя 64 и через запорный кран 65 с системой подачи бензина 66, соединенной с топливным баком 67. Система подачи бензина может представлять собой карбюратор или прибор электронного впрыска топлива. Входной патрубок воздухонагнетателя соединен с воздушным фильтром 68. Воздухонагнетатель содержит корпус 69, внутри которого на подшипниках установлены две крыльчатки 70, 71, валы которых соединены между собой посредством шестерен 72, 73, входящих друг с другом в зацепление, а вал одной из них соединен с двухскоростным редуктором. Двухскоростной редуктор содержит корпус 74, закрытый крышкой 75. В подшипниках корпуса закреплены: ведущий вал 76, имеющий шкив 77, неподвижную зубчатую полумуфту 78 и ведущую зубчатую шестерню 79, ведомый вал 80, соединенный с одним из валов воздухонагнетателя и имеющий подвижную зубчатую полумуфту 81, связанную с рычагом 82 и ведомую шестерню 83, промежуточный вал 84, имеющий ведомую 85 и ведущую 86 шестерни, входящие в зацепление с шестернями ведущего и ведомого валов. Бензонасос 87 и топливный насос дизельной системы, масляный насос 88, водяной насос 89, генератор электрического тока 90 и двухскоростной редуктор имеют шкивы 91, которые посредством приводных ремней 92 соединены со шкивом 93 вала роторно-лопастного двигателя. Системы смазки и охлаждения, система опережения зажигания, центробежный регулятор и система опережения подачи топлива в форсунку стандартны и на чертежах не показаны. На фиг. 12 цифрами обозначено: рабочий ход 94, выпуск отработанных газов 95, впуск горючей смеси или воздуха 96, сжатие горючей смеси или воздуха 97, перенос горючей смеси или воздуха из камеры сжатия в Г-образную накопительную камеру 98, перенос горючей смеси или воздуха Г-образной накопительной камерой из камеры сжатия в камеру сгорания 99, выпуск горючей смеси или воздуха из Г-образной накопительной камеры в камеру сгорания 100, зажигание горючей смеси или подача топлива в камеру сгорания 101, окончательное удаление отработанных газов (одновременное открытие впускного и выпускного каналов) 102.

Работа автомобиля с роторно-лопастным двигателем.

После проверки исправности всех систем и запуска роторно-лопастного двигателя 7 автомобиль может начать движение. При этом вращающийся момент от роторно-лопастного двигателя 7 через муфту сцепления 8, коробку передач 9 и карданный вал 10 передается на задние ведущие колеса 5, 6. В этом случае роторно-лопастной двигатель 7 в зависимости от наличия топлива в баках 63, 67 может работать по циклу четырехтактного бензинового двигателя или четырехтактного дизельного двигателя. Для работы по циклу четырехтактного бензинового двигателя необходимо отключить дизельную систему питания, включить зажигание, поставить рычаг 82 двухскоростного редуктора 74 воздухонагнетателя 64 в положение минимальных оборотов (обе полумуфты 78, 81 выведены из зацепления) и включить стартер 40, который через зубчатый венец маховика 39 станет раскручивать вал 17 и запустит роторно-лопастной двигатель 7. Ведущий вал 76 двухскоростного редуктора 74 через шестерни 79, 85, 86, 83 и промежуточный вал 84 станет вращать ведомый вал 80, а вместе с ним и воздухонагнетатель 64 с минимальной скоростью. Воздух из атмосферы через воздушный фильтр 68 станет нагнетаться в камеру впуска 36, а вместе с ним из бака 67 системой подготовки топлива 66 туда же будет подаваться бензин. На диаграмме впуск горючей смеси происходит за время поворота вала 17 от 325 до 35 градусов. После того, как пустотелая прямоугольная лопасть 22 закроет впускной канал 37 в камере сжатия 38 начинается сжатие горючей смеси (фиг.10, 11), которое длится за время поворота вала 17 от 35 до 155 градусов. По мере уменьшения объема камеры сжатия, сжатая горючая смесь поступает в Г-образную накопительную камеру 30 до тех пор, пока последняя не займет положение Г-образной накопительной камеры 29, показанное на фиг. 10. Далее при повороте вала 17 от 155 до 210 градусов происходит перенос горючей смеси в камеру сгорания 31 (фиг.6). Открылся один из каналов Г-образной накопительной камеры 28 (на диаграмме от 210 до 220 градусов), второй в это время еще закрыт и горючая смесь поступает в камеру сгорания 31. Как только какая-нибудь пустотелая прямоугольная лопасть оказывается в положении пустотелой прямоугольной лопасти 24 (фиг. 11) происходит воспламенение горючей смеси и совершается рабочий ход (на фиг.10 видно, что пустотелая прямоугольная лопасть 23 одновременно заканчивает удаление отработанных газов от предыдущего рабочего хода). На диаграмме показано, что воспламенение и горение горючей смеси происходит при повороте вала 17 от 220 до 235 градусов, рабочий ход от 235 до 325 градусов. Выпуск отработанных газов из камеры выпуска отработанных газов 34 через выпускной канал 35 осуществляет та пустотелая прямоугольная лопасть, которая движется под действием давления сгорающих газов. При выпуске отработанных газов возникает момент, соответствующий повороту вала 17 от 305 до 325 градусам, когда выпускной 35 и впускной 37 каналы открыты. Этот момент, например, показан на фиг. 10 между пустотелыми прямоугольными лопастями 23 и 22. При этом происходит окончательное удаление отработанных газов в том числе и из Г-образной накопительной камеры. Выпуск отработанных газов осуществляется при повороте вала 17 от 235 до 325 градусов. После чего следует впуск горючей смеси и все начинается сначала. Так, как каждая из пустотелых прямоугольных лопастей 22, 23, 24, 25 участвуют одновременно в двух тактах: впуск - сжатие, рабочий ход - выпуск, а всего их четыре, то за один оборот вала 17 роторно-лопастного двигателя совершается четыре такта впуска горючей смеси, четыре такта сжатия горючей смеси, четыре такта переноса горючей смеси из камеры сжатия в камеру сгорания, четыре такта рабочего хода и четыре такта выпуска отработанных газов. В двигателе Ванкеля, который установлен на автомобиле Мазда 110 S Космо, принятым за прототип, имеющем трехгранный ротор и три камеры, за один оборот вала двигателя совершается только три такта впуска горючей смеси, три такта сжатия, три такта рабочего хода и три такта выпуска отработанных газов. Для работы роторно-лопастного двигателя по циклу четырехтактного дизеля необходимо посредством крана 65 отключить систему подачи бензина во впускной канал 37. Передвинуть рычаг 82 двухскоростного редуктора 74 вниз по часовой стрелке. При этом посредством двух полумуфт 78, 81 ведущий вал 76 и ведомый вал 80 соединятся в одно целое, а шестерня 83 выйдет из зацепления с шестерней 86. Шестерни 79, 85, 86 и промежуточный вал 84 станут вращаться вхолостую. Скорость вращения воздухонагнетателя 64 увеличится и количество воздуха, подаваемого во впускную камеру 36, также увеличится. Чистый воздух через фильтр 68 в большем количестве станет поступать через впускной канал 37 во впускную камеру 36 и, как только впускной канал 37 закроется пустотелой прямоугольной лопастью 22 (фиг.10) он станет сжиматься указанной пустотелой прямоугольной лопастью в камере сжатия 38. В это же время позади пустотелой прямоугольной лопасти 22 происходит продувка впускной полости от остатков отработанных газов и наполнение ее воздухом. Так как количество воздуха, поступившего внутрь, увеличилось, то и увеличилась степень сжатия и температура его нагрева. Сжатый чистый воздух переходит из камеры сжатия 38 в Г-образную накопительную камеру 30. Затем, как было описано выше, сжатый воздух переносится в камеру сгорания 31 посредством Г-образной накопительной камеры 30. Как только сжатый воздух через один из открывшихся каналов Г-образной накопительной камеры поступит в камеру сгорания, туда насосом высокого давления 61 через форсунку 33 впрыскивается топливо. От высокой температуры топливо воспламеняется и раскаленные газы давят на соответствующую пустотелую прямоугольную лопасть, совершая рабочий ход и заставляя вал 17 поворачиваться на соответствующий угол. После совершения рабочего хода любая пустотелая прямоугольная лопасть проходит через выпускной канал 35, освобождая путь для выхода отработанных газов. И так повторяется снова. При работе в зимнее время с целью улучшения запуска можно дополнительно включать зажигание для улучшения воспламенения топлива. В прерывателе-распределителе зажигания 44 предусмотрена стандартная система опережения зажигания, не показанная на чертеже. При работе в режиме четырехтактного дизельного двигателя предусмотрена стандартная система опережения подачи топлива в зависимости от частоты вращения вала 17, не показанная на чертеже. Все вспомогательные механизмы: генератор электрического тока 90, топливные насосы 62, 87, масляный 88 и водяной 89 насосы, редуктор 74 воздухонагнетателя 64 приводятся в движение посредством ременных передач 92 от шкива 93 вала 17. Система смазки может быть смешанного типа, не показана на чертежах. Частота вращения вала 17 зависит от количества подаваемого топлива и может изменяться в больших пределах. Для остановки роторно-лопастного двигателя достаточно выключить зажигание, а во втором случае прекратить подачу топлива и перекрыть доступ воздуха во впускную камеру.

В зимнее время, когда дизельное топливо увеличивает свою вязкость и загустевает можно ездить на бензине. Управление автомобилем с роторно-лопастным двигателем ничем не отличается от управления автомобилем с обычным двигателем.

Положительный эффект: получение более высокой мощности от такого же по объему двигателя, дополнительный запас мощности, который может быть использован при переходе на работу по циклу четырехтактного дизельного двигателя, особенно при движении по особо тяжелым участкам дороги, удешевление стоимости автомобиля за счет упрощения конструкции двигателя, возможность работать на легких и тяжелых сортах топлива, более высокая надежность автомобиля, особенно в зимнее время.