РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к транспортным двигателям, и может быть использовано на транспорте и спортивных средствах передвижения.

Известен двигатель "ЯМАЗ-238 НБ", содержащий картер, цилиндры, поршни, коленчатый вал и шатуны [1] .

Недостатком двигателя является наличие коленчатого вала и шатунов, вследствие чего вал расположен под углом 90^о к цилиндрам, а это создает неудобство компановки, сложную конструкцию картера, громоздкость.

Известен также роторно-поршневой двигатель, состоящий из корпуса (статора), золотника, роторов-поршней, сидящих на рабочем валу [2] . Сложное планетарное движение ротора-поршня преобразуется во вращательное движение рабочего вала.

Недостатком этого двигателя является сложная конструкция, заключающаяся в том, что на боковой стенке корпуса имеется шестерня с внешним зацеплением, установленная неподвижно, входящая в зацепление с зубчатым колесом, установленным на роторе-поршне, совершающем планетарное движение. Для увеличения числа камер сгорания более трех необходимо строить многосекционные двигатели, при этом резко возрастает вес и габаритная длина конструкции.

Целью изобретения является повышение мощности роторно-поршневых двигателей с одновременным уменьшением габаритов и массы двигателя, улучшение технологичности, получение возможности изготовления многокамерных, роторно-поршневых двигателей с высокой уравновешенностью системы, экономичных, экологически чистых.

Это достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе, содержащем роторы на рабочем валу, установленные в статоре, рабочий вал выполнен цилиндрическим с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами разного диаметра, снабженными двигающимися вдоль оси вала пластинами Т-образной формы, а крышки статоров выполнены вогнуто-выпуклыми с впускными и выпускными каналами. Кроме того, в двигателе между полками Т-образных пластин и полками Т-образных прорезей на роторах установлены ролики в сепараторах; Т-образные пластины снабжены пружинами, установленными с возможностью прижатия пластин к внутренним поверхностям крышек статора, а на валу дополнительно установлен диск с углублением, выполненным по окружности.

Отработавшие газы из ротора малого диаметра по выпускной трубе попадают в камеры ротора большего диаметра, где после их сжатия в камеру впрыскивается форсункой вода, смешиваясь с отработавшими газами, превращается в пар, производит работу и выходит во внутреннюю полость крышки статора, в которой размещен диск с кольцевым углублением.

Ударные волны, пораженные пульсациями давления, воздействуют на углубление на диске и также способствуют вращению рабочего вала.

Из внутренней полости крышки второго цилиндра парогазовая смесь выходит в глушитель.

Роторно-поршневой двгатель в разрезе и отдельно основные детали представлены на фиг. 1-12, а схемы газораспределения на фиг. 13-18, а именно:
На фиг. 1 изображен роторно-поршневой двигатель ААП-2; на фиг. 2 - то же, в разрезе; на фиг. 3 - крышки роторов; на фиг. 4 - ротор; на фиг. 5 - крышка ротора; на фиг. 6 - торцовая крышка статора; на фиг. 7 - пластина-поршень; на фиг. 8 - уплотнительные подпружиненные пластины; на фиг. 9 - крышка статора; на фиг. 10 - ролики в сепараторе; на фиг. 11 - диск; на фиг. 12 - детали двигателя; на фиг. 13 - схема всасывания воздуха; на фиг. 14 - сжатие с одновременной подачей топлива; на фиг. 15 - воспламенение рабочей смеси; на фиг. 16 - рабочий ход; на фиг. 17 - выпуск; на фиг. 18 - продувка.

Роторно-поршневой двигатель состоит из цилиндрического рабочего вала 1 с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами 2 и 3 разного диаметра. Каждый ротор имеет продольные Т-образные прорези 4 вдоль оси рабочего вала, в которых размещены Т-образные пластины-поршни 5 с возможностью передвижения вдоль оси рабочего вала, прижимаемые пружинами 6 к внутренним сторонам вогнуто-выпуклой поверхности крышек статора 7 и 8, укрепленных с обеих сторон роторов 2 и 3 в статоре 9. Для уменьшения потерь на трение во время вращения роторов 2 и 3 между полками Т-образных продольных прорезей 4 и полками Т-образных пластин-поршней 5 уложены в сепараторах ролики 10. По наружной стороне и с торцов, прижимающихся к вогнуто-выпуклым поверхностям крышек статора 7 и 8, пластины-поршни 5 имеют прорези 11 для размещения в них подпружиненных уплотнительных пластин 12. Рабочий вал 1 с роторами 2 и 3 покоится на четырех подшипниках качения 13, размещенных в крышках 7 и 8. Крышки корпуса (статора) 7 и 8 имеют впускные каналы 14, выпускные каналы 15, отверстия для закрепления в них средств подачи топлива 16, отверстия для свечей зажигания 17. Во внутренней полости 19 наружной торцовой крышки 8 ротора 3 имеется второе выхлопное отверстие 20. Во внутренней полости 21 выполнена переборка 22 с отверстием 23 в переборке, разделяющей полости 19 и 21.

На рабочем валу 1 жестко закреплен диск 24 с углублением 25 по окружности. В корпусе 9 имеется отверстие для форсунки подачи воды 18.

Газораспределение в двигателе осуществляется роторами-поршнями 2 и 3. Охлаждение и смазка роторов 2 и 3 и пластин-поршней 5 осуществляется маслом, прокачиваемым под давлением через осевое отверстие рабочего вала 1. Роторы-поршни 2 и 3 разделяют внутренние полости между торцами роторов и вогнуто-выпуклыми поверхностями крышки 7 и 8 статора 9 в данном случае на восемь объемов с каждого торца Т-образными пластинами-поршнями 5, которые при вращении роторов перемещаются, причем в каждом из них происходят рабочие процессы цикла.

Торцы роторов 2 и 3 закрыты крышками 26 с прямоугольными прорезями 27 и камерами сгорания 28 на крышках ротора 2 и окислительными камерами 29 на крышках ротора 3.

Когда ротор-поршень 2 займет положение I (см. фиг. 13), в объеме происходит всасывание рабочей смеси; при дальнейшем вращении ротора-поршня 2 в этом же объеме происходит сжатие рабочей смеси и подготовка к ее сгоранию (см. фиг. 14). Повернувшись на определенный угол, ротор-поршень 2 займет положение (см. фиг. 15), при котором рабочая смесь, продолжая сжиматься, входит в зону действия свечи. Из-за так называемого периода запаздывания воcпламенение рабочей смеси произойдет за время передвижения ротора-поршня 2 на некоторый угол поворота рабочего вала 1. Далее происходит рабочий ход (см. фиг. 16), выпуск (см. фиг. 17) и перекрытие (продувка) (см. фиг. 18). Такие же процессы в той же последовательности имеют место и в других объемах с обеих торцов роторов 2 и 3, ограниченных пластинами-поршнями 5.

Крышки 7 ротора 2 и крышки 8 ротора 3 развернуты на 180^о, так, что, когда с одного торца ротора происходит сжатие рабочей смеси, то с другого в это же время - рабочий ход.

Ротор-поршень 3 работает аналогично ротору-поршню 2 со сдвигом по фазе, когда в роторе-поршне 2 происходит выпуск отработанных газов, в роторе-поршне 3 начинается процесс всасывания, таким образом из выпускных каналов 15 по трубопроводу отработавшие газы через впускные каналы 14, всасываются ротором-поршнем 3, сжимаются, температура их повышается, в сжатые отработавшие газы впрыскивается форсункой вода, превращаясь в пар, смешивается с отработавшими газами, производит работу и отработавшая парогазовая смесь через канал 15 попадает во внутреннюю полость 19 крышки 8 и через выхлопное отверстие 20 - в глушитель.

Выпускные отверстия 15 направлены под углом в сторону с вращения рабочего вала 1 в полость 21. В перегородке 22, разделяющей внутреннюю полость 21 с полостью 19, имеется отверстие 23. Во внутренней полости 21 на рабочем валу 1 закреплен диск (маховик) 24 с углублением 25 по окружности. Ударные волны, пораженные пульсациями давления, воздействуют на углубление 25 на диске 24 и способствуют вращению рабочего вала 1.

Таким образом, за полный оборот рабочего вала по своему действию данный роторно-поршневой двигатель, аналогичен 32-цилиндровому двухтактному двигателю. За полный цикл происходит 32 рабочих хода.

Двигатель прост в изготовлении, может быть изготовлен при помощи токарного, фрезерного, шлифовального станков. В основном предназначен для автомобильного транспорта. Может быть использован на морском и речном транспорте.

Основные отличия двигателя от обычных поршневых двигателей заключаются в отсутствии кривошипно-шатунного механизма, создающего большие инерционные силы при высоких оборотах вала двигателя.

Кроме того, система имеет уравновешенность более высокую, чем двигатель "О. С. Макс-НСУ (Ванкель), что ведет к максимальному уменьшению вибраций и шума, возникающих при работе двигателя.

Двигатель экономичен, так как работа второго ротора-поршня 3 происходит на парогазовой смеси, экологически чист. (56) 1. Г. П. Лызо и В. А. Ломовский. Тракторы, автомобили, двигатели. М. : Высшая школа, 1968, с. 222.

2. В. П. Зуев и др. Модельные двигатели. М. : Просвещение, 1973, с. 97-100.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к транспортным двигателям, и может быть использовано на транспорте и спортивных средствах передвижения. Целью изобретения является повышение мощности и экономичности роторно - поршневых двигателей с одновременным уменьшением габаритов и массы и получение возможности изготовления многокамерных роторно - поршневых двигателей с высокой уравновешенностью системы, экологически чистых. Роторно - поршневой двигатель состоит из цилиндрического вала 1 с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами 2 и 3 разного диаметра с продольными Т-образными пластинами 5 с возможностью передвижения вдоль оси вала, прижимаемыми пружинами 6 к внутренним вогнуто - выпуклым поверхностям крышек статоров 7 и 8 с обеих сторон роторов 2 и 3. Кроме того, на валу 1 закреплен диск с углублением по окружности. В двигателе используются: отработавшие газы, парогазовая смесь, ударные волны, порожденные пульсациями давления, для получения дополнительной работы. 3 з. п. ф-лы, 18 ил.

1. РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий роторы на рабочем валу, установленные в статоре, отличающийся тем, что вал выполнен цилиндрическим с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами разного диаметра, снабженными двигающимися вдоль оси вала пластинами Т-образной формы, размещенными в Т-образных прорезях, а крышки статоров выполнены выгнуто-выпуклыми с впускными и выпускными каналами. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между полками Т-образных пластин и полками Т-образных прорезей на роторах установлены ролики в сепараторах. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что Т-образные пластины снабжены пружинами, установленными с возможностью прижатия пластин к внутреннем поверхностям крышек статора. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на валу дополнительно установлен диск с углублением, выполненным по окружности.