Роторный двигатель соколова а.ю.
Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоит из двух цилиндрических статоров. Один статор для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны. В статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих ротора с окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом до 540 град. оборота каждого ротора. В статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с поршнями-выступами с круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения, с приводом от рабочего вала через редуктор-преобразователь. Двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель. В статоре в каждой зоне рабочего хода расположены камеры сгорания с соплами расширения газов. На внутренней поверхности статора зоны рабочего хода после сопла размещено русло факела расширения газов протяженностью до окна выхлопного коллектора, диаметром больше чем рабочая поверхность ротора на величину зазора, обеспечивающего воздействие окружного усилия расширения газов на поршни-выступы роторов, и которое выполнено с уменьшением зазора в сторону выхлопного коллектора. Изобретение направлено на повышение эффективности работы двигателя. 14 з.п.ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям роторным внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве привода в различных машинах, энергетических установках, автомобилях, легких летательных аппаратах, судостроении и других отраслях, связанных с использованием силовых установок.
Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя: значительное улучшение экологии выхлопа отработанных газов, снижение расхода горючего, освоение принципиально новой технологии работы двигателя и нового способа смазки двигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что роторный двигатель состоит из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны. Статор зон рабочего хода конструктивно разделен (в приведенном примере) на три поперечные секции, технологически образующие между собой две рабочие зоны, статор компрессорной зоны разделен на две поперечные секции, технологически образующие между собой компрессорную зону. Внутренняя рабочая поверхность статоров компрессорной зоны и рабочего хода правильная окружность. В статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих ротора с правильной окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода (при полном отсутствии каких-либо подвижных радиальных элементов, кинематических устройств, планетарных механизмов, перепускных клапанов и др. в зоне рабочего хода) работать ротору как полноценному поршню, с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода до 540 град. оборота каждого ротора. В статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с тремя поршнями-выступами с правильной круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения. Двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять эффективную смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель.
Описание изобретения.
Известны роторные двигатели внутреннего сгорания по проведенным ранее рассмотрениям по существу двигателей по следующим патентам:
- РФ №2203430 от 27.04.2003 г.
- РФ №2209323 от 27.07.2003 г.
- РФ №2310082 от 10.11.2007 г.
- RU №2074967 С1, 10.03.1997 г.
- RU №2301349 С2, 20.06.2007 г.
- RU №2272165 С1, 20.03.2006 г.
- US №1332397 А, 02.03.1920 г.
- US №3290879 А, 13.12.1966 г.
- US №3650105 А, 21.03.1972 г.
Наиболее близким к предлагаемому является турбороторный двигатель внутреннего сгорания по заявке РФ №2009106378 от 24.02.2009 г., состоящий из цилиндрического статора, разделенного на три поперечные рабочие зоны, и концентрически расположенных в рабочих зонах на одном валу трех роторов, два из которых расположены в зонах рабочего хода и выхлопа отработанных газов, а один - в зоне компрессионного всаса и сжатия воздуха, роторы зон рабочего хода имеют границы рабочей поверхности правильной окружности, с желобом по рабочей поверхности, с бортами по краям жолоба, с турболопатками между бортами с шагом 11,25 град., с поршнем-выступом окружностью, совпадающей с диаметром статора протяженностью 90 град., наличия в статоре каждой зоны рабочего хода по камере сгорания - прототип.
Основным недостатком данного двигателя является занижение возможности роста окружного усилия, действующего на радиальные рабочие поверхности турболопаток турбороторов зоны рабочего хода в связи с ограниченностью роста рабочего объема и рабочей площади в пределах суммарной площади и объема турболопаток, находящихся в проеме окна камеры сгорания - 3 шт. и находящихся в зоне действия обратных турболопаток - 4 шт., что сильно снижает возможный рост окружного усилия в период понижающегося рабочего давления по ходу рабочего хода и как следствие занижение возможности роста крутящего момента рабочего вала двигателя.
Технический результат, на достижение которого направленно данное изобретение, заключается в устранении вышеотмеченных недостатков двигателя прототипа, а также:
- в повышении эффективности работы двигателя;
- в увеличении протекания во времени рабочего хода двигателя, с целью более эффективного использования энергии сгорания горючей смеси, более полного ее сгорания, достижения более чистого выхлопа отработанных газов.
- в значительном снижении расхода горючего.
Намеченный технический результат достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоит из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны, в статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих ротора с окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом до 540 град. оборота каждого ротора, в статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с поршнями-выступами с круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения, с приводом от рабочего вала через редуктор-преобразователь, двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микро-каналов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-маслянной эмульсии через двигатель, в статоре в каждой зоне рабочего хода расположены камеры сгорания с соплами расширения газов, с электромагнитными клапанами, перекрывающими сопла, со средствами подачи горючего, подачи сжатого воздуха для продувки камеры сгорания и для заполнения камеры сгорания сжатым воздухом с тем, чтобы обеспечить возможность воспламенения горючей смеси, и со средством зажигания, при этом на внутренней поверхности статора зоны рабочего хода после сопла размещено русло факела расширения газов протяженностью до окна выхлопного коллектора, диаметром больше чем рабочая поверхность ротора на величину зазора, обеспечивающего воздействие окружного усилия расширения газов на поршни-выступы роторов, и которое выполнено с уменьшением зазора в сторону окна выхлопного коллектора.
Роторы зон рабочего хода границей рабочей поверхности имеют окружность, имеют прямоугольный желоб по вершине окружности рабочей поверхности ротора с боковыми вертикальными бортами по верхней окружности рабочей поверхности, с заполнением между бортами поперечными поршнями-выступами по всей окружности ротора, с шагом 11,25 град., с образующей каждой вершины поршня-выступа по рабочей поверхности ротора, с радиальной рабочей поверхностью каждого поршня-выступа и с выпукло закругленной поверхностью от вершины одного к основанию другого по ходу вращения.
На участке от окна выхлопа отработанных газов до русла факела расширяющихся газов обеспечивается размещение трех полных поршней-выступов ротора зоны рабочего хода. Камера сгорания имеет канал предварительного заполнения рабочего объема очередного поршня-выступа рабочим давлением камеры сгорания до вхождения его в зону действия факела расширяющихся газов.
Двигатель имеет средство подачи однократного объема воздуха из ресивера для продувки пространства между поршнями-выступами, расположенное в полушаге поршня выступа от края окна выхлопа отработанных газов, по ходу вращения ротора и выключающееся при остановке двигателя.
Внутренняя часть двух поперечных секций статора компрессорной зоны состоит из трех пустотных секторов круговой рабочей поверхности по 90 град. и трех заполненных секторов по 30 град., расположенных между собой через 120 град., мест прохода и опирания оси вращения ротора компрессорной зоны, боковых рабочих поверхностей секций статора с кольцевыми полукруглого сечения каналами и кольцевыми прямоугольного сечения каналами для разделения процессов, окон всаса воздуха и окон нагнетания сжатого воздуха по одному с каждой стороны каждого пустотного 90 град. сектора статора.
Ротор компрессорной зоны состоит из трех поршней-выступов, занимающих каждый по 30 град. круговой рабочей поверхности, расположенных между собой через 120 град. с собственной осью вращения, имеющей три места опирания, с местом шлицевой посадки спаренной ведомой шестерни редуктора-преобразователя, с наличием на боковых рабочих поверхностях кольцевых прямоугольного сечения выступов для обеспечения разделения рабочих процессов.
Двигатель имеет редуктор-преобразователь, преобразующий вращательное движение рабочего вала во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом 60 град. через систему спаренных шестерен - первая из спаренных шестерен ведущая на рабочем валу двигателя, имеющая на первом спаренном месте полную шестерню с зубьями по всей окружности, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями через 120 град., вторая из спаренных шестерен - промежуточная, на промежуточном валу, имеющая полную шестерню на первом спаренном месте с зубьями по всей окружности, с шагом полной ведущей шестерни, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями так же через 120 град., третья спаренная шестерня, ведомая, на оси ротора компрессорной зоны, имеющая гладкую катушку на первом спаренном месте, а на втором спаренном месте шестерню с двумя зубьями, отстоящими друг от друга на 60 град., с дополнительным сдвигом каждого на удаление в разные стороны на угол 3-4 град.
Рабочий вал двигателя имеет центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, соединяющийся с радиальными каналами ступиц всех роторов. Для осуществления смазки двигателя все роторы в ступицах имеют радиальные каналы, сквозные поперечные каналы, с выходом на боковые рабочие поверхности, с конусными микроканалами на концах в сторону периферии окружности, соединенные между собой, и через которые проходит под давлением воздушно-масляная эмульсия в кольцевые полукруглого сечения каналы на каждой боковой рабочей поверхности секций статоров. На боковых рабочих поверхностях секций статоров выполнены кольцевые полукруглого сечения каналы для прохода воздушно-масляной эмульсии и кольцевые прямоугольного сечения каналы для размещения в них кольцевых прямоугольного сечения выступов боковых рабочих поверхностей роторов. На боковых рабочих поверхностях роторов выполнены кольцевые прямоугольного сечения выступы, входящие в кольцевые прямоугольного сечения каналы на боковых рабочих поверхностях секций статоров.
На боковых рабочих поверхностях поршней-выступов нанесены радиальные П-образные микроканалы, с выходом на рабочую поверхность вершин, через которые масло поступает на рабочие поверхности. Двигатель имеет ресивер достаточного объема, способного обеспечить:
- предварительную продувку камеры сгорания;
- заполнение камеры сгорания сжатым воздухом;
- однократную продувку рабочего объема поршней-выступов.
В составе системы смазки двигателя имеется барбатер приготовления воздушно-масляной эмульсии, маслосборник возвращающегося из двигателя масла, в комплект которых входят: мелкоячеистые медные сетки для вспенивания воздушно-масляной эмульсии и воздушно-масляный компрессор.
Сущность изобретения поясняется чертежами с указанием основных частей, из которых состоит роторный двигатель внутреннего сгорания.
Фиг.1 - продольный разрез двигателя:
1 - статор зоны рабочего хода (левая секция), 2 - то же (средняя секция), 3 - то же (правая секция), 4 - статор компрессорной зоны (левая секция), 5 - то же (правая секция), 6 - рабочий вал двигателя зоны рабочего хода, 7 - ротор левой зоны рабочего хода, 8 - ротор правой зоны рабочего хода, 9 - боковой борт желоба ротора, 10 - поршень-выступ ротора зоны рабочего хода, 11 - русло факела расширения газов, 12 - камера сгорания горючей смеси в статоре зоны рабочего хода, 13 - кольцевой полукруглого сечения канал избыточного давления на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода для создания условий «плавающего эффекта» при работе ротора зоны рабочего хода, 14 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности секций статора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора зоны рабочего хода, 16 - зона размещения редуктора преобразователя вращения рабочего вала во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом в 60 град., 17 - поршень-выступ ротора компрессорной зоны, 18 - центральный канал, в полости рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 19 - радиальный канал ступицы ротора зоны рабочего хода, 20 - радиальный канал ступицы ротора компрессорной зоны, 21 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора компрессорной зоны, для создания условий «плавающего эффекта» ротора компрессорной зоны, 22 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора компрессорной зоны, 23 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности статора компрессорной зоны, 24 - сквозные поперечные каналы в роторах для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 25 - радиальные каналы в секциях статоров для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 26 - продольный канал через секции статора зоны рабочего хода для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 27 - трубка высокого давления для отвода воздушно-масляной эмульсии к маслосборнику, 28 - вал вращения ротора компрессорной зоны, 29 - спаренная ведущая шестерня редуктора преобразователя вращения рабочего вала двигателя во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом в 60 град., 30 - спаренная ведомая шестерня редуктора преобразователя на оси вращения ротора компрессорной зоны.
Фиг.2 - поперечный разрез зоны рабочего хода:
1 - статор зоны рабочего хода, 6 - рабочий вал двигателя зоны рабочего хода, 7 - ротор левый зоны рабочего хода, 9 - боковой борт желоба ротора зоны рабочего хода, 10 - поршень-выступ ротора зоны рабочего хода с шагом 11,25 град., 11 - русло факела расширения газов из камеры сгорания, 12 - камера сгорания горючей смеси в статоре зоны рабочего хода, 13 - кольцевой полукруглого сечения канал избыточного давления на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода для создания условий «плавающего эффекта» работы ротора, 14 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора зоны рабочего хода, 18 - центральный канал, в полости рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 19 - радиальный канал в ступице ротора зоны рабочего хода, 24 - сквозные поперечные каналы в роторах для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 25 - радиальные каналы в секциях статоров для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 26 - продольный канал через секции статора зоны рабочего хода для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 27 - трубка высокого давления для сбора воздушно-масляной эмульсии, возвращаемой к маслосборнику, 31 - окно выхлопа отработанных газов, 32 - средство однократной продувки рабочего пространства поршней-выступов, 33 - электромагнитный клапан камеры сгорания, 34 - средство подачи сжатого воздуха в камеру сгорания, 35 - средство зажигания горючей смеси, 36 - средство подачи горючего в камеру сгорания, 37 - сопло истечения расширяющихся газов, 64 - канал предварительного заполнения рабочего объема очередного поршня-выступа рабочим давлением камеры сгорания до вхождения его в зону действия волнового факела, во избежание обратного воздействия вращению ротора, угол «А» - шаг поршней-выступов роторов рабочей зоны равный 11,25 град., угол «В» - угол фазы рабочего хода, каждого ротора зоны рабочего хода, равный 540 град. поворота ротора.
Фиг.3 - продольный вид ротора зоны рабочего хода:
9 - боковой борт желоба ротора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора.
Фиг.4 - поперечный разрез ротора зоны рабочего хода:
6 - рабочий вал двигателя зоны рабочего хода, 7 - ротор зоны рабочего хода, 9 - боковой борт желоба ротора, 10 - поршень-выступ ротора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора, 18-центральный канал, в полости рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 19 - радиальный канал в ступице ротора, 24 - сквозные поперечные каналы в роторах для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 38 - микроканалы на боковых рабочих поверхностях поршней-выступов с выходом на рабочую поверхность роторов.
Фиг.5 - вид с боку ротора зоны рабочего хода.
38 - микроканалы на боковых рабочих поверхностях поршней-выступов с выходом на рабочую поверхность роторов.
Фиг.6 - разрез ротора в зоне выхода микроканала на рабочую поверхность. 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора, 38 - выход микроканала на рабочую поверхность ротора.
Фиг.7 - разрез ротора в зоне сквозного поперечного канала. 9 - боковой борт желоба ротора, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора, 24 - сквозной поперечный канал в роторе.
Фиг.8 - продольный вид редуктора-преобразователя: 29 - первая спаренная ведущая шестерня на рабочем валу двигателя, 30 - третья спаренная ведомая шестерня на оси ротора компрессорной зоны, 39 - продольный вид редуктора-преобразователя, 40 - вторая спаренная, промежуточная, шестерня на промежуточном валу.
Фиг.9 - боковой вид редуктора-преобразователя со стороны шестерен первого спаренного места:
41 - полная шестерня первого спаренного места, ведущей спаренной шестерни, 43 - полная шестерня первого спаренного места, промежуточной шестерни, 45 - гладкая катушка первого спаренного места, ведомой шестерни.
Фиг.10 - боковой вид редуктора-преобразователя со стороны шестерен второго спаренного места:
42 - шестерня второго спаренного места, ведущей шестерни, с тремя зубьями, расположенными через 120 град., 44 - шестерня второго спаренного места, промежуточной шестерни, с тремя зубьями, расположенными через 120 град., 46 - шестерня второго спаренного места, ведомой шестерни, с двумя зубьями, расположенными через 60 град., с дополнительным сдвигом каждого на удаление в разные стороны на необходимый угол «d» с уточнением его размера в период доводки двигателя, 62 - зубья шестерен второго спаренного места.
Фиг.11 - поперечный разрез компрессорной зоны: 4 - статор компрессорной зоны (правая секция), 17 - поршень-выступ ротора компрессорной зоны, 20 - радиальный канал ступицы ротора компрессорной зоны, 21 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора компрессорной зоны для создания условий «плавающего эффекта» ротора компрессорной зоны, 22 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора компрессорной зоны, 23 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности статора компрессорной зоны, 24 - сквозной поперечный канал в роторах для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 25 - радиальные каналы в секциях статоров для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 28 - вал вращения ротора компрессорной зоны, 47 - радиальные микроканалы на боковой плоскости поршня-выступа ротора компрессорной зоны с выходом на рабочую поверхность вершины, 48 - окно всаса воздуха, 49 - окно выхода сжатого воздуха из компрессора, 63 - рабочая камера статора компрессорной зоны.
Фиг.12 - разрез компрессорной зоны по каналам смазки: 20 - радиальный канал ступицы ротора компрессорной зоны, 24 - сквозной поперечный канал в роторах для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 47 - радиальные микроканалы на боковой плоскости поршня-выступа ротора компрессорной зоны с выходом на рабочую поверхность вершины.
Фиг.13 - схема эмульсионной воздушно-масляной смазки двигателя:
27 - трубка высокого давления для отвода воздушно-масляной эмульсии к маслосборнику, 50 - барбатер приготовления воздушно-масляной эмульсии, 51 - датчик минимального уровня масла, 52 - мембраны из мелкоячеистой медной сетки, 53 - датчик максимально допустимого уровня масла, 54 - мерная трубка уровня масла со щупом, герметично на резьбе ввернутым в мерную трубку, 55 - воздушно-масляный компрессор, 56 - трубка высокого давления подачи воздушно-масляной эмульсии от барбатера к двигателю, 57 - трубки высокого давления подачи воздушно-масляной эмульсии на барбатер от маслосборника, 58 - маслосборник возвратившейся после двигателя воздушно-масляной эмульсии, 59 - три медных мелкоячеистых сетки для очистки воздуха и масла, 60 - воздушно-масляный фильтр, 61 - ресивер сжатого воздуха.
Принцип работы предлагаемого роторного двигателя внутреннего сгорания. Поступающее горючее в камеру сгорания 12 через средство подачи 36, пары которого, испаряющиеся от нагретых поверхностей камеры сгорания 12, перемешиваются с поступающим из ресивера 61, через средство подачи 34, сжатым воздухом. Возможен вариант подачи в камеру сгорания готовой топливной смеси. Образовавшаяся топливная смесь воспламеняется от средства зажигания 35. После воспламенения с некоторой задержкой срабатывает электромагнитный клапан 34 и в открывшееся сопло 37 устремляется под высоким давлением факел расширяющихся газов сгораемого топлива по факельному руслу 11.
В статоре, в зонах рабочего хода, каждый ротор 7 и 8, под воздействием окружного усилия температурного расширения газов, на поршни-выступы 10 роторов, истекающих из сопла 37 камеры сгорания 12, в виде факела, протекающего по факельному руслу 11, совершает вращательное движение по ходу стрелки или «рабочий ход».
Продолжительность рабочего хода, при оптимальном соотношении размеров диаметра ротора, поршней-выступов, зазора факельного русла между рабочей поверхностью статора и роторов возможна на протяжении 540 град. поворота рабочего вала до снижения рабочего давления в факельном русле до уровня 4,5 атм, как в поршневых двигателях при нахождении поршня в «нижней мертвой точке». При использовании электронного программного обеспечения, определяющего технологию работы двигателя, возможно введение двух режимов работы, в том числе форсированного с рабочим ходом продолжительностью к примеру 360 град..
Во избежание обратного противодействия вращению ротора зоны рабочего хода в момент открытия рабочего пространства каждого объема поршней-выступов при вхождении в зону факельного русла предусмотрено предварительное заполнение рабочим давлением пространства объема поршней-выступов из камеры сгорания через вспомогательный канал 64. В период доводки опытных образцов двигателя необходимо будет провести подбор наиболее эффективной формы и размеров факельного русла волнового расширения газов.
Конструктивные особенности предлагаемого двигателя и новая технология его работы позволяют:
- увеличение плеча приложения окружного усилия;
- увеличения самого окружного усилия благодаря полученной возможности суммирования площади восприятия окружного усилия рабочими радиальными поверхностями поршней-выступов по мере течения рабочего хода, что в поршневых совершенно не возможно. Так же, получается более экологический выхлоп отработанных газов в результате увеличения времени сгорания топлива, при сопоставимых оборотах сравниваемых двигателей, за счет увеличения времени протекания рабочего хода.
Надежность компрессионного разделения зоны рабочего хода и зоны выхлопа по окружности обеспечивается постоянным наличием трех движущихся поршней-выступов 10 между окном выхлопа 31 и началом факельного русла истечения газов 11, а по боковым рабочим поверхностям роторов 7 и 8 - системой эмульсионно-воздушной масляной смазки под давлением, с эффектом «плавающих» роторов.
Работа роторов рабочих зон двигателя обеспечивается подачей сжатого воздуха поршнями-выступами 17 ротора компрессорной зоны, приводимого в действие от рабочего вала 6 через редуктор-преобразователь 16. Поршни-выступы 17 ротора компрессорной зоны, осуществляя вращательное движение с шагом в 60 град., обеспечивают всас воздуха через окно 48 в рабочие камеры 63 статора компрессорной зоны при каждом направлении кругового движения трех поршней-выступов 17 за собой, по ходу поршня-выступа 17 и сжатие воздуха в рабочих камерах 63 перед собой, по ходу поршня-выступа 17, с последующим нагнетанием сжатого воздуха до необходимой степени сжатия в ресивер 61. При завершении нагнетательного хода минимальное количество оставшегося сжатого воздуха в рабочей камере 63 статора компрессорной зоны отклоняет поршень-выступ 17 в обратном, попутном последующему направлению его рабочего хода вращения и осуществляя при этом плавное поочередное взаимодействие зубьев 62 ведомой шестерни редуктора-преобразователя, находящейся на валу поршней-выступов 17 ротора компрессорной зоны, с зубьями 62 ведущей и промежуточной шестерен редуктора-преобразователя.
При этом необходимо отметить, что предлагаемый роторный компрессор за счет его особой конструкции и конструкции редуктора преобразователя производит 18 рабочих нагнетательных ходов за один оборот рабочего вала двигателя, что позволяет при его небольших размерах иметь производительность и степень сжатия воздуха, достаточную обеспечить сжатым воздухом не только:
- работу двигателя на любых оборотах;
- продувку камеры сгорания и объемы поршней-выступов, но и за счет высокой его производительности создавать в ресивере избыточный объем сжатого воздуха для нужд стартовых и для работы на холостом ходу двигателя с использованием горючего в какой-то период времени через раз или два исходя из возможности резерва сжатого воздуха, что особо ценно в условиях городских пробок и в закрытых тоннелях.
На систему смазки предлагаемого двигателя, кроме обеспечения эффективной смазки взаимодействующих между собой подвижных деталей и поверхностей, возложена и задача повышения компрессии разделения соседних зон и работает она следующим образом. Воздух системы смазки из маслосборника 58 нагнетается воздушно-масляным компрессором 55 по трубке высокого давления 57 в барбатер 50, для приготовления воздушно-масляной эмульсии, где воздух, проходя сквозь масло, через мембраны 52 из мелкоячеистой медной сетки (две из которых центрального хода, а две периферийного хода), вспенивая масло до состояния эмульсии, вместе с ней проходя через трубку высокого давления 56, поступает в центральный канал 18, рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии, через радиальные каналы ступиц роторов 19 и поршней-выступов ротора компрессорной зоны 20, через сквозные поперечные каналы роторов 24 поступает в кольцевые каналы 13 боковых рабочих поверхностей секций статора зон рабочего хода и в кольцевые каналы 21 боковых рабочих поверхностей секций статора компрессорной зоны, в которых при вращении роторов за счет центробежной силы и некоторого взаимного наложения конусных микроканалов на концах сквозных поперечных каналов 24 и микроканалов 38 и 47 на боковых рабочих поверхностях роторов, масло проникает на вершины поршнейвыступов 10 роторов7 и 8 зон рабочего хода и на вершины поршней-выступов 17 ротора компрессорной зоны, при этом за счет прямой близости кольцевых полукруглого сечения каналов 13 и 21 с кольцевыми прямоугольного сечения каналами 14 и 23 масло проникает в лабиринт соединения кольцевых прямоугольного сечения каналов 14 и 23 с прямоугольными выступами 22 и обеспечивает их смазку. В случае избыточного поступления масляной эмульсии, за счет постоянной циркуляции воздуха под давлением, излишнее масло удаляется из кольцевых каналов 13 и 21 через продольные каналы 26, в секциях статора, и через радиальные каналы 25, через трубку высокого давления 27 поступает в маслосборник 58, где масло, отстаиваясь воздушно-масляным компрессором 55, перекачивается снова в барбатер 50 для последующего использования.
Заявленное решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно характеризуется новой технологией работы двигателя:
- при которой процесс температурного расширения газов истечения из сопла камеры сгорания происходит в свободном расширении по руслу, связанному с атмосферой, с необычно высокой скоростью для двигателей внутреннего сгорания;
- процесс всаса и сжатия воздуха организован через компрессор новой конструкции посредством редуктора-преобразователя;
- увеличением течения рабочего хода до 540 град. означает увеличение времени сгорания горючей смеси и увеличение использования до оптимальной возможности сил ее горения, а в результате значительное снижение удельного расхода горючего и экологическая чистота выхлопа отработанных газов.
Исходя из конструкции предлагаемого роторного двигателя, новой технологии его работы и предлагаемой системы смазки механические условия работы роторов становятся практически идеальными в сравнении с известными за счет полного отсутствия прямого воздействия между собой рабочих поверхностей роторов и рабочей поверхностью статоров, при этом эти условия становятся еще лучше за счет их смазки воздушно-масляной эмульсией под давлением, создающей эффект «плавающих» роторов.
1. Роторный двигатель внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоящий из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны, в статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих ротора с окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом до 540° оборота каждого ротора, в статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с поршнями-выступами с круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения, с приводом от рабочего вала через редуктор-преобразователь, двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель, в статоре в каждой зоне рабочего хода расположены камеры сгорания с соплами расширения газов, с электромагнитными клапанами, перекрывающими сопла, со средствами подачи горючего, подачи сжатого воздуха для продувки камеры сгорания и для заполнения камеры сгорания сжатым воздухом с тем, чтобы обеспечить возможность воспламенения горючей смеси, и со средством зажигания, при этом на внутренней поверхности статора зоны рабочего хода после сопла размещено русло факела расширения газов протяженностью до окна выхлопного коллектора, диаметром больше, чем рабочая поверхность ротора, на величину зазора, обеспечивающего воздействие окружного усилия расширения газов на поршни-выступы роторов, и которое выполнено с уменьшением зазора в сторону выхлопного коллектора.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторы зон рабочего хода границей рабочей поверхности имеют окружность, имеют прямоугольный жолоб по вершине окружности рабочей поверхности ротора с боковыми вертикальными бортами по верхней окружности рабочей поверхности, с заполнением между бортами поперечными поршнями-выступами по всей окружности ротора, с шагом 11,25°, с образующей каждой вершины поршня-выступа по рабочей поверхности ротора, с радиальной рабочей поверхностью каждого поршня-выступа и с выпукло-закругленной поверхностью от вершины одного к основанию другого по ходу вращения.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на участке от окна выхлопа отработанных газов до русла факела расширяющихся газов обеспечивается размещение трех полных поршней-выступов ротора зоны рабочего хода.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания имеет канал предварительного заполнения рабочего объема очередного поршня-выступа рабочим давлением камеры сгорания до вхождения его в зону действия факела расширяющихся газов.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет средство подачи однократного объема воздуха из ресивера для продувки пространства между поршнями-выступами, расположенное в полушаге поршня выступа от края окна выхлопа отработанных газов по ходу вращения ротора и выключающееся при остановке двигателя.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть двух поперечных секций статора компрессорной зоны состоит из трех пустотных секторов круговой рабочей поверхности по 90° и трех заполненных секторов по 30°, расположенных между собой через 120°, мест прохода и опирания оси вращения ротора компрессорной зоны, боковых рабочих поверхностей секций статора с кольцевыми полукруглого сечения каналами и кольцевыми прямоугольного сечения каналами для разделения процессов, окон всаса воздуха и окон нагнетания сжатого воздуха по одному с каждой стороны каждого пустотного 90° сектора статора.
7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор компрессорной зоны состоит из трех поршней-выступов, занимающих каждый по 30° круговой рабочей поверхности, расположенных между собой через 120° с собственной осью вращения, имеющей три места опирания, с местом шлицевой посадки спаренной ведомой шестерни редуктора-преобразователя, с наличием на боковых рабочих поверхностях кольцевых прямоугольного сечения выступов для обеспечения разделения рабочих процессов.
8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что редуктор-преобразователь преобразует вращательное движение рабочего вала во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом 60° через систему спаренных шестерен, первая из спаренных шестерен ведущая на рабочем валу двигателя, имеющая на первом спаренном месте полную шестерню с зубьями по всей окружности, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями через 120°, вторая из спаренных шестерен промежуточная на промежуточном валу, имеющая полную шестерню на первом спаренном месте с зубьями по всей окружности с шагом полной ведущей шестерни, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями также через 120°, третья спаренная шестерня ведомая на оси ротора компрессорной зоны, имеющая гладкую катушку на первом спаренном месте, а на втором спаренном месте шестерню с двумя зубьями.
9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочий вал двигателя имеет центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, соединяющийся с радиальными каналами ступиц всех роторов.
10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторы в ступицах имеют радиальные каналы, сквозные поперечные каналы, с выходом на боковые рабочие поверхности, с конусными микроканалами на концах в сторону периферии окружности, соединенные между собой, и через которые проходит под давлением воздушно-масляная эмульсия в кольцевые полукруглого сечения каналы на каждой боковой рабочей поверхности секций статоров.
11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях секций статоров выполнены кольцевые полукруглого сечения каналы для прохода воздушно-масляной эмульсии и кольцевые прямоугольного сечения каналы для размещения в них кольцевых прямоугольного сечения выступов боковых рабочих поверхностей роторов.
12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях роторов выполнены кольцевые прямоугольного сечения выступы, входящие в кольцевые прямоугольного сечения каналы на боковых рабочих поверхностях секций статоров.
13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях поршней-выступов нанесены радиальные П-образные микроканалы с выходом на рабочую поверхность вершин, через которые масло поступает на рабочие поверхности.
14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет ресивер достаточного объема, способного обеспечить:
- предварительную продувку камеры сгорания;
- заполнение камеры сгорания сжатым воздухом;
- однократную продувку рабочего объема поршней-выступов.
15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в составе системы смазки двигателя имеется барбатер приготовления воздушно-масляной эмульсии, маслосборник возвращающегося из двигателя масла, в комплект которых входят: мелкоячеистые медные сетки для вспенивания воздушно-масляной эмульсии и воздушно-масляный компрессор.
