Циклоидный роторный двигатель
Изобретение относится к двигателестроению. Циклоидный роторный двигатель имеет циклоидный ротор (1), который имеет N выступающих частей (2). Корпус (3) имеет N+1 набор областей (4), принимающих выступающие части (2). Корпус (3) содержит пару сторон (5, 6), расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах корпуса (3). Пик (7) расположен между каждой парой соседних областей (4). Двигатель содержит множество пиковых уплотнительных элементов (10), по меньшей мере один из которых расположен на каждом пике (7) и выполнен с возможностью поддержания контакта с ротором (1). Поверхность циклоидного ротора (1) выполнена цельной. Корпус (3) снабжен камерой (16) для продувки и камерой (13) для смазки и охлаждения ротора (1). Двигатель снабжен поддоном (14), сопряженным с камерой (13) для смазки и охлаждения, и по меньшей мере одним перепускным каналом для перетекания рабочего тела из камеры (16) в рабочую камеру (11). Технический результат заключается в повышении надежности и экологичности двигателя, а также повышении удельной мощности, КПД и снижении сложности изготовления. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в транспортных средствах, промышленном и сельскохозяйственном оборудовании и в других областях, в которых необходимо применение двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является циклоидный роторный двигатель, содержащий циклоидный ротор, который имеет N выступающих частей, и корпус, имеющий соответствующий набор N+1 областей, принимающих выступающие части, для последовательного принятия выступающих частей при вращении ротора вокруг оси относительно корпуса, причем корпус содержит пару сторон, расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах ротора, пик, расположенный между каждой парой соседних областей, принимающих выступающие части, и впускное отверстие и выпускное отверстие, причем двигатель также содержит: множество пиковых уплотнительных элементов, по меньшей мере один из которых расположен на каждом пике и выполнен с возможностью поддерживания контакта с ротором на всем протяжении цикла вращения ротора, причем каждый пиковый уплотнительный элемент радиально смещен от ротора на всем протяжении вращения ротора, за счет циклоидной геометрии ротора и областей, принимающих выступающие части, первый торцевой уплотнительный элемент, расположенный между первой стороной и ротором и выполненный с возможностью запечатывания рабочей камеры, второй торцевой уплотнительный элемент, расположенный между второй стороной и ротором и выполненный с возможностью запечатывания рабочей камеры, торцевые уплотнительные элементы выполнены с возможностью обеспечения поддерживания контакта каждым торцевым уплотнительным элементом с ротором и одной из сторон при всех угловых положениях ротора, при этом избегая взаимодействий с любым из указанных отверстий. [Патент РФ №2609027, F01C 1/22, F01C 19/00, 29.03.2012 г.].
Известный циклоидный роторный двигатель обладает рядом существенных недостатков. Первым недостатком известного циклоидного роторного двигателя являются низкие прочностные характеристики и надежность, обусловленные конструкцией ротора, в котором выполнены каналы и окна для впуска и выпуска, через которые проходят горячие отработанные газы, вызывающие неравномерный нагрев ротора, и которые как концентраторы напряжений снижают прочность ротора, вызывая местный перегрев ротора, что может привести к его короблению. Выполнение ротора с каналами и окнами для впуска и выпуска усложняет конструкцию двигателя, что ведет к снижению его надежности и обусловливает необходимость использования дополнительных уплотнений впускных отверстий. Система смазки двигателя с каналами для смазки уплотнений, находящихся в пиках (радиальные), приводит к попаданию смазки в рабочую камеру, во впускные и выпускные отверстие в роторе, увеличивая вредные выбросы, ухудшая качество сгорания топлива, уменьшает надежность, долговечность и КПД двигателя.
Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности и экологичности циклоидного роторного двигателя, при одновременном повышении его удельной мощности и КПД и снижении сложности его изготовления.
Сущность изобретения заключается в том, что в циклоидном роторном двигателе, имеющем циклоидный ротор, который имеет N выступающих частей, и корпус, имеющий соответствующий набор N+1 областей, принимающих выступающие части, для последовательного принятия выступающих частей при вращении ротора вокруг оси относительно корпуса, причем корпус содержит пару сторон расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах корпуса, пик, расположенный между каждой парой соседних областей, принимающих выступающие части, и впускное отверстие и выпускное отверстие, причем двигатель также содержит множество пиковых уплотнительных элементов, по меньшей мере один из которых расположен на каждом пике и выполнен с возможностью поддерживания контакта с ротором на всем протяжении цикла вращения ротора, причем каждый пиковый уплотнительный элемент радиально смещен от ротора на всем протяжении вращения ротора, за счет циклоидной геометрии ротора и областей, принимающих выступающие части, предлагается, циклоидный ротор выполнить с цельной поверхностью, корпус снабдить камерой для продувки и камерой для смазки и охлаждения поверхности ротора, при этом двигатель снабдить поддоном, выполненным с возможностью наполнения его смазкой и сопряженным с камерой для смазки и охлаждения поверхности ротора, и по меньшей мере одним перепускным каналом для перетекания рабочего тела из камеры для продувки в рабочую камеру, расположенным в одной из пары сторон.
Циклоидный роторный двигатель может быть снабжен масленым насосом, установленным в поддоне и/или в дополнительной камере.
Циклоидный роторный двигатель может быть снабжен форсунками для распыления масла, расположенными в поддоне и/или в дополнительной камере.
Циклоидный роторный двигатель может быть снабжен вторым перепускным каналом для перетекания рабочего тела, расположенным во второй из пары сторон, из камеры для продувки рабочей камеры, имеющей отверстие для перетекания рабочего тела и отверстие для всасывания рабочего тела.
Стороны корпуса могут быть снабжены подпружиненными пластинами для удаления излишков смазки с поверхности ротора.
Корпус может быть снабжен теплоизолирующем покрытием, расположенным на внутренней поверхности рабочей камеры.
На поверхности рабочей камеры могут быть расположены катализаторы, улучшающие процесс сгорания топлива.
Выполнение циклоидного ротора с цельной поверхностью при одновременном снабжении корпуса камерой для продувки и камерой для смазки и охлаждения ротора и смазки уплотнительных элементов при снабжении двигателя поддоном, выполненным с возможностью наполнения его смазкой и сопряженным с камерой для смазки и охлаждения поверхности ротора, и по меньшей мере одним перепускным каналом для перетекания рабочего тела из камеры для продувки в рабочую камеру, расположенным в одной из пары сторон, способствует повышению надежности предлагаемого двигателя, обусловленной целостностью ротора и возможностью смазки трущихся частей без попадания смазки в камеры для продувки и рабочую камеру, что также способствует повышению экологичности и КПД предлагаемого двигателя.
На фиг. 1 приведен циклоидный роторный двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе, на фиг. 2 приведен циклоидный роторный двигатель внутреннего сгорания в продольном разрезе, на фиг. 3 приведены увеличенные фрагменты корпуса 3.
Циклоидный роторный двигатель, имеющем циклоидный ротор 1, который имеет N выступающих частей 2, и корпус 3, имеющий соответствующий набор N+1 областей 4, принимающих выступающие части 2, для последовательного принятия выступающих частей 2 при вращении ротора 1 вокруг оси относительно корпуса 3 в направлении стрелки Б. Ротор 1 выполнен с цельной поверхность без каналов и окон для впуска и выпуска. В конкретном примере приведен ротор 1 с N=2 выступающих частей 2 и корпус 3 с N+1=3 областей 4. Корпус 3 содержит пару сторон 5 и 6, расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах корпуса 3, пик 7, расположенный между каждой парой соседних областей 4, принимающих выступающие части 2, и впускное отверстие 8 и выпускное отверстие 9. Двигатель также содержит множество пиковых уплотнительных элементов 10, по меньшей мере один из которых расположен на каждом пике 7 и выполнен с возможностью поддерживания контакта с ротором 1 на всем протяжении цикла вращения ротора 1, причем каждый пиковый уплотнительный элемент 10 радиально смещен от ротора 1 на всем протяжении вращения ротора 1, за счет циклоидной геометрии ротора 1 и областей 4, принимающих выступающие части 2. Одна из трех областей 4 представляет собой рабочую камеру 11, вторая из трех областей 4 представляет собой камеру 12 для продувки, а третья область 4 - камеру 13 для смазки и охлаждения поверхности ротора 1, и поддоном 14, выполненным с возможностью наполнения его смазкой и сопряженным с камерой 13 для смазки и охлаждения поверхности ротора 1, и по меньшей мере одним перепускным каналом 15 для перетекания рабочего тела из камеры 12 для продувки в рабочую камеру И, расположенным в одной из пары сторон 5 или 6.
Циклоидный роторный двигатель может быть снабжен масленым насосом (на фигурах не показан), установленным в поддоне 14 и/или в дополнительной камере 13.
Циклоидный роторный двигатель может быть снабжен форсунками для распыления масла (на фигурах не показаны), расположенными в поддоне 14 и/или в дополнительной камере 13.
Циклоидный роторный двигатель может быть снабжен вторым перепускным каналом 15 для перетекания рабочего тела, расположенным во второй из пары сторон 5 или 6 из камеры 12 для продувки рабочей камеры 11, имеющей отверстие 16 для перетекания рабочего тела и отверстие 17 для всасывания рабочего тела.
Стороны 5 и 6 корпуса 3 могут быть снабжены подпружиненными пластинами 18 для удаления излишков смазки с поверхности ротора 1.
Корпус 3 может быть снабжен теплоизолирующем покрытием 19, расположенным на внутренней поверхности рабочей камеры 11.
На поверхности рабочей камеры 11 могут быть расположены катализаторы (на фигурах не показаны), улучшающие процесс сгорания топлива.
Ротор 1 через подшипник 20 установлен на эксцентрике 21 вала 22 двигателя. Для синхронизации вращения ротора 1 с валом 22 ротор 1 снабжен жестко присоединенной к нему шестерней 23, а корпус 3 снабжен жестко присоединенной к его стороне 5 или 6 шестерней 24. Соотношение количества зубьев меньшей шестерни 23 к количеству зубьев большей шестерни 24 2:3. Вал 22 установлен в сторонах 5 и 6 через подшипники 25.
Циклоидный роторный двигатель работает следующим образом. При вращении вала 22 в направлении стрелки А на эксцентрике 21 вокруг его центра вращается ротор 1 в направлении стрелки Б противоположном направлению вращения вала 22. Жестко присоединенная к ротору 1 меньшая шестерня 23 наружными зубьями обкатывает большую шестерню 24 с внутренними зубьями и соединенную жестко со стороной 5 корпуса 3. При нахождении выступающей части 2 ротора 1 в верхней части рабочей камеры 11 происходит воспламенение рабочего тела от, например, свечи зажигания (на фигурах не показана) и начинается рабочий ход. В камеру 12 для продувки через отверстие 17 в это время всасывается свежее рабочее тело и затем в ходе дальнейшего вращения ротора 1 отверстие 17 для всасывания рабочего тела перекрывается ротором 1 и свежее рабочее тело в камере 12 для продувки сжимается ротором 1. Поворачиваясь ротор 1 в определенном положении открывает выпускное отверстие 9 в рабочей камере 11, через которое отработанное рабочее тело покидают двигатель. При дальнейшем повороте ротора 1 открывается впускное отверстие 8 и начинается продувка рабочей камеры 11 через отверстие 16 для перетекания рабочего тела по перепускному каналу 15 для перетекания рабочего тела из камеры 12 для продувки в рабочую камеру 11. Поворачиваясь дальше ротор 1 перекрывает выпускное отверстие 9, впускное отверстие 8 остается частично открытым и в рабочую камеру 11 продолжает поступать свежее рабочее тело из камеры 12 для продувки. Далее все отверстия в рабочей камере 11 перекрываются ротором 1, происходит такт сжатия в рабочей камере 11, а затем воспламенение рабочего тела, а в камеру 12 для продувки в это же время всасывается через впускное отверстие 8 свежее рабочее тело и весь цикл повторяется. За один оборот вала 22 выполняется один рабочий ход. Непрерывно в процессе работы двигателя в камере 13 происходит смазка поверхности ротора 1 при его вращении и нахождении в камере 13 и подшипников 20 и 25. Излишки смазки с поверхности ротора 1 в процессе его вращения удаляются посредством подпружиненных пластин 18 и пиковых уплотнительных элементов 10, после чего на поверхности ротора 1 остается тонкая масляная пленка, при этом излишки смазки стекают в поддон 14.
Таким образом, предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания обладает повышенными надежностью, удельной мощностью и КПД, прост в изготовления и способствует расширению арсенала технических средств, предназначенных для энергетического преобразования, а именно роторных двигателей внутреннего сгорания.
1. Циклоидный роторный двигатель, имеющий циклоидный ротор, который имеет N выступающих частей, и корпус, имеющий соответствующий набор N+1 областей, принимающих выступающие части, для последовательного принятия выступающих частей при вращении ротора вокруг оси относительно корпуса, причем корпус содержит пару сторон, расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах корпуса, пик, расположенный между каждой парой соседних областей, принимающих выступающие части, и впускное отверстие и выпускное отверстие, причем двигатель также содержит множество пиковых уплотнительных элементов, по меньшей мере один из которых расположен на каждом пике и выполнен с возможностью поддерживания контакта с ротором на всем протяжении цикла вращения ротора, причем каждый пиковый уплотнительный элемент радиально смещен от ротора на всем протяжении вращения ротора за счет циклоидной геометрии ротора и областей, принимающих выступающие части, отличающийся тем, что поверхность циклоидного ротора выполнена цельной, корпус снабжен камерой для продувки и камерой для смазки и охлаждения поверхности ротора, при этом двигатель снабжен поддоном, выполненным с возможностью наполнения его смазкой и сопряженным с камерой для смазки и охлаждения поверхности ротора, и по меньшей мере одним перепускным каналом для перетекания рабочего тела из камеры для продувки в рабочую камеру, расположенным в одной из пары сторон.
2. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен масленым насосом, установленным в поддоне.
3. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен масленым насосом, установленным в дополнительной камере.
4. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен форсунками для распыления масла, расположенными в поддоне.
5. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен форсунками для распыления масла, расположенными в дополнительной камере.
6. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен вторым перепускным каналом для перетекания рабочего тела, расположенным во второй из пары сторон, из камеры для продувки рабочей камеры, имеющей отверстие для перетекания рабочего тела и отверстие для всасывания рабочего тела.
7. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что стороны корпуса снабжены подпружиненными пластинами для удаления излишков смазки с поверхности ротора.
8. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен теплоизолирующим покрытием, расположенным на внутренней поверхности рабочей камеры.
9. Циклоидный роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности рабочей камеры расположены катализаторы, улучшающие процесс сгорания топлива.
