Трехроторный винтовой двигатель

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя при уменьшении вибраций и нагрева элементов, увеличении КПД, уменьшении износа деталей и повышении экологичности. Сущность изобретения заключается в том, что трехроторный винтовой двигатель содержит три ротора с равноудалёнными друг от друга осями вращения. Рабочие камеры, в которых происходят все фазы работы двигателя впуск, сжатие, расширение, выпуск, формируются между боковыми поверхностями трех роторов. Каждый ротор имеет форму скрученного на 120-480 градусов вдоль оси вращения фигуры постоянной ширины «треугольник Рёло». Степень скручивания увеличивают к середине ротора и уменьшают к его концам. Роторы имеют одинаковое направление вращения на своих осях с одинаковыми скоростями. Устройство может быть реализовано в качестве бензинового двигателя, дизельного двигателя, пневмодвигателя, насоса. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания.

Сегодня в мировой технике наиболее распространен поршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным возвратно – поступательным движением поршня. Недостаток поршневого ДВС в том, что для преобразования возвратно – поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала используют кривошипно-шатунный механизм. Главные характеристики такого механизма - высокая динамическая загруженность от возвратно – поступательных движений, значительные размеры, большой вес и сложность в изготовлении. Именно несовершенный способ организации технологических процессов в поршневом двигателе и своеобразный режим работы кривошипно-шатунного механизма приводят к пульсирующему режиму крутящего момента поршневых моторов. Вследствие действия высоких радиальных давлений между рабочими поверхностями поршневых колец и втулки цилиндра и больших скоростей поршня, на рабочей поверхности возникают силы, которые определяют механический коэффициент полезного действия двигателей. Потери мощности, вызванные трением рабочих поверхностей поршневых колец и втулки цилиндра, и связанный с трением износ в любом поршневом двигателе имеют значительные величины. В реальных двигателях внутреннего сгорания условия трения и смазки значительно отличаются от расчётных. В большинстве случаев в процессе работы двигателя в цилиндре превалирует не жидкостное трение, а полусухое (граничная смазка) и вследствие недостаточной смазки существует возможность сухого трения. Таким образом, проблема трения в поршневой группе является одной из важнейших проблем двигателей внутреннего сгорания. Возможность совершить технический прорыв вероятен в области роторных машин, то есть при использовании принципа простого вращения главного рабочего органа, как это используется в электродвигателях или в силовых турбинах. Но вот главным преимуществом роторных механизмов – отсутствием пульсирующих инерционным нагрузок не обладает даже известный роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Вся сложность заключается в том, что организовать рабочий цикл из четырёх тактов полноценного двигателя внутреннего сгорания вокруг простого вращения главного рабочего органа очень непросто. И сложность темы настолько велика, что до сегодняшнего дня массового вывода на рынок роторных двигателей и достойной их конкуренции с традиционными поршневыми двигателями так и не произошло.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы не использовать вообще возвратно поступательное движение, также уменьшить трение между основными элементами. Все это приведёт к уменьшению вибраций, меньшему нагреву и уменьшению износа деталей.

Данная задача решается за счет того, что заявленный Трехроторный винтовой двигатель содержит три ротора с равноудалёнными друг от друга осями вращения. Рабочие камеры (в которых происходят все фазы работы двигателя впуск, сжатие, расширение, выпуск), формируются между боковыми поверхностями трех роторов. Каждый ротор имеет форму скрученного на 120-480 градусов вдоль оси вращения цилиндра, который строят на основе фигуры постоянной ширины «треугольника Рёло». Роторы имеют одинаковое направление вращения на своих осях с одинаковыми скоростями. Далее, при использовании данного изобретения в качестве двигателя внутреннего сгорания каждый ротор имеет форму скрученного на 360 градусов вдоль оси вращения цилиндра, степень скручивания увеличивают к середине ротора и уменьшают к его концам, см. фиг. 1. При использовании в качестве топлива бензин — топливную смесь подают напрямую в рабочую камеру в фазе впуска, а источник зажигания располагают на одном из роторов или сразу на нескольких, ближе к их серединам, где и формируется максимальное сжатие. При использовании данного изобретения в качестве двигателя внутреннего сгорания использующего в качестве горючего дизельное топливо  — топливо подают в рабочую камеру после фазы сжатия по топливным каналам, которые располагают в одном, или нескольких роторах. При использовании данного изобретения в качестве пневмодвигателя степень скручивания вдоль оси усиливают ближе к концу ротора со стороны подачи сжатого воздуха. При использовании данного изобретения в качестве насоса степень скручивания вдоль оси усиливают ближе к концу ротора со стороны выпуска или же степень скручивания вдоль всей оси ротора оставляют неизменной.

При работе трехроторного винтового двигателя вращение роторов определяет появление и исчезновение рабочих камер, изменяет их объемы и создаёт их движение. Рабочая камера как бы состоит из двух зон, сужающаяся и расширяющаяся. В зоне сужения рабочей камеры вектор суммарной силы расширяющихся газов действующий на стенки роторов смещен в сторону от локальных осей роторов против вращения, а в зоне расширения рабочей камеры вектор суммарной силы расширяющихся газов действующий на стенки роторов смещен в сторону от локальных осей роторов по ходу вращения см. фиг. 2. А в виду того, что степень скручивания формы ротора усиливается к середине ротора, то в фазе расширения рабочей камеры зона расширяющейся рабочей камеры по площади значительно превосходит сужающуюся зону см. фиг. 3. Всё это позволяет создать четырехтактный рабочий цикл. Количество рабочих камер, сформированных между тремя роторами, позволяют протекать 4-м циклам находящихся в разных фазах, см. фиг. 4.

Проследим полный цикл появления и исчезновения одной отдельно взятой рабочей камеры см. фиг. 3.

Фаза впуска. Длится от 0° до 120° локального поворота роторов, появившаяся рабочая камера увеличивается до 60°, а затем уменьшается — происходит впуск. При 120° рабочая камера полностью закрывается.

Фаза сжатия. Длится от 120° до 240° локального поворота роторов, это приводит к уменьшению объема рабочей камеры — происходит сжатие.

Фаза расширения. Длится от 240° до 360° локального поворота роторов, происходит увеличение объема рабочей камеры.

Фаза выпуска. Длится от 360° до 480° локального поворота роторов, происходит открытие и уменьшение объема рабочей камеры до полного её исчезновения.

После прогонки нового двигателя произойдёт притирка роторов, и трение непосредственно между роторами будет равно нулю, это избавляет нас от необходимости использования смазки в основных рабочих узлах.

Техническим результатом данного изобретения является: отсутствие возвратно - поступательного движения рабочих элементов; отсутствие трения между роторами, которые формируют рабочие камеры; отсутствие необходимости смазки активной зоны, которая свойственна современным двигателям внутреннего сгорания. Все это в целом приводит к уменьшению вибраций, меньшему нагреву элементов, увеличению коэффициента полезного действия, уменьшению износа деталей, и повышению экологичности.

1. Трехроторный винтовой двигатель или насос, содержащий три ротора с равноудалёнными друг от друга осями вращения, при этом рабочие камеры формируются между боковыми поверхностями трех роторов, каждый ротор имеет в сечении форму треугольника Рёло, скрученного на 120-480 градусов вдоль оси вращения, а роторы имеют одинаковое направление вращения на своих осях с одинаковыми скоростями.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при его использовании в качестве двигателя внутреннего сгорания каждый ротор имеет форму скрученного на 360-480 градусов вдоль оси вращения, рабочая камера состоит из сужающейся и расширяющейся зон, источник зажигания расположен ближе к серединам роторов, где формируется максимальное сжатие, степень скручивания увеличивают к середине ротора и уменьшают к его концам, а топливная смесь поступает в рабочую камеру в фазе впуска.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при его использовании в качестве двигателя внутреннего сгорания каждый ротор имеет форму скрученного на 360-480 градусов вдоль оси вращения, рабочая камера состоит из сужающейся и расширяющейся зон, степень скручивания увеличивают к середине ротора и уменьшают к его концам, а топливо поступает в рабочую камеру после фазы сжатия по топливным каналам, которые располагаются в одном роторе или в нескольких.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при его использовании в качестве пневмодвигателя каждый ротор имеет форму скрученного на 120-360 градусов вдоль оси вращения, степень скручивания увеличивают к концу ротора со стороны подачи сжатого газа.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при его использовании в качестве насоса каждый ротор имеет форму скрученного на 120-480 градусов вдоль оси вращения, степень скручивания увеличивают к концу ротора на стороне выпуска газа или степень скручивания равномерна по всей длине ротора.