Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит статор 1 с трехвершинной рабочей полостью. В рабочей полости соосно размещен эксцентриковый вал 2. Двигатель содержит силовой механизм с синхронизирующей зубчатой передачей и эллипсным ротором-поршнем 3. Ротор-поршень 3 размещен шарнирно на эксцентриковом валу 2 и контактирует с уплотнительными элементами 8 по эллипсной поверхности с образованием трех переменных и герметичных объемов, соединенных с системой газообмена. В статоре 1 дополнительно установлена, по крайней мере, еще одна рабочая полость, отделенная от другой диском 24 с отверстием для прохождения вала и системой каналов, сообщающихся с системой газообмена. Каждый уплотнительный элемент 8 снабжен герметичной системой каналов, заполненных натрием. Часть поверхности уплотнительного элемента 8, расположенная в рабочей полости, облицована жаропрочным материалом. Изобретение направлено на увеличение мощности и ресурса работы двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с планетарным движением ротора-поршня.
В качестве аналога заявляемой конструкции двигателя можно использовать конструкцию двигателя Ванкеля (Н.С. Ханин, С.Б. Чистозвонов. Автомобильные роторно-поршневые двигатели. М., Машгиз, 1964, стр.12, 72.).
Двигатель Ванкеля содержит статор, рабочая полость которого очерчена двумя сопряженными эпитрохоидами, и трехгранный ротор-поршень с выпуклыми гранями, очерченными дугами окружностей. При работе двигателя ротор-поршень, вращаясь вокруг собственной оси, одновременно обкатывается вокруг неподвижно закрепленного на статоре зубчатого колеса, сцепляясь с ним внутризубчатым венцом. Передаточное отношение зубчатого зацепления выбрано с таким расчетом, что за один оборот вокруг своей оси ротор-поршень совершает три обкатывания вокруг неподвижного зубчатого колеса. Со стороны, противоположной зубчатому венцу, ротор-поршень свободно насажен на эксцентрик вала, ось которого совпадает с осью зубчатого венца. Угловая скорость вращения вала равна скорости обкатывания ротора-поршня, поэтому за один оборот ротора-поршня вокруг своей оси вал совершает в том же направлении три оборота. При вращении ротора-поршня вершины его углов, снабженные пластинчатыми уплотнительными элементами, непрерывно соприкасаются со стенками статора и таким образом создают три переменных и герметичных объема; в которых последовательно протекают процессы полного четырехтактного цикла: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. В статоре имеются два окна: впускное и выпускное и одна свеча зажигания, которая последовательно осуществляет воспламенение топливной смеси во всех переменных и герметичных объемах (камерах) двигателя.
Описанная выше конструкция двигателя Ванкеля имеет следующие недостатки:
1. Уплотнительные элементы расположены на заостренных вершинах ротора-поршня и скользят по эпитрохоидным поверхностям статора, испытывая большие инерционные нагрузки При этом изнашивается сложно запрофилированная рабочая поверхность статора и интенсивно изнашиваются сами уплотнительные элементы.
2. Высокая температурная напряженность уплотнительных элементов, находящихся под интенсивным температурным воздействием от сгорающей топливной смеси из-за недостаточного охлаждения заостренных вершин ротора-поршня. Указанная температурная напряженность приводит к повышенному износу рабочих поверхностей уплотнительных элементов.
3. Перетекание топливной смеси из одного переменного и герметичного объема (камеры) в другой при прохождении кромки ротора-поршня над углублением в рабочей полости для свечи зажигания. Это обстоятельство приводит в основном к повышенному расходу топлива и снижению мощности двигателя.
4. При положении ротора-поршня, соответствующем положению такта выпуска и началу такта впуска в одном из переменных и герметичных объемов впускное и выпускное окна довольно продолжительное время сообщаются между собой. При этом несгоревшая топливная смесь попадает в выпускную трубу или к этой смеси добавляется большое количество выхлопных газов, что в значительной мере снижает мощность двигателя, увеличивает расход топлива, ухудшает пусковые качества двигателя, ухудшает его экологические параметры.
5. Синхронизация движения ротора-поршня в статоре осуществляется посредством зубчатых колес, составляющих совместно с эксцентриком вала планетарную зубчатую передачу разомкнутого типа, где эксцентрик вала является водилом, внутризубчатый венец ротора-поршня является сателлитом и закрепленное на статоре цилиндрическое зубчатое колесо-опорным солнечным колесом. При таком конструктивном исполнении механизма синхронизации зубчатые колеса определяют взаимное расположение ротора-поршня и статора относительно друг друга. Угловое расположение вала, на эксцентрике которого шарнирно насажен ротор-поршень, в значительной мере зависит от зазоров в сопряжении вал-ротор и в зубчатом зацеплении синхронизирующих колес.Увеличение этих зазоров, например, от износа или от неточности изготовления приводит к большой неравномерности вращения вала двигателя и увеличению ударных нагрузок в моменты начала и конца такта рабочего хода на зубцы синхронизирующих колес и на сопряжение вал-ротор, то есть способствуют прогрессирующему износу наиболее нагруженных частей двигателя.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемому изобретению принята конструкция двигателя Веселовского В.Б. (патент RU 2078221 C1, F02B 53/00, 27.04.1997 «Русский ротор Веселовского»). Обоснованием выбора именно этой конструкции является наличие в ней наиболее удачного эллипсного профиля ротора-поршня в сочетании с рабочей полостью, выполненной в форме равностороннего треугольника со скругленными углами и наличием удачной схемы синхронизирующего зубчатого механизма кинематической связи ротора-поршня с валом.
Конструкция двигателя этого аналога содержит статор с трехэлементной рабочей полостью, выполненной в виде равностороннего треугольника со скругленными углами, соосный со статором эксцентриковый вал, шарнирно установленный на эксцентрик вала эллипсный ротор-поршень, образующий со статором три переменных и герметичных объема, разделенные подпружиненными пластинчатыми уплотнительными элементами. Имеются впускной и выпускной коллекторы в боковых стенках статора, соединенные с коллекторами впускные и выпускные окна и каналы в роторе-поршне. Конструкция двигателя также содержит синхронизирующий зубчатый механизм кинематической связи ротора-поршня с валом, выполненный в виде замкнутой планетарной зубчатой передачи с передаточным отношением I=-2, где эксцентрик вала является водилом, внутризубчатый венец, выполненный на роторе-поршне, является сателлитом, и установленное шарнирно с возможностью вращения вокруг с общей с валом оси зубчатое колесо - солнечным колесом, которое объединено в блок с коническим зубчатым колесом, соединенным через промежуточное коническое зубчатое колесо шарнирно установленное в статоре с коническим зубчатым колесом, закрепленным на валу. Таким образом ротор-поршень соединен с валом не только посредством эксцентрика, но и через дополнительную кинематическую связь, выполненную в виде системы находящихся в зацеплении между собой, а также с ротором-поршнем и валом зубчатых колес. Такое конструктивное выполнение механизма синхронизации полностью определяет постоянное взаимное угловое расположение статора, ротора-поршня и вала.
Известная конструкция имеет следующие недостатки.
1. В конструкции используется только один ротор-поршень, создающий недостаточную мощность двигателя и недостаточный темп набора мощности (динамику двигателя).
2. Работа двигателя сопровождается достаточно редкой импульсной нагрузкой рабочего хода на узлы и детали двигателя. Это обстоятельство приводит к повышенной вибрации элементов конструкции двигателя и самого двигателя, повышенному износу узлов и двигателя в целом, а также требует массивный маховик, что утяжеляет конструкцию двигателя.
3. Конструкция двигателя имеет относительно меньшую равномерность крутящего момента и повышенную амплитуду пульсации давления рабочей смеси во впускном канале.
4. Конструкция двигателя имеет недостаточную надежность работы.
5. Использование уплотнительных элементов, имеющих высокую теплонапряженность в рабочей части каждого уплотнительного элемента, непосредственно соприкасающегося с высокотемпературными газами сгорающей топливной смеси. Эта теплонапряженность возникает в связи с недостаточно эффективной передачей тепла из рабочей части каждого уплотнительного элемента в тело статора и приводит к повышенному износу уплотнительных элементов, повышенному расходу топлива, понижению мощности двигателя, ухудшению экологических параметров двигателя и в целом ухудшает эксплуатационные характеристики двигателя.
6. Недостаточная защита поверхности рабочей части уплотнительных элементов от импульсных нагрузок, производимых высокотемпературными и высокоскоростными газами сгорающей топливной смеси.
Задачей, на решение которой направлено большинство разработок рассматриваемой области техники является повышение мощности двигателя при одновременном уменьшении массогабаритных параметров, увеличении ресурса работы двигателя, уменьшении расхода топлива, улучшении экологических параметров, уменьшении затрат при изготовлении и эксплуатации двигателя.
Техническим результатом, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения является:
1. Повышение мощности двигателя;
2. Улучшение его динамической характеристики.
Дополнительным техническим результатом и обеспечением универсальности конструкции двигателя может быть:
1. Повышение надежности работы двигателя за счет увеличения числа роторов-поршней и увеличение ресурса работы двигателя за счет усовершенствования конструкции уплотнительных элементов.
2. Возможность использования предложенной конструкции двигателя в структуре гибридной силовой установки различных транспортных средств;
3. Возможность создания дизельного варианта двигателя;
4. Возможность использования в предлагаемой конструкции двигателя газового топлива, например, природного газа или водорода;
5. Возможность использования данной конструкции двигателя в структуре силовой установки транспортного средства на базе солнечных батарей. Это позволит этому виду транспорта успешно передвигаться в ночное время, в различного рода затененных местах, таких, например, как туннель;
6. Возможность использования данной конструкции двигателя в комбинациях с перечисленными выше вариантами 2…5.
7. Возможность использования данной роторно-поршневой конструкции как: а) гидромашины и гидронасоса; б) пневмомашины и пневмонасоса.
Сущностью предлагаемого изобретения является следующее. В роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем статор с трехвершинной рабочей полостью, в которой соосно размещен эксцентриковый вал, силовой механизм с синхронизирующей зубчатой передачей, эллипсным ротором-поршнем размещенным шарнирно на эксцентриковом валу и контактирующим с уплотнительными элементами по эллипсной поверхности с образованием трех переменных и герметичных объемов, соединенных с системой газообмена, в статоре дополнительно установлена, по крайней мере, еще одна рабочая полость, отделенная от другой диском с отверстием для прохождения вала и системой каналов, сообщающихся с системой газообмена.
Каждый уплотнительный элемент двигателя может быть снабжен герметичной системой каналов, заполненных натрием, а часть поверхности уплотнительного элемента, расположенная в рабочей полости, может быть облицована жаропрочным материалом.
Следует отметить, что использование не менее двух роторов-поршней обеспечивает увеличение мощности двигателя и улучшение его динамических качеств за счет использования большего количества топлива, превращаемого в двигателе в тепловую энергию и механическую работу. В этом случае срабатывает принцип перехода количества роторов-поршней в качество - увеличение мощности двигателя, улучшение динамических качеств двигателя и повышение надежности его работы. Использование в двигателе усовершенствованной конструкции уплотнительных элементов, конструктивно предусматривающих герметичную систему каналов, заполненную натрием и облицовки рабочей части уплотнительных элементов слоем жаропрочного материала приводит к увеличению ресурса работы двигателя и поддержанию его мощности на заданном уровне.
На фигуре 1 представлена конструкция роторно-поршневого двигателя в поперечном разрезе.
Перечень фигур
1 - статор; 2 - вал; 3 - ротор-поршень; 4 - переменный и герметичный объем; 5 - переменный и герметичный объем; 6 - переменный и герметичный объем; 7 - свеча зажигания; 8 -уплотнительный элемент; 11 - зубчатый блок; 18 - впускной канал; 19 - выпускной канал; 21 - направление вращения ротора-поршня; 22 - направление вращения вала; 23 - место расположения второго ротора-поршня.
На фигуре 2 представлена конструкция двигателя с двумя роторами-поршнями в продольном разрезе.
Перечень фигур
1 - статор; 2 - вал; 3 - ротор-поршень; 7 - свеча зажигания; 8 - уплотнительный элемент; 9 - пружина; 10 - внутризубчатый венец; 11 - зубчатый блок; 12 - промежуточное зубчатое колесо; 13 - коническое зубчатое колесо; 14 - впускной коллектор; 15 - выпускной коллектор; 16 - боковая стенка статора; 17 - боковая стенка статора; 20 - окно в боковой стенке; 24 - диск.
На фигуре 3 представлена схема размещения герметичной системы каналов в уплотнительном элементе. В данной схеме не показан облицовочный слой из жаропрочного материала.
Перечень фигур
25 - герметичная система каналов, размещенная в теле уплотнительного элемента и заполненная натрием;
a, b - направления возвратно-поступательного движения уплотнительного элемента;
l - ширина слоя жаропрочного материала (величина перемещения уплотнительного элемента в процессе работы двигателя);
w - ширина уплотнительного элемента;
t - толщина слоя жаропрочного материала.
На фигуре 4 представлена конструкция уплотнительного элемента, содержащего слой жаропрочного материала. В данной схеме не показана герметичная система каналов, заполненная натрием и предназначенная для охлаждения уплотнительного элемента.
Перечень фигур
26 - слой жаропрочного материала;
a, b - направления возвратно-поступательного движения уплотнительного элемента;
l - ширина слоя жаропрочного материала;
h - высота уплотнительного элемента;
t - толщина слоя жаропрочного материала
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой конструкции двигателя дополнительно установлена, по крайней мере, еще одна рабочая полость. При этом в каждой рабочей полости предусмотрен ротор-поршень, шарнирно установленный на эксцентриковый вал и находящийся с ним в зубчатом зацеплении. В качестве примера в данном изобретении приведена схема конструкции двигателя с двумя роторами-поршнями (Фиг.1 и Фиг.2). Каждый ротор-поршень 3 имеет зубчатое соединение с эксцентриковым валом. Эксцентриковый вал 2 размещается в статоре соосно с трехэлементной рабочей полостью, выполненной в виде равностороннего треугольника со скругленными углами. При этом эллипсные роторы-поршни 3 образуют со статором три переменных и герметичных объема 4, 5, 6, разделенные подпружиненными пластинчатыми уплотнительными элементами 8, впускной 14 и выпускной 15 коллекторы в боковых стенках статора 16 и 17, соединенные с коллекторами впускные и выпускные окна 20 и каналы в диске 24 и роторах-поршнях. Установленные на одном валу не менее двух роторов-поршней с внутренней стороны двигателя разделены диском 24, который имеет центральное отверстие для вала, каналы для подвода рабочей смеси и отвода отработанных газов и иные технологические отверстия. При этом ось центрального отверстия диска 24, предназначенного для размещения вала, расположена соосно с осью эксцентрикового вала. Количество дисков D в двигателе определяется соотношением
D=n-1, где n - количество роторов-поршней в двигателе.
Здесь под термином «переменный и герметичный объем» подразумевается часть пространства рабочей полости, ограниченная частью рабочей поверхности ротора-поршня, частью внутренней поверхности статора, рабочей поверхностью уплотнительных элементов, рабочей поверхностью уплотнительных колец на торце ротора-поршня, рабочей частью боковой стенки статора и рабочей частью диска.
При вращении ротора-поршня величины переменных и герметичных объемов непрерывно изменяются от минимального до максимального и наоборот. Факт изменения этих объемов используется для организации четырехтактного цикла работы двигателя. Именно в этих переменных и герметичных объемах происходит преобразование топливной смеси в тепловую и механическую энергию двигателя.
В конструкции двигателя предусмотрен синхронизирующий зубчатый механизм кинематической связи каждого ротора-поршня с валом, выполненный в виде замкнутой планетарной зубчатой передачи с передаточным отношением i=-2, где эксцентрик вала является водилом, внутризубчатый венец, выполненный на роторе-поршне, является сателлитом.
На одной из сторон двигателя на вал шарнирно установлено зубчатое колесо с возможностью вращения вокруг общей с валом оси - солнечным колесом, которое объединено в блок с коническим зубчатым колесом, соединенным через промежуточное коническое зубчатое колесо шарнирно установленное в статоре с коническим зубчатым колесом, закрепленным на валу. Таким образом, каждый ротор-поршень соединен с валом не только посредством эксцентрика, но и через дополнительную кинематическую связь, выполненную в виде системы находящихся в зацеплении между собой, а также с ротором и валом зубчатых колес. Каждый ротор-поршень имеет эллипсный профиль и установлен на валу с учетом определенной угловой ориентации своей большой оси эллипса относительно больших осей эллипсов других роторов-поршней. Так, например, для двухроторной конструкции такого рода угловой сдвиг большой оси эллипса (Δ) второго ротора-поршня относительно первого составляет 60° и рассчитывается по формуле:
Δ=360/(n×3), где n - количество роторов-поршней в двигателе.
Таким образом, синхронизирующий зубчатый механизм функционально предназначен для определения постоянного взаимного углового расположения статора, каждого ротора-поршня и вала. Это обеспечивает газообмен и своевременность зажигания рабочей смеси в переменных и герметичных объемах (рабочих камерах двигателя) и является элементом системы зажигания и системы питания двигателя.
Необходимым конструктивным условием функционирования синхронизирующего зубчатого механизма является сохранение передаточного отношения i=-2, при котором один поворот ротора-поршня вокруг своей оси соответствует двум оборотам вала, но в противоположном направлении.
В предлагаемой конструкции двигателя используются роторы-поршни, имеющие эллипсный профиль. Величина большой оси эллипса находится в диапазоне от 15 мм до 1000 мм, величина малой оси эллипса - от 10 мм до 800 мм. Толщина ротора-поршня составляет величину от 20% до 80% от значения большой оси эллипса.
При этом каждый ротор-поршень располагается в рабочей полости статора и формирует три переменных и герметичных объема 4, 5, 6 в статоре двигателя как это показано на фиг.1.
Следует отметить, что цели задачи данного изобретения достигаются за счет использования в предлагаемой конструкции не менее двух роторов-поршней что обеспечивает увеличение мощности двигателя и улучшение его динамических качеств при использования большего количества топлива, превращаемого в двигателе в тепловую энергию и механическую работу. При этом происходит некоторое увеличение массогабаритных характеристик двигателя. Но, если рассмотреть соотношение «мощность двигателя - массогабаритные характеристики», то параметр «массогабаритные характеристики» будет улучшен.
Использование в предлагаемой конструкции двигателя не менее двух роторов-поршней позволяет осуществлять более плавный режим силовой нагрузки рабочих ходов роторов-поршней на узлы и детали двигателя, по сравнению с аналогом.
Это обстоятельство приводит к снижению уровня вибрации элементов конструкции двигателя и самого двигателя, к снижению темпа износа узлов двигателя и всего двигателя в целом, а также позволяет снизить массу маховика. Кроме того, использование в конструкции не менее двух роторов-поршней приводит к увеличению надежности работы двигателя.
Рабочая поверхность каждого ротора-поршня при его вращении на эксцентриковом валу не имеет механического контакта с рабочей поверхностью статора. Вращение ротора-поршня конструктивно организовано так, что в определенных его рабочих положениях обеспечивается минимально возможный технологический зазор между рабочей поверхностью ротора-поршня и статора как это показано на фиг.1 и фиг.2. Герметичность переменных объемов 4, 5, 6 (фиг.1 и фиг.2) в процессе работы обеспечивается с помощью уплотнительных элементов 8, скользящих по эллипсной поверхности ротора-поршня и комплекта уплотнительных колец на торце каждого ротора-поршня как это изложено в изобретении (патент RU 2116463 C1, 27.07.1998 «Система уплотнения»). Толщина стенок статора 1 и диска 24 конструктивно определяется исходя из размеров роторов-поршней, обеспечения достаточной механической прочности и технологичности всей конструкции двигателя, обеспечения эффективной работы системы смазки и охлаждения, обеспечения минимально возможных массогабаритных характеристик двигателя.
Отбор мощности двигателя осуществляется с эксцентрикового вала 2 и с вала промежуточного зубчатого колеса 12, вращение которого может быть использовано для привода распределителя зажигания и других дополнительных устройств двигателя.
Предлагаемая конструкция двигателя представляет собой полноценный четырехтактный двигатель со всеми циклами: впуском, сжатием, рабочим ходом, выпуском. В предлагаемой конструкции двигателя предусмотрены все необходимые системы: смазки, охлаждения, зажигания, питания.
В предлагаемой конструкции двигателя произведены изменения в конструкции уплотнительных элементов 8. В основе этих изменений использован принцип улучшения теплоотвода из наиболее горячей зоны каждого уплотнительного элемента и принцип защиты рабочей части каждого уплотнительного элемента от температурной и ударной нагрузки. Оба указанные принципа используются в конструкции каждого уплотнительного элемента.
Принцип улучшения теплоотвода из наиболее горячей зоны каждого уплотнительного элемента заключается в том, что внутри каждого элемента выполнена герметичная система каналов 25, заполненных натрием (фиг.3). При этом натрий используется как теплоноситель (Химическая энциклопедия. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», Москва, 1992 г., стр.178). Система каналов в теле уплотнительного элемента выполнена герметично и эти каналы имеют в сечении круглую, прямоугольную или иную форму, обеспечиваемую технологически. Площадь поперечного сечения канала имеет переменную величину вдоль продольной оси уплотнительного элемента. Поперечное сечение каждого канала и суммарное поперечное сечение каналов каждого уплотнительного элемента конструктивно выбрано из расчета обеспечения достаточной механической прочности и эксплуатационной эффективности каждого уплотнительного элемента. Система каналов 25, заполненная натрием, обеспечивает эффективный отвод тепла из наиболее горячей зоны уплотнительного элемента в менее горячую зону. Выбор натрия в качестве теплоносителя обоснован следующими обстоятельствами. Натрий имеет температуру плавления = 97.86°C и температуру кипения = 883.15°C (Химическая энциклопедия. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», Москва, 1992 г., стр.178).
При этом герметичная система каналов в уплотнительном элементе заполняется примерно на 60% ее объема легкоплавким металлом натрием (А.С. Орлина, М.Г. Круглова. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Четвертое издание. Издательство «Машиностроение», М., 1984 г, стр.249).
Расплавляясь в процессе работы двигателя, жидкий натрий находится в поле знакопеременных инерционных сил, интенсифицирует передачу тепла от наиболее нагретой рабочей части уплотнительного элемента в тело статора.
Принцип защиты рабочей части уплотнительного элемента от температурной и ударной нагрузки заключается в том, что рабочая часть каждого уплотнительного элемента облицована слоем жаропрочного материала 26 (фиг.4), покрывающим только ту часть уплотнительного элемента, которая одновременно подвергается температурному и ударному воздействию сгорающих газов топливной смеси (l×w). При этом слой жаропрочного материала толщиной t обеспечивает защиту рабочей части уплотнительного элемента от импульсного воздействия температуры и давления при сгорании топливной смеси (фиг.4).
Изложенные два принципа используются в конструкции каждого уплотнительного элемента и позволяют избежать высокой температурной напряженности в рабочей части уплотнительных элементов, находящихся под непосредственным воздействием горячих газов и ударных нагрузок при сгорании топлива. Это обеспечивает увеличение ресурса работы уплотнительных элементов и самого двигателя в целом, обеспечивает эффективное сгорание топлива и соблюдение экологических требований при эксплуатации двигателя, экономию топлива, а также поддерживает мощность двигателя и его динамические качества на заданном уровне.
Предлагаемую конструкцию двигателя в динамике можно представить следующим образом. На фиг.1 и фиг.2 представлена схема двухроторного двигателя. В положении ротора-поршня 3, изображенном на фиг.1, осуществляется его вращение по стрелке 21, в переменном и герметичном объеме 4 закончился такт сжатия, а переменный и герметичный объем 5 заполняется свежей горючей смесью. В переменном и герметичном объеме 6 происходит такт выпуска отработавших газов. При дальнейшем вращении ротора-поршня 3 в переменном и герметичном объеме 4 будет осуществляться рабочий ход, затем такт выпуска отработавших газов, заполнение топливной смесью, сжатие и рабочий ход. Подобный процесс происходит и в двух других переменных и герметичных объемах 5 и 6, а также в переменных и герметичных объемах второго ротора-поршня, но с временным сдвигом, соответствующему повороту большой оси эллипса на угол 60°. При этом вал вращается по стрелке 22 и два оборота вала соответствуют одному обороту каждого ротора поршня. В процессе рабочего хода, топливная смесь при сгорании оказывает импульсное высокотемпературное воздействие на рабочую часть каждого уплотнительного элемента. Жидкий натрий, находящийся в герметичной системе каналов уплотнительного элемента, обеспечивает эффективный отвод тепла из рабочей части уплотнительного элемента в тело статора, уменьшая ее теплонапряженность. Слой жаропрочного материала в рабочей части уплотнительного элемента воспринимает на себя динамический удар высокотемпературных рабочих газов, снижая его износ.
Таким образом, использование в предлагаемой конструкции двигателя не менее двух роторов-поршней, имеющих эллипсный профиль, принципа теплоотвода из наиболее горячей зоны каждого уплотнительного элемента, принципа защиты рабочей части уплотнительного элемента от температурной и ударной нагрузки приведет к следующим его конструктивным и эксплуатационным преимуществам перед аналогом:
- увеличению мощности и улучшению динамических качеств двигателя;
- повышению надежности работы двигателя;
- уменьшению теплонапряженности в уплотнительных элементах и увеличению ресурса работы двигателя в целом, экономии топлива;
- уменьшению вибрационных нагрузок на элементы конструкции и двигатель в целом;
- улучшению экологических характеристик двигателя;
- улучшению массогабаритных характеристик двигателя.
В целом это приведет к улучшению его конструкционных и эксплуатационных характеристик и к повышению его конкурентоспособности среди данного класса двигателей.
Для экспериментальной отработки опытного образца спроектирован двухроторный двигатель со следующими характеристиками.
Большой диаметр эллипса ротора-поршня, dб=176 мм;
Малый диаметр эллипса ротора-поршня, dм=140 мм;
Модуль зубчатых колес механизма синхронизации, m=2 мм;
Число венцов внутризубчатого венца ротора-поршня, Z=36;
Число зубцов конического венца, соосного с валом зубчатого блока,
Z=46; Диаметр выходных концов вала, d=30 мм.
Мощность двигателя при числе оборотов вала 8000 об/мин, N=150 л.с.
Чертежно-техническая документация на данную конструкцию двигателя выполнена в бумажной и электронной форме с использованием компьютерной программы Solid Works Explorer 2009.
Изготовлен в металле уменьшенный и упрощенный вариант предложенной конструкции роторно-поршневого двигателя и снят видеофильм с демонстрацией его работы.
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с трехвершинной рабочей полостью, в которой соосно размещен эксцентриковый вал, силовой механизм с синхронизирующей зубчатой передачей, эллипсным ротором-поршнем, размещенным шарнирно на эксцентриковом валу и контактирующим с уплотнительными элементами по эллипсной поверхности с образованием трех переменных и герметичных объемов, соединенных с системой газообмена, отличающийся тем, что в статоре дополнительно установлена, по крайней мере, еще одна рабочая полость, отделенная от другой диском с отверстием для прохождения вала и системой каналов, сообщающихся с системой газообмена, при этом каждый уплотнительный элемент снабжен герметичной системой каналов, заполненных натрием, а часть поверхности уплотнительного элемента, расположенная в рабочей полости, облицована жаропрочным материалом.
