РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F01C1/00 F04C21/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям-компрессорам внутреннего сгорания, и может быть использовано для транспортных средств, летательных аппаратов, в народном хозяйстве.

Известен роторный газовый двигатель (патент св. США N 2627253, кл. 123-8, 47, 1953), в котором расположены две основные части общего кольцевого контура, уплотненного по окружности и образующего камеры сгорания. Система газообмена осуществляется за счет перепускных клапанов. Усложненная конструкция двигателя соединена с дополнительными узлами коробкой передач, генератором, электромотором, стабилизатором, взаимодействующими от вращающего вала. Многочисленные шестеренчатые соединения увеличивают вес и габариты данной конструкции, снижают КПД. Роторный газовый двигатель не преобразует энергию сгоранемого топлива в пневмодавление, не осуществляет глушение выхлопных газов, балансировку транспортного средства. Двигатель имеет слабые уплотнения по кольцевому контуру между роторами, что создает утечку сгораемых газов, уменьшает компрессию в камерах внутреннего сгорания.

Известен роторный двигатель (патент США N 3505981, кл. 123-8, 47, 1970), в котором между полукруглыми кольцевыми роторами с двумя поршнями образуются камеры сгорания, находящиеся в относительном друг к другу вращательном движении и преобразующие энергию взрыва во вращательное движение вала. Усложненная конструкция газообмена, слабое уплотнение компрессии в камерах сгорания создают утечку сгораемых газов. Уплотнительное кольцо для газообмена образует дополнительные стыки в соединениях между роторами в камерах сгорания, что увеличивает утечку выхлопных газов, уменьшает долговечность, мощность, экономичность роторного двигателя. При преобразовании энергии взрыва во вращательное движение вала двигатель не создает балансировки транспортного средства от резкого крена. Отсутствие дополнительных пневмокамер не способствует преобразованию энергии взрыва в пневмодавление.

Целью изобретения является создание балансировки транспортных средств, улучшение газообмена за счет синхронизации шестеренчатого соединения, улучшение смазки вращающихся и половинчатых кожухов, улучшение компрессии за счет решетчатых уплотнений, повышение экономии сгораемого топлива за счет вращающегося пористого фильтра, улучшение газообмена с дополнительным нагнетанием горючей смеси в камеры сгорания, гашение и глушение выхлопных назов, преобразование энергии сгоранемого топлива в пневмодавление, улучшение зажигания горючей смеси в камерах сгорания и подача электрического тока для транспортных средств.

Цель достигается соединением двух роторов, выполненных в виде сферических кольцевых контуров с поршнями, образующими камеры сгорания, пневмокамеры, камеры гашения и глушения выхлопных газов, вращающихся вокруг неподвижной оси. Воспламенение и газообмен в камерах сгорания, пневмокамерах осуществляются за счет вращения корпуса из двух пустотелых половинчатых кожухов с ребрами жесткости, расположенными под углом для нагнетания горючей смеси. Половинчатые кожухи вращаются в направлении, противоположном направлению роторов, вокруг неподвижной оси за счет шестеренчатого соединения и обгонных муфт. Для улучшения компрессии между роторами и кожухами установлены уплотнения решетчатого типа. Для улучшения газообразования горючей смеси компрессор имеет пористый фильтр, вращающийся вокруг оси и за счет центробежных сил разбрасывающий нераспыленную смесь на стенки корпуса и пропускающий горючую смесь в виде газа. Взаимодействие роторов и половинчатых кожухов создает центробежные силы вращения, которые способствуют балансировке транспортного средства от резкого крена. Генератор, закрепленный на вращающихся кожухах, создает электрическую энергию и осуществляет зажигание в камерах сгорания от контактирующих с ним свечей.

На фиг. 1 представлен роторный двигатель с камерами внутреннего сгорания, продольный разрез (синхронизация вращения роторов не показана); на фиг. 2 роторный двигатель, поперечный разрез; на фиг. 3 показано дополнительное шестеренчатое соединение роторов с половинчатыми кожухами, продольный разрез; на фиг. 4 представлен двигатель с измененным креплением поршней (шахматное расположение), с видоизмененными перепусными окнами для газообмена роторов и половинчатых кожухов; на фиг. 5 представлено возможное взаимодействие шестеренчатого соединения роторов с половинчатыми кожухами; на фиг. 6 и 7 дополнительное соединение поршня с ротором; на фиг. 8 и 9 представлены роторы с дополнительными камерами гашения и глушения выхлопных газов; на фиг. 10, 11 и 12 представлено уплотнение решетчатого типа; на фиг. 13 соединение двигателя с генератором, продольный разрез; на фиг. 14 соединение двигателя с генератором, поперечный разрез.

Роторный пневмокомпрессор (с камерами внутреннего сгорания) состоит (фиг. 1) из двух половинчатых кожухов 2, 15, вращающихся вокруг неподвижной оси 1 и образующих общий корпус. В половинчатый кожух 2 вмонтированы изоляторы 3 с контактами для подачи тока высокого напряжения в камеры сгорания. Технологические заглушки 4 закрывают каналы отверстий, предназначенные для сборки половинчатых кожухов. Болты 5 соединяют половинчатые кожухи 2, 15 в общий корпус двигателя. Крышка 6 закрывает пористый фильтр 7 и манжет 8, выполненный в виде сальника. Стопорное кольцо 9 служит для ограничения пористого фильтра 7 от трения с подшипником. Сальник 10 создает уплотнение, обеспечивающее герметичность распыленной смеси в соединении крышки 6 и оси 1. Болты 11 соединяют крышку 6 с половинчатым кожухом 2. Контргайки 12 фиксируют болтовое соединение 5 половинчатых кожухов в разъеме. Болты 13 соединяют половинчатые кожухи во внутреннем разъеме через технологические каналы. Обгонные ролики 14 создают вращение роторов в направлении, противоположном вращению половинчатых кожухов 2 и 15. Болты 16 соединяют фланец 17, уплотнительный сальник 18 с половинчатым кожухом 15. Втулки 19 и 21 удерживают корпус с подшипником 20 скольжения от осевого смещения с помощью регулировочной гайки 23. Дополнительно корпус с подшипником 20 скольжения служит емкостью для смазки двигателя, подаваемой через канал л. Гайки 23 и 24 осуществляют регулировку зазоров подшипников 25 и 26 скольжения при вращении роторов вокруг корпуса. Присоединение поршней 29 камер сгорания к ротору 27 осуществляется болтами 28, а соединение поршней 31 пневмокамер к ротором 27 болтами 30. Для создания герметичности от утечки газов между роторами и половинчатыми кожухами в соединениях расположены уплотнения 32 решетчатого типа. К ротору 33 в кольцевом сферическом контуре в камерах сгорания поршня 34 присоединены болтами 35. В кольцевом сферическом контуре пневмокамер поршни 36 соединены с ротором 33 болтами 37. Решетчатое уплотнение 38 создает герметичность между камерой сгорания и внемокамерой в разъеме роторов. Свечи 39 подают высокое напряжение для воспламенения горючей смеси через контакты 40 в камерах сгорания. Компрессионные кольца 41 создают уплотнение компрессии сгораемых газов в камерах сгорания, а кольца 42 уплотнение в пневмокамерах. Сепаратор и шайба удерживают ролики 14 от осевого и радиального выпадания.

Для повышения прочности конструкции роторов и улучшения синхронизации вращения роторов и половинчатых кожухов предлагается дополнительное шестеренчатое соединение (фиг. 4), где поршни 34 камер сгораний и поршни 36 пневмокамер цельно изготовлены с ротором 33 в шахматном порядке. При этом к конструкции цельного ротора к поршням присоединены бобышки, удерживающие компрессионные кольца.

Для повышение компрессии в разъемах роторов между камерами сгораний и исключения воспламенения подаваемой горючей смеси в пустотелых половинчатых кожухах, в данной схеме имеются дополнительные вкладыши 45 скольжения (фиг. 3). Обгонные ролики 14 видоизменены и вращают крестовины 46 вокруг неподвижной оси (не показана). Конические шестерни 47 создают взаимодействие роторов и половинчатых кожухов.

Для улучшения газообмена двигателя перепускные окна д. ж, и, к, н, г видоизменены. При этом стенки роторов и форма половинчатых кожухов имеют сферические выпуклые и вогнутые кольцевые поверхности, что уменьшает вес и увеличивает прочность роторного двигателя. Возможно синхронное дополнительное шестеренчатое жесткое соединение с ротором 33, где крестовина 46 расположена на шлицах втулки ротора. Такое соединение обеспечивает улучшенную синхронизацию вращения роторов с половинчатыми кожухами, улучшенный газообмен и воспламенение горючей смеси (фиг. 5).

Возможное соединение поршня с ротором (фиг. 6 и 7) позволяет упростить сборку и изготовление роторов. Поршень 29 выполнен с коническим хвостовиком в виде ласточкиного хвоста. Конический хвостовик данного соединения как бы вкручивается в ротор 27 и обеспечивает жесткое соединение. Для гашения ударов роторов в момент остановки и глушения выхлопных газов предлагаются дополнительные камеры гашения (фиг. 8 и 9). Поршни 48 камер гашения, соединенные с амортизаторами 49, обеспечивают дополнительно глушение выхлопных газов и газообмен через канал г, д. Компрессионные кольца 50 и амортизаторы 49 создают компрессию в камерах гашения и глушения выхлопных газов.

Для улучшения компрессии в соединении роторов с половинчатыми кожухами выполнено решетчатое уплотнение 32 (фиг. 10, 11 и 12), подпружиненное пружиной 51. Для создания электрической энергии для транспортного средства, подачи высокого напряжения к камерам сгораний к двигателю присоединен генератор 52 (фиг. 13) болтами 53 и квадратными коническими шайбами 54. Два контакта 55 (фиг. 14) обеспечивают подачу высокого напряжения для воспламенения горючей смеси в камерах сгорания.

Двигатель, состоящий из двух роторов 27 и 28, образующих камеры сгорания, пневмокамеры, камеры гашения и глушения выхлопных газов за счет кольцевых сферических вогнутых поверхностей, соединенных поршнями 29, 31, 34, 36 и 48, состоящий из двух половинчатых кожухов 2, 15, обеспечивающих газообмен в камерах роторов, работает следующим образом.

Роторы 27 и 33, соединяясь друг с другом, образуют восесь камер сгорания, восемь камер пневмодавления, восемь камер гашения и глушения выхлопных газов. Роторы создают периодическое вращение за счет подшипников 25 и 26 скольжения, расположенных на корпусе, обгонных роликов (муфт) 14 и дополнительных шестеренчатых соединений (фиг. 3 и 5), синхронно взаимодействуя с половинчатыми кожухами 2 и 15, образующими общий корпус и вращающимися в противоположном направлении. При взаимодействии роторов и половинчатых кожухов периодически открываются клапаны, выполненные в виде перепускных окон в, г, д камер внутреннего сгорания и перепускных окон, и, е, ж, к пневмокамер.

Половинчатые кожухи 2 и 15 выполнены пустотелыми с лопатками наддува, дополнительно создающими жесткость в корпусах и нагнетающими горючую смесь в камеры сгорания. При вращении двигателя горючая смесь подается через окна а крышки 6, проходит через пористый фильтр 7, разбрасывающий смесь на стенки крышки за счет центробежной силы, сепарируя пропускающий горючую смесь в виде газа канал б половинчатого кожуха 2 (см. направление, указанное стрелками), и через окна в, г половинчатого кожуха 15 нагнетается в камеры сгорания. При наличии восьми камер сгорания в двух камерах создается всасывание, в двух сжатие, в двух взрыв горючей смеси от воспламенения свечами 39, в двух происходит выхлоп отработанных газов. Взрывы, выхлопы, всасывание и сжатие чередуются в последующих двух камерах, расположенных друг напротив друга. В четырех пневмокамерах происходит одновременное нагнетание воздушной смеси, а в других четырех создается пневмодавление.

Роторный двигатель осуществляет синхронизацию вращения роторов и кожухов за счет шестеренчатых соединений. Синхронизация вращения роторов с кожухами осуществляется за счет расположения углового наклона перепускных окон газообмена кожухов и роторов, за счет дополнительной энергии сжатия и разрежения в момент их открывания. Пустотелые кожухи, образующие единый корпус с помощью болтового соединения, выполняют функции газораспределительного механизма, заменяя в традиционных двигателя распредвал с клапанным механизмом. Обгонные ролики служат для запуска двигателя и придания вращательного момента роторам в противоположном направлении вращению общего корпуса. На обгонные ролики 14 вмонтированы в клиновидные выемки и подпружинены пружинами.

При данном соединении ролики выполняют функции обгонной муфты, где внутренними и наружными частями служат роторы и кожухи. Для улучшения заклинивания роликов предлагается использовать дополнительный сепаратор, выполненный в виде змеевидной втулки с двусторонними многочисленными пазами. Стенки сепаратора выполнены с углами заклинивания. Устранение выпадания роликов обеспечивается шайбой. Установленный сепаратор (в сжатом состоянии) позволяет создать заклинивание своего профиля стенки одновременно с роликами.

На фиг. 5 обгонные ролики 14 обеспечивают вращение роторов в одном направлении, а ролики 22 обеспечивают вращение общего корпуса в противоположном направлении.

На фиг. 3 синхронизация вращения роторов с общим корпусом обеспечивается за счет шестеренчатых соединений, выполняющих функции сателлитов (принцип взаимодействия колес ведущего моста машин), где крестовины 46 создают интервальные вращательно-качающие движения.

На фиг. 5 синхронизация работы двигателя выполнена в соединении крестовины 46 с ротором 33. Одновременно крестовина удерживает ротор от осевого смещения. Синхронизация роторов с корпусом зависит от передаточного числа зубьев шестерен. Шестерни 47 выполнены с двойным коническим зацеплением зубьев. Зубьями малого диаметра коническая шестерня в зацеплении с ротором зубьями большого диаметра передает вращение корпусу.

При работе роторного двигателя с камерами внутреннего сгорания роторы вращаются периодически под углом 75-80^о, как бы догоняя друг друга. Одновременно общий корпус, выполненный из двух кожухов, поворачивается под углом 90^о. Повороты роторов с кожухами обеспечивают четырехтактное сгорание горючей смеси. Газообмен двигателя осуществляется в момент открывания перепускных окон.

Запуск двигателя осуществляется пусковым вытягивающим устройством. Изогнутый втягивающий шток круглой формы, закрепленный на одном из роторов, втягивается поочередно концами в электромагнитные катушки. Изогнутые катушки, выполненные по кольцевому контуру, соединены в блоки. Катушки замыкаются поочередно по мере втягивания изогнутого штока по принципу подачи электроэнергии для замыкания контактов на свечи. Замыкание катушек возможно блочное.

Двигатель заводится от дополнительного пневмодавления, подающегося в камеры сгорания или пневмокамеры через пропускные окна. В двух камерах сгорания одновременно происходит всасывание. Роторы поворачиваются за счет обгонных роликов и шестеренчатых соединений. Половинчатые кожухи создают газообмен и воспламенение в последующих камерах сгорания. Вращение роторов и половинчатых кожухов, соединенных с лопастным генератором, создает балансировку транспортного средства от резкого крена. Одновременно закрепленный генератор можно использовать как статор для заводки двигателя.

Возможность постоянного вращения роторов с противоположным вращением корпуса исключает возвратно-поступательное движение шатунно-кулисных механизмов. Выполнение перепускных окон в роторах и половинчатых кожухах исключает использование клапанно-распределительного механизма. Пневмокамеры, камеры внутреннего сгорания, камеры гашения и глушения выхлопных газов получены путем соединения двух роторов с кольцевым расположением камер с порнями. Синхронизация роторов с общим корпусом обеспечивается за счет шестеренчатых соединений. Генерация электроэнергии с дополнительным втягивающим пусковым устройством, обеспечение четырехкратного сгорания все эти перечисленные факторы улучшают экономичность, уменьшают вес, увеличивают КПД, долговечность двигателя, расширяют возможность преобразования энергии взрыва в энергию пневмодавления, позволяют использовать роторный двигатель как маховик с дополнительным получением балансировки для транспортного средства.

Использование: для транспортных средств, летательных аппаратов. Сущность изобретения: в тороидальной полости корпуса, имеющего окна подвода и отвода рабочей среды, размещены поршни, попарно закрепленные на концентричных роторах. В роторах выполнены две тороидальные полости, концентрично расположенные относительно неподвижной оси, в которых с образованием соответственно камеры сгорания и гашения размещены дополнительные поршни, закрепленные на разных роторах соосно в радиальном направлении основным поршням. В корпусе выполнены газоотводные каналы. 6 з. п. ф-лы, 14 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с окнами подвода и отвода рабочей среды и тороидальной полостью, в которой размещены поршни, попарно закрепленные на концентричных роторах, и механизм синхронизации, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности работы двигателя и повышения эффективности гашения энергии выхлопных газов, в роторах выполнены две дополнительные тороидальные полости, концентрично расположенные относительно неподвижной оси, в которых с образованием соответственно камеры сгорания и гашения размещены дополнительные поршни, закрепленные на разных роторах соосно в радиальном направлении с основными поршнями, а в корпусе выполнены газоотводные каналы. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения балансировки транспортного средства, корпус двигателя выполнен в виде двух соединенных между собой кожухов, взаимодействующих с роторами посредством обгонных муфт с возможностью вращения относительно роторов и неподвижной оси, а механизм синхронизации выполнен в виде двух крестовин, размещенных на ней с коническими шестернями, закрепленных на оси с возможностью одновременного взаимодействия посредством обгонных муфт с внутренними зубьями, выполненными на роторах и кожухах. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в роторах выполнена цилиндрическая полость, сообщенная с каналом для подвода смазывающей жидкости, выполненным в неподвижной оси. 4. Двигатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что он снабжен лабиринтными уплотнительными элементами, размещенными в торцевых зазорах между роторами и кожухами и выполненными в виде прерывистых кольцевых пазов, расположенных концентрично относительно оси. 5. Двигатель по пп.1 4, отличающийся тем, что двигатель снабжен пористым фильтром, выполненным в виде набора круглых сетчатых пластин, установленных с возможностью поворота на оси, расположенных со стороны окон подвода рабочей среды и соединенных с кожухом. 6. Двигатель по пп.2 5, отличающийся тем, что, с целью повышения давления нагнетания рабочей среды и упрочнения конструкции, кожухи со стороны роторов снабжены радиальными спиралевидными лопастями. 7. Двигатель по пп.1 6, отличающийся тем, что он снабжен соосно установленным генератором, корпус которого жестко соединен по наружному диаметру с кожухом двигателя.