Роторный двигатель

 

Изобретение относится к двигателестроению. Цель повышение надежности в работе. Роторный двигатель содержит корпус 1, с цилиндрической полостью, разделенной промежуточной стенкой на две равные части, в которых эксцентрично установлены роторы 2, 3. В промежуточной стенке имеется подшипниковая насадка 14. В боковых крышках корпуса установлены жестко пальцы 11, взаимодействующие с пазами 13 в боковых скользящих крышках 4 роторов 2 и 3, с выходными валами 5 и 6, с противовесами 7 и 8. Пальцы 11 и пазы 13 образуют сцепление "палец-паз". Подшипниковая насадка 14 соединяет два ротора и создает возможность выполнять вращательно-поступательное движение. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может найти широкое применение в технике на военном и гражданском транспорте.

Известен роторный двигатель Ванкеля с трехгранным ротором с шестерней, с эксцентриковым валом, расположенным в эпитрохоидной рабочей полости, закрытой боковой крышкой с неподвижной шестерней. Трехгранный ротор снабжен пластинами, ленточными пружинами, находится в плотном истирающем контакте со стенками в эпитрохоидной рабочей полости [1] Известен роторный двигатель, содержащий корпус с цилиндрической полостью, разделенной промежуточной стенкой на две идентичные цилиндрические полости, закрытые с двух сторон боковыми крышками, в каждую цилиндрическую полость установлен ротор со своим выходным валом и с двусторонними качающимися лопатками, разделяющими каждую полость на рабочие камеры с переменным объемом с камерами сгорания, корпус снабжен воздушным нагнетателем, форсунками, впускными и выпускными каналами [2] В числе недостатков данных двигателей можно отметить, что они имеют сухое, высокотемпературное трение уплотнителей ротора, которое отбирает мощность, снижает КПД, создает повышенный износ поверхностных стенок полости и уплотнительных пластин ротора, а также недостаточную надежность в работе.

Цель изобретения повышение надежности в работе.

Поставленная цель достигается тем, что в роторном двигателе, содержащем корпус с цилиндрической полостью, разделенной промежуточной стенкой на две идентичные цилиндрические полости, закрытые с двух сторон боковыми крышками, в каждую полость установлен ротор со своим выходным валом и с двусторонними качающимися лопатками, разделяющими каждую полость на рабочие камеры с переменным объемом с камерами сгорания, корпус снабжен воздушным нагнетателем, форсунками, впускными и выпускными каналами, в соответствии с изобретением корпус снабжен подшипниковой насадкой с эксцентрично расположенными отверстиями для установки роторных валов, установленной в промежуточную стенку, последняя выполнена с впускными каналами, в корпусе выполнены дополнительные камеры сгорания шарообразной формы с постоянным объемом, каждая снабжена основной форсункой и дополнительной, а также каналами, сообщающимися с каждой основной камерой сгорания с переменным объемом, корпус и каждый ротор снабжены сегментами, связанными друг с другом соединительными стальными пластинами пружинами, в результате чего созданы шарнирные соединения, кроме того, между сегментами выполнены глухие пазы, снабженные подшипниками для установки каждой качающейся лопатки, двусторонние лопатки расположены в двусторонних глухих пазах между сегментами с возможностью двустороннего движения в глухих пазах и двустороннего качания в шарнирах, кроме того, снабжены двусторонними ограничителями движения в виде выступов, каждый ротор снабжен противовесами с выходными валами, пропущенными в боковые крышки корпуса и установленными на подшипники, кроме того, жестко посажен и закреплен на боковые скользящие крышки ротора, выполненные с большим диаметром по сравнению с ротором, каждая из них имеет вал и выполненный на ней прямолинейный паз под пальцы, последние жестко посажены и закреплены на боковых крышках корпуса.

На фиг. 1 изображен роторный двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 то же, поперечный разрез; на фиг. 3 промежуточная опора корпуса; на фиг. 4 боковая крышка корпуса с неподвижным пальцем и боковая скользящая крышка с валом и пазом.

Роторный двигатель включает неподвижный корпус 1 с цилиндрической полостью, разделенной промежуточной стенкой на два равных рабочих объема, закрытых с двух сторон боковыми крышками, в каждом рабочем объеме установлен эксцентрично ротор.

Роторная группа состоит из двух идентичных роторов 2, 3, каждый из которых жестко установлен на боковые скользящие крышки 4 и закреплен. Последние своим валом установлены на подшипники. Два идентичных выходных вала 5, 6 выполнены с противовесами 7, 8, которые имеют сквозное эксцентрично смещенное цилиндрическое окно. В эти окна пропущены валы 9, 10 и установлены на подшипники. Пальцы 11, 12 стальные, неподвижные, жестко посажены и укреплены одним концом в боковую крышку корпуса, а противоположным концом пропущены в пазы 13. Подшипниковая насадка 14 установлена на подшипники в промежуточную стенку корпуса (фиг. 1 и 3), имеет два эксцентрично смещенных цилиндрических окна, в которые пропущены валы 9, 10 и установлены на подшипники.

Боковые скользящие крышки 4 ротора имеют больший диаметр по сравнению с ротором, способные открывать и закрывать выпускные 15 и впускные 16 каналы.

Выпускные каналы 15 созданы для выпуска отработавших газов, а впускные каналы 16 для впуска воздуха в рабочие объемы. В пазы 13 пропущены пальцы 11, 12, создано сцепление корпуса с роторами (палец-паз).

Форсунки 17 в дополнительных камерах сгорания сокращают момент (время) впрыскивания увеличенной дозы топлива, кроме того, создана возможность применять одновременно разное топливо при сгоpании, например дизельное и водородное, и т. д.

Воздушный нагнетатель 18 (фиг. 3) подает воздух под давлением, который поступает по впускным каналам 16 в рабочие объемы. Полости ротора 19 частично заполнены жидким металлическим натрием для лучшего отвода тепла. Сегменты 20 имеют полости 21, частично заполненные жидким металлическим натрием для лучшего отвода тепла. Двусторонние качающиеся лопатки имеют с двух концов двусторонние ограничители ("плечики"), которые исключают полный выход лопатки 22 из пазов. Соединительная стальная пластина-пружина 23 соединяет сегменты, подпружинивает их, создает глухой шарнирный паз для каждой лопатки 22. Подшипниковые "карандаши" 24 созданы для установки двусторонних качающихся лопаток 22. Дополнительная камера сгорания 25 сообщается с основной камерой сгорания.

Рабочий объем 26, конец сжатия воздуха.

Рабочий объем 27, сжатие воздуха.

Рабочий объем 28, продувка.

Рабочий объем 29, начало продувки.

Уплотнительные кольца, уплотнительные планки, водяная рубашка на чертежах не показаны.

Две цилиндрических полости корпуса разделены двусторонними качающимися лопатками 22 и ротором 2 на четыре рабочих камеры с переменным объемом. Последние снабжены выпускными каналами 15, впускными каналами 16, форсунками 17, дополнительными камерами сгорания 25 шарообразной формы, сообщающимися с основной камерой сгорания, сегментами 20, соединительными стальными пластинами пружинами 23, "карандашными подшипниками" 24. Боковые крышки корпуса имеют пальцы 11, 12, которые одним концом установлены и укреплены в крышках корпуса, другим концом пропущены в паз 9 "скользящей" крышки ротора. Создано сцепление двух роторов с неподвижным корпусом. Сцепление "палец-паз" исключает вращение роторов вокруг своей оси, создает возможность роторной группе выполнять вращательное-поступательное вращение. Корпус двигателя 1 отлит из магниевого сплава, выполнен особенно прочным и жестким, что достигается значительной толщиной стенок корпуса, наличием большего количества ребер на поверхности корпуса.

Два идентичных ротора 2, 3 установлены в цилиндрическую полость корпуса эксцентрично, вращательно-поступательным вращением не соприкасаются поверхностными стенками. Имеются воздушные зазоры, которые полностью исключают трение ротора о диаметральные стенки внутренней цилиндрической рабочей полости. Каждый ротор снабжен сегментами 20, соединительными пластинами-пружинами 23, которые соединяют сегменты, подпружинивают их, создают глухой шарнирный паз для двусторонней качающейся лопатки 22. Последние установлены в двусторонние глухие шарнирные пазы на "подшипниковые карандаши" 24. Каждый ротор жестко посажен и закреплен на боковые "скользящие" крышки 4, которые выполнены из специальной стали путем штамповки нагретых заготовок за одно целое с коротким валом, установленный одним концом в противовесы 7, 8 ротора, а другим пропущенным в подшипниковую насадку 14 и установленным на подшипники. Боковые скользящие крышки 4 (роторы) способны открывать и закрывать выпускные 15 и впускные 16 каналы, и создают возможность синхронизации фаз работы впускных и выпускных органов с фазами изменения объема рабочих камер, обеспечивающими надежную работоспособность двигателя.

Противовесы 7, 8 (ротора) с выходными валами 5, 6 установлены в крышках корпуса на подшипники. Противовесы 7, 8 со сквозными цилиндрическими окнами эксцентрично смещены. В эти окна пропущены валы 10 роторов одним концом, другим концом валы 9, 10 роторов пропущены в подшипниковую насадку 14 и установлены на подшипники. Выходные валы 5, 6 с противовесами 7, 8 (ротора) тщательно сбалансированы с роторами 2, 4, при этом центробежные силы роторов и противовесов 7, 8 взаимно уравновешены. Противовесы 7, 8 (ротора) выходными валами 5, 6 и подшипниковая насадка 14 создают для каждого ротора возможность выполнять одновременно два вращения, вращательно-поступательное и вокруг своей оси, последнее (вокруг своей оси) остановлено устройством "палец-паз", так как боковые скользящие крышки 4 роторов находятся в постоянном зацеплении пазом 13 с неподвижным пальцем 11 корпуса. Последний взаимодействием с пазом 13 исключает способность выполнять вращение вокруг своей оси, при этом каждый ротор охраняет свое вращательно-поступательное вращение. Это вращение принимают подшипниковая насадка 14 и противовесы 7, 8 (ротора) и преобразуют его во вращательное, которое передается выходными валами 5, 6. Противовесы 7, 8 с выходными валами 5, 6 выполнены точным литьем из специального высокопрочного чугуна.

Подшипниковая насадка 5 (фиг. 1 и 3) представляет собой толстостенный диск, установленный на подшипники в промежуточную крышку-стенку, изготовлена точным литьем из чугуна.

Двусторонние качающиеся лопатки 22 (фиг. 2) имеют с двух концов двусторонние "плечики", ограничители. Последние исключают полный выход лопатки из двусторонних глухих шарнирных пазов в сегментах 20, которые снабжены "карандашными" подшипниками 24. Двусторонние качающиеся лопатки 22 изготавливают из жаростойкой стали путем штамповки.

С целью изменения цикла работы с двухтактного на четырехтактный цикл или для дополнительного газообмена в рабочих камерах с переменным объемом в цилиндрический корпус могут быть установлены дополнительные продувочные (впускные, выпускные) клапаны (не показаны).

Роторы взаимосвязаны следующим образом.

Роторы валами взаимосвязаны с неподвижным корпусом через подшипниковую насадку 14 и противовесы 7, 8 ротора с выходными валами 5, 6 (фиг. 1, 2 и 4). Эта взаимосвязь создает возможность каждому ротору выполнять два вращения, первое вращательно-поступательное, второе вокруг своей оси, последнее вращение роторы не способны выполнять, оно остановлено, так как каждый ротор своим пазом 13 сцепления с неподвижным пальцем 11 корпуса. Взаимосвязь роторов через пазы 9 с неподвижными пальцами 11, 12 исключает возможность роторов выполнять вращение вокруг своей оси. Валы роторов 9, 10 сохраняют степень свободы. Выходные валы 5, 6 способны вращаться на подшипниках. Эти две степени свободы создают возможность каждому ротору выполнять вращательно-поступательное вращение. С этим вращением подшипниковая насадка 14 и противовесы 7, 8 создают радиус вращения каждому ротору в цилиндрической рабочей полости. Роторы своим движением с боковыми скользящими крышками 4 с двусторонними качающимися лопатками 22 открывают и закрывают впускные и выпускные каналы, создавая возможность синхронизации фаз работы впускных и выпускных органов с фазами изменения объема рабочих камер. Достигается надежная работоспособность.

Рабочий цикл двухтактного роторного двигателя.

Работа двухтактного роторного двигателя обеспечена с воспламенением от сжатия с принудительной продувкой рабочих объемов с помощью воздушного нагнетателя 18 (фиг. 1 и 3).

Рабочий цикл совершается в одном рабочем объеме 26 (фиг. 2) за один оборот выходного вала.

При движении ротора к нижней точке происходят рабочий ход, выпуск и начало продувки, при движении ротора к верхней точке конец продувки и сжатие воздуха.

Когда ротор двигается к верхней точке, выпускной 15 и впускной 16 каналы закрыты боковыми скользящими крышками 4 ротора. Происходит сжатие воздуха (фиг. 1).

При положении ротора в верхней точке в камере сгорания 25 (фиг. 2) находится сильно сжатый (до давления около 50 кГ/см²) и нагретый до высокой температуры 600-700^оС воздух. В него через форсунки 17 впрыскивается под большим давлением мелкораспыленное топливо, которое воспламеняется от нагретого воздуха, быстро сгорает. Давление газов значительно возрастает, ротор принимает это давление и перемещается к нижней точке, выполняя рабочий ход. При движении ротора к нижней точке ротор боковыми скользящими крышками 4 (фиг. 1) открывает выпускные каналы 15, значительная часть отработавших газов под действием избыточного давления выходит из рабочего объема.

При дальнейшем движении ротора вниз он открывает боковыми скользящими крышками 4 впускные каналы 16, через которые подается чистый воздух в рабочие объемы от воздушного нагнетателя 18 (фиг. 3). Он вытесняет через выпускной канал 15 остатки отработавших газов, продувает рабочий объем и заполняет его.

При движении ротора к верхней точке выпускной 15 и впускной 16 каналы закрываются боковыми скользящими крышками 4 ротора, и поступивший в рабочий объем воздух начинает сжиматься (фиг. 1). Далее цикл работы непрерывно повторяется в той же последовательности. Аналогичный цикл работы выполняют восемь рабочих объемов, каждый из которых заключен поверхностными стенками цилиндрической полости, двусторонними качающимися лопатками 22 и ротором.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с цилиндрической полостью, разделенной промежуточной стенкой на две идентичные полости, закрытые с двух сторон боковыми крышками, в каждую полость установлен ротор со своим выходным валом и двусторонними качающимися лопатками, последние разделяют каждую цилиндрическую полость на рабочие камеры с переменным объемом с камерами сгорания, корпус снабжен воздушным нагнетателем, форсунками, впускными и выпускными каналами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, корпус снабжен подшипниковой насадкой с эксцентрично расположенными отверстиями для установки роторных валов, установленной в промежуточную стенку, последняя выполнена с впускными каналами, в корпусе выполнены дополнительные камеры сгорания шарообразной формы с постоянным объемом, каждая снабжена основной форсункой и дополнительной, а также каналами, сообщающимися с каждой основной камерой сгорания с переменным объемом, корпус и каждый ротор снабжены сегментами, связанными друг с другом соединительнымии стальными пластинами-пружинами, в результате чего созданы шарнирные сочленения, между сегментами выполнены глухие пазы, снабженные подшипниками для установки каждой качающейся лопатки, двусторонние лопатки расположены в двусторонних глухих пазах между сегментами с возможностью двустороннего движения в глухих пазах и двустороннего качания в шарнирах, снабжены двусторонними ограничителями движения в виде выступов, каждый ротор снабжен противовесами с выходными валами, пропущенными в боковые крышки корпуса и установленными на подшипники, жестко насажен и закреплен на боковые скользящие крышки ротора, выполненные с большим диаметром по сравнению с ротором, каждая из них имеет вал и выполненный на ней прямолинейный паз под пальцы, последние жестко насажены и закреплены на боковых крышках корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4