Роторно-лопастной двигатель

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности упрощения конструкции и повышения эксплуатационных характеристик двигателя. Согласно изобретению двигатель включает в себя круглый корпус, внутри которого на валу размещен ротор с пустотелыми подпружиненными лопастями, контактирующими с внутренней поверхностью круглого цилиндра корпуса. При этом ось вращения вала с ротором смещена относительно продольной оси круглого корпуса. В качестве рабочего тела используются продукты сгорания, образующиеся при соприкосновении в объеме камеры сгорания керосина и тетраоксида азота, выступающего в качестве окислителя. Причем для подачи каждого из указанных компонентов в камеру сгорания используется отдельная топливная аппаратура, каждая из которых состоит из насоса высокого давления, соединенного посредством трубопровода с соответствующей форсункой. При этом обе форсунки установлены под углом друг к другу. 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве двигателя внутреннего сгорания.

Известен роторно-поршневой четырехтактный бензиновый двигатель Ванкеля, содержащий корпус, закрытый передней и задней крышками, с рубашкой охлаждения и цилиндром, внутренняя поверхность которого выполнена по эпитрохоиде у внутрь которого вставлен трехгранный ротор, имеющий шестерню с внутренними зубьями, кинематически соединенный с эксцентриком вала, неподвижное зубчатое колесо, входящее в зацепление с зубчатой шестерней ротора, в отверстие которого пропущен вал двигателя, свечу зажигания, впускной и выпускной каналы, выполненные в корпусе, системы питания, охлаждения, зажигания, смазки и запуска. Отношение неподвижного зубчатого колеса к зубчатой шестерне ротора 2:3. /Политехнический словарь, гл. ред. акад. А.Ю.Ишлинский, М., Советская энциклопедия, 1960, с.71/.

Недостатками роторно-поршневого двигателя Ванкеля являются сложность конструкции, большие нагрузки на зубчатую передачу, невозможность обеспечения хорошего уплотнения ротора, высокая точность и сложность изготовления цилиндра, вибрация от эксцентрика вала.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией роторно-поршневого двигателя Ванкеля.

Известен также роторно-лопастной двигатель, содержащий круглый корпус со станиной и рубашкой охлаждения, имеющий впускной и выпускной патрубки, внутренняя поверхность которого выполнена в форме правильного круга, закрытый передней и задней крышками, ротор с пустотелыми лопастями, нагруженными пружинами и выполненный заодно с валом и вставленный внутрь круглого корпуса, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого корпуса и его боковая поверхность контактирует о нижней внутренней поверхностью круглого корпуса, насос высокого давления, закрепленный на круглом корпусе, кинематически связанный с валом двигателя, а гидравлически соединенный о форсункой, установленной в канале, соединенном с камерой сгорания, двухскоростной воздухонагнетатель, свечу зажигания, прерыватель-распределитель, катушку зажигания, системы питания, зажигания, охлаждения, смазки и запуска. /Патент РФ №2224121, кл. F02В 55/00, опубл. 20.02.2004, Бюл. №5/.

Известный роторно-лопастной двигатель по патенту РФ №2224121, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного роторно-лопастного двигателя по патенту РФ №2224121, принятого за прототип, является сложность изготовления ротора, а также самого двигателя, при работе в режиме бензинового двигателя не используется оборудование для работы в режиме дизельного двигателя и, наоборот, расход энергии на сжатие воздуха и его переноса из камеры сжатия в камеру сгорания.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией роторно-лопастного двигателя.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационных характеристик роторно-лопастного двигателя.

Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что круглый корпус с впускным и выпускным патрубками в верхней части, ротор, система зажигания, топливная система бензинового двигателя, воздушный нагнетатель с двухступенчатым редуктором заменены круглым корпусом с впускным и выпускным патрубками, расположенными в нижней части, причем первый из них имеет впускной клапан с пружиной и соединен с воздушным фильтром, а второй соединен с выпускным коллектором, ротором, выполненным в форме цилиндрического тела вместе с валом, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, имеющим сквозной паз, проходящий по линии диаметра, внутрь которого вставлены две пустотелые лопасти, нагруженные пружиной и установленные своими открытыми концами к центру вращения, дополнительным насосом высокого давления, установленным на круглом корпусе, кинематически связанного с валом двигателя, выпускной штуцер которого соединен с дополнительной форсункой, размещенной в нижней части круглого корпуса, причем обе форсунки установлены под углом друг к другу, кроме того рабочим телом роторно-лопастного двигателя является двухкомпонентное топливо, состоящее из керосина и тетраоксида азота, изолированное по всему тракту друг от друга.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид роторно-лопастного двигателя, на фигуре 2 - вид на роторно-лопастной двигатель слева, на фигуре 3 - принципиальная схема роторно-лопастного двигателя, на фигурах 4, 5 - схема принципа действия роторно-лопастного двигателя, на фигуре 6 - кинематическая схема роторно-лопастного двигателя, на фигуре 7 - диаграмма работы роторно-лопастного двигателя, на фигуре 8 - схема соединения нескольких роторно-лопастных двигателей в один блок.

Роторно-лопастной двигатель 1 содержит круглый корпус 2 с рубашкой охлаждения 5, внутренняя полость которого выполнена в форме правильного круга. Корпус имеет в нижней части выпускной канал 4 и впускной канал 5, имеющий впускной клапан 6, нагруженный пружиной. На свободный конец впускного канала надет воздушный фильтр 7. Круглый корпус закрыт передней 8 и задней 9 крышками. Внутрь круглого корпуса вставлен ротор 10, представляющий собой цилиндрическое тело вращения, выполненное заодно с валом 11, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек. Цилиндрическое тело ротора имеет сквозной паз, перпендикулярный валу, ось которого проходит через диаметр цилиндрического тела, в который вставлены две пустотелые допасти 12, 15, закрытые с одной стороны и повернутые открытыми сторонами к центру вала, внутрь которых вставлена пружина 14. Условно пустотелые лопасти делят внутреннее пространство круглого корпуса на две части, не имеющие четких границ. Первая - камера сгорания 15, вторая - камера выпуска отработанных газов 16. В левой нижней части круглого корпуса имеются два сквозных канала, в которые вставлены две форсунки 17, 18, расположенные под углом друг к другу. В верхней части круглого корпуса закреплен топливный насос высокого давления 19, кинематически связанный с валом двигателя, штуцер которого посредством трубопровода 20 соединен с одной из форсунок. Там же закреплен дополнительный насос высокого давления 21 для подачи окислителя, кинематически связанный с валом двигателя, штуцер которого посредством трубопровода 22 соединен с соответствующей форсункой. Сбоку к круглому корпусу прикреплен генератор постоянного тока 25, он же стартер при запуске, питаемый от аккумуляторных батарей, который посредством шестерни 24 соединен с зубчатым венцом маховика 25, закрепленного на валу двигателя, на котором закреплены ведущие шестерни 26, 27, входящие 6 зацепление соответственно с шестернями 28, 29 и 30, 31 и приводящими в движение насосы высокого давления, топливный насос 32, насос окислителя 33, водяной насос 34 и масляный насос 35. Рабочим телом роторно-лопастного двигателя является двухкомпонентное топливо. В качестве топлива использован керосин, а в качестве окислителя взят тетраоксид азота, которые при соприкосновении друг с другом воспламеняются и потому должны быть изолированы друг от друга. На диаграмме на фигуре 7 цифрами обозначено: 36 - впуск воздуха, 37 - впуск топлива и окислителя, 38 - рабочий ход, 39 - выпуск отработанных газов, 40 - холостой ход лопасти.

Работа роторно-лопастного двигателя.

После проверки исправности всех оно тем роторно-лопастного двигателя 1 на клеммы генератора-стартера 25 подается напряжение от аккумуляторных батарей. Генератор-стартер 25 приходит в движение и начинает вращать вал 11 и вместе с ним маховик 25. Роторно-лопастной двигатель запускается и работает следующим образом, а генератор-стартер 25 переходит в режим работы генератора. В исходном положении (фиг.4) ротор 10 поворачивается в направлении, показанном стрелкой. Полая лопасть 13 постепенно выходит из ротора 10 и через воздушный фильтр 7 и впускной клапан 6 засасывает воздух из атмосферы в камеру сгорания 15. Засасывание воздуха в камеру сгорания необходимо для того, чтобы предотвратить создание вакуума в камере сгорания, который создавал бы излишнее сопротивление вращению ротора. При этом давление воздуха в камере сгорания равно атмосферному (на диаграмме обозначено цифрой 36). Как только пустотелая лопасть 15 занимает положение, показанное на фигуре 5, в камору сгорания 15 насосами высокого давления 19, 21 через трубопроводы 20, 22 и форсунки 17, 18 одновременно подается керосин и тетраоксид азота (на диаграмме обозначено цифрой 37). При соприкосновении обоих компонентов друг с другом смесь самовоспламеняется и образующиеся раскаленные газы, расширяясь, производят давление на пустотелую лопасть 15, заставляя ее перемещаться и вращать ротор 10 и вал 11 роторно-лопастного двигателя (рабочий ход на диаграмме обозначен цифрой 38). При этом одновременно та же пустотелая лопасть удаляет из выпускной камеры 16 отработанные газы от предыдущего рабочего хода через выпускной патрубок 4 (на диаграмме обозначено цифрой 39). После того, как любая из пустотелых лопастей удалит отработанные газы, она убирается внутрь ротора, сжимая пружину 14, совершая холостой ход (на диаграмме обозначено цифрой 40). Пройдя участок холостого хода, любая из полых лопастей 12, 13 начинает выходить из ротора и вновь засасывает воздух из атмосферы через воздушный фильтр 7 и впускной клапан 6, который в момент рабочего хода закрывается, после чего все повторяется сначала. Таким образом при работе роторно-лопастного двигателя происходит последовательно впуск атмосферного воздуха, одновременный впрыск в камеру сгорания топлива и окислителя, воспламенение и рабочий ход, удаление отработанных газов. Частота вращения вала 11 роторно-лопастного двигателя регулируется путем уменьшения или увеличения подачи топлива и окислителя в камеру сгорания. Для остановки роторно-лопастного двигателя необходимо прекратить подачу топлива и окислителя. Для повышения мощности несколько роторно-лопастных двигателей могут быть соединены в один блок (фиг.8).

Предлагаемый роторно-лопастной двигатель может быть использован на передвижных электростанциях, морских и речных судах и на железнодорожных локомотивах.

Положительный эффект: быстрый запуск в любое время года, более высокий КПД и более высокая мощность.

Роторно-лопастной двигатель, содержащий круглый корпус со станиной и рубашкой охлаждения, имеющий впускной и выпускной патрубки, внутренняя поверхность которого выполнена в форме правильного круга, закрытый передней и задней крышками, ротор с пустотелыми лопастями, нагруженными пружинами, и выполненный заодно с валом и вставленный внутрь круглого корпуса, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого корпуса, и его боковая поверхность контактирует с нижней внутренней поверхностью круглого цилиндра, насос высокого давления, закрепленный на круглом корпусе, кинематически связанный с валом двигателя, а гидравлически соединенный с форсункой, системы питания, охлаждения, смазки и запуска, отличающийся тем, что выпускной и впускной патрубки размещены в нижней части круглого корпуса, причем первый из них соединен с выпускным коллектором, а второй имеет впускной клапан с пружиной и соединен с воздушным фильтром, кроме того, ротор выполнен в форме цилиндрического тела вместе с валом, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, имеет сквозной паз, проходящий по линии диаметра, внутрь которого вставлены две пустотелые лопасти, нагруженные пружиной и установленные своими открытыми концами к центру вращения, кроме того, дополнительный насос высокого давления установлен на круглом корпусе, кинематически связан с валом двигателя, выпускной штуцер которого соединен с дополнительной форсункой, размещенной в нижней части круглого корпуса, причем обе форсунки установлены под углом друг к другу, кроме того, рабочим телом роторно-лопастного двигателя является двухкомпонентное топливо, состоящее из керосина и тетраоксида азота в качестве окислителя, причем обе компоненты изолированы по всему тракту друг от друга.