РОТОЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F01C1/344 

Изобретение относится к двигателестроению и представляет собой ротолопастную конструкцию силового узла.

Из патентной литературы известен ротолопастной двигатель, содержащий корпус с криволинейной полостью, стенки которой описаны сопряженными между собой дугами разных радиусов, контактирующий с малым радиусом ротор с центральным каналом и прорезью, в последней размещена лопасть с периферийными роликами, торцевые крышки, выходной вал с фланцем, установленный в подшипниках, и впускные и выпускные окна с перепускными каналами.

Данный ротолопастной двигатель принят в качестве ближайшего аналога. К недостаткам можно отнести ненадежность крепления нагрузочных деталей, ненадежность уплотнения и смазки рабочих контактных поверхностей, сложная кинематика и большое количество деталей, традиционное размещение системы газораспределения, что не позволяет использовать его на полуосях транспортных средств.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение является устранение указанных выше недостатков.

Для этого известный ротолопастной двигатель, содержащий корпус с криволинейной полостью, стенки которой описаны сопряженными между собой дугами разных радиусов, контактирующий с малым радиусом ротор с центральным каналом и прорезью, в последней размещена лопасть с периферийными роликами, торцевые крышки, выходной вал с фланцем, установленный в подшипниках, и впускные и выпускные окна с перепускными каналами, согласно изобретению снабжен камерой сгорания, крыльчаткой, отстойником и разделительными перегородками, выполненными с отверстиями, равными диаметру ротора, и с уплотнительными кольцами, перегородки размещены в передней, средней и задней частях корпуса, противолежащие большой и малый радиусы стенок криволинейной полости имеют общий центр, совпадающий с центром ротора, а малый радиус стенки полости расположен в основании корпуса, при этом ротор жестко соединен с фланцем соосной полуоси и выполнен из соединенных стяжными болтами сегментов и фланцев и снабжен механизмом контактной смазки, расположенным в центральном канале и состоящим из прижатых к лопастям полукруглокоробчатых вкладышей с отверстиями, контактирующих с соосно расположенными втулками и пружинами, попарно размещенными в отверстиях фланцев, причем передняя крышка совмещена с кожухом полуоси, а задняя имеет осевые выступы посредством которых шарнирно соединена с кузовом транспортного средства, при этом на полуоси последовательно закреплены крыльчатка и отстойник, а впускной коллектор посредством внешнего трубопровода соединен с камерой сгорания.

Кроме того, в предложенном двигателе фланец полуоси соответствует диаметру ротора и выполнен с наклонными от втулок к подшипнику маслоканалами, а крыльчатка закреплена за подшипником с наружной стороны.

Кроме того, в предложенном двигателе полости в корпусе образованы соответственно передней и задней перегородками, соединенными с крышками, между которыми размещена средняя перегородка, а гнезда подшипников, крышек сообщены проходящей через ротор масляной магистралью.

Кроме того, в предложенном двигателе в заднем фланце ротора выполнен центральный разветвляющий канал, сообщенный с втулками, а в среднем фланце выполнены пересекающиеся в плоскости под углом 90^o каналы, сообщенные с втулками.

Кроме того, в предложенном двигателе камера сгорания установлена на впускных трубопроводах.

Кроме того, в предложенном двигателе лопасти снабжены Г образными уплотнителями, в которых размещены ролики, установленными с пластинчатыми пружинами в пазы, выполненные по периметру лопасти.

Кроме того, в предложенном двигателе в основании корпуса вдоль ротора выполнена канавка, в последней установлен фитиль, выполненный из термостойких волокон, при этом канавка сообщена с полостями подшипниковых гнезд.

Кроме того, в предложенном двигателе ротор снабжен пластинчатыми пружинами, размещенными между вкладышами и стенками канала ротора.

Кроме того, в предложенном двигателе прорези ротора соответствуют ширине секций и смещены относительно друг друга на угол 90^o, а лопасти размещены в роторе с возможностью постоянного контакта с криволинейной полостью.

На фиг. 1 показано размещение ротолопастных двигателей на полуосях ведущей оси в соединении с отделенной камерой сгорания (реактором) подвесным способом на трубопроводах. Пунктиром отмечена форма обычной ведущей оси для сравнения клиренсов. На фиг. 2 в плане показана одноколейная схема движения колес автомобиля, оснащенного полуосевыми ротолопастными двигателями. На фиг. 3 изображен поперечный разрез одной секции цилиндра с положениями лопасти в моменты начала и конца тактов "впуск-выпуск" при подводимом извне давлении. Пунктиром отмечены момент перекрытия окон лопастью и положение лопасти в соседней секции по отношению к правой, показанной в разрезе ротора, а контурными стрелками направление давления (сплошными стрелками показано вращение ротора и перемещение лопасти в исходное положение), причем контур внутреннего объема секции изображен шестью радиусами. На фиг. 4 изображен продольный разрез двигателя в соединении с полуосью, где двухсекционная конструкция показана с механизмами контактной смазки, циркулирующей через внешний маслоотстойник. Пунктиром отмечено положение в лопасти Г-образных уплотнителей.

Двигатель имеет упрощенное устройство с уклоном на значительное сокращение трансмиссионных связей, расширение идентификации деталей, более быстрое и точное изготовление цилиндро-поршневых групп с возможностью широкой взаимозамены.

В такой целевой проработке применена сборная на стяжных болтах конструкция, соединенная с полуосью 1 (фиг. 1) передней крышкой 2 цилиндра, выполненной заодно с кожухом полуоси. Цилиндр состоит из секций 3, объемы которых образованы исходящими из одной точки малым R и большим R₁ радиусами, соединенными в общем контуре переходными криволинейными площадками R₂, R₃, R₄, R₅. Задними крышками 4 цилиндров полуоси с двигателями установлены в составе общей ведущей оси на боковых выступах 5 в стойках днища автомобиля с возможностью крепления на направленных вверх трубопроводах 6 отделенной общей камеры сгорания (реактора) 7. Для питания реактора сжатым воздухом задние полуоси аналогично соединены с пневморекуператорами (компрессорами). По причине идентичности полуосевых двигателей ниже описывается устройство одного, состоящего из цилиндра двухсекционной конструкции, где стенки секций выполнены с соосными долевыми отверстиями 8, а объемы малыми радиусами стенок углублены в трапециевидное основание цилиндра, причем углублены между размещенными в основании щелевидными окнами механизма распределения, которые сообщены с направленными за переходные контуры объемов впускными 9 и выпускными 10 каналами с возможностью сообщения в парах (разветвления) боковыми отверстиями. Выходные отверстия парных каналов соединены через боковые наклонные стенки основания цилиндра с внешними трубопроводами, при этом впускные трубопроводы одеты в теплоизоляцию. Ротор выполнен с центровым каналом, состоит из соединенных стяжными болтами 11 составных звеньев: сегментов 12, установленных на расстоянии, и фланцев 13. Он углублен в объеме цилиндра в основание, в малые радиусы стенок и состоит с ними в контакте для возможности разделения объемов и перекрытия окон лопастями 14 и 15, т.е. побочного выполнения функций клапанно-распределительного механизма. Лопасти установлены скользящей посадкой в сегментах ротора одна относительно другой под углом 90^o для выхода из МТ в моментах перекрытия окон и имеют по периметру на боковых стенках канавки с запасованными в них составными Г-образными уплотнителями 16. Уплотнители 16 установлены в канавках на пружинах и обращены утолщенными сгибами в стороны контакта с большим и малым радиусами объемов. В долевых смещенных, но соосных отверстиях утолщений уплотнителей 16 размещены стержневые ролики обката 17 с возможностью опорного контакта с переходными криволинейными площадками объемов через открытые стороны. В осевом канале ротора лопасти охвачены с обеих сторон полукруглокоробчатыми вкладышами 18, состоящими открытыми плоскими сторонами в плотном скользящем контакте с лопастными поверхностями. Между полукруглыми сторонами вкладышей и стенками канала размещены пластинчатые пружины 19. Торцы вкладышей выполнены с отверстиями для прохода масла в их полости и контактно соединены с торцами подвижных втулок 20, запасованных плотной скользящей посадкой в поперечные отверстия фланцев ротора для создания комбинированной масляной магистрали. Передний фланец 21 ротора выполнен заодно с полуосью 22, а задний имеет осевой выступ. Этим выступом и полуосью ротор установлен на подшипниках в крышках цилиндра. В полости передней крышки на полуоси закреплена крыльчатка 23 с сальником для обеспечения циркуляции масла через наклонные в упомянутых осевом выступе и полуоси каналы, отходящие от поперечных отверстий фланцев, и канал 24, выполненный в плоскости среднего фланца ротора. Фланцы уплотнены в отверстиях боковых стенок 25 объемов кольцами, при этом боковые стенки, окружные стенки секций и крышки цилиндра выполнены с сообщающимися полостями 26. Для смазки переднего (полуосевого) подшипника наклонные каналы размещены веред ним, а крыльчатка за подшипником, где ее полость сообщена внешним маслоотводом 27 с отделенным отстойником 28, входящим в отстойник выше уровня масла. Для смазки запрессованного на осевой выступ фланца концевого подшипника наклонные каналы имеют выход через осевое отверстие выступа в его гнездо, закрытое с торцевой стороны заглушкой. Через эту заглушку объем отстойника и внешний маслопровод 29 сообщены с полостью упомянутого гнезда, а далее через магистраль ротора и передний подшипник с полостью крыльчатки. Клиренс ведущей оси, оснащенной полуосевыми ротолопастными двигателями, выше на половину картера 30 обычной, имеющей дифференциал.

Работа полуосевого ротолопастного двигателя следующая. При движении автомобиля, вырабатываемый полуосевыми пневморекуператорами другой (задней) оси сжатый воздух через накопители (баллоны) будет поступать в отделенную камеру сгорания (реактор), где при горении с компонентами топлива и воды объем его будет увеличиваться. Далее, вместе с давлением пара, поступающим от охлаждения реактора, энергонесущие газы по впускным трубопроводам 6 и каналам 9 будут распределяться по секциям цилиндра и заполнять подлопастные пространства лопастей 14 и 15, перемещая лопасти с вращением ротора на противоположные стороны, к выпускным каналам 10. От положения 14а лопасти при обкатывании стержневыми роликами 17 переходных криволинейных площадок R₂ и R₃ объемов будут перемещаться в сегментах ротора с уравнением бокового трения упором в эти радиусы, при этом выходящие на переходные криволинейные площадки R₄ и R₅ противоположные концы лопастей будут состоять с ними в плотном контакте, обеспечивающемся раздвижением пружинами компрессионных пластин 16. Работа лопастей двухсторонняя: одной стороной они испытывают давление, другой очищают цилиндр. Несмотря на повышенные инерционные нагрузки, в связи с которыми создаются необходимые обратные перемещения лопастей в роторе, сами перемещения по изложенным выше причинам будут свободными, способствующими хорошему уплотнению объемов компрессионными пластинами. Момент перекрытия окон цилиндра при установке лопастей в положение 31 будет происходить незаметно, так как в этот момент полного заполнения давлением объема той или иной секции цилиндра, а также подлопастного пространства со стороны впускного канала 9 и перпендикулярное положение лопасти в той или иной секции продолжат силовой ее поворот с ротором в том же направлении (отмечено на фиг. 3 сплошными стрелками), такая уравновешенная работа ротолопастного двигателя с учетом изготовления лопастей из легких материалов имеет все предпосылки динамических и оборотистых качеств в экономии топлива на 40% по сравнению с кривошипно-шатунными и другими силовыми устройствами той же мощности. По расчетам лопасти, смазывающиеся вкладышами 16 контактным способом, при перемещениях в роторе будут оставлять на сегментах 13 тонкий слой масла, которым будут смазываться Г-образные уплотнители 16 и стержневые в них ролики обката 17. Однако для надежности предусмотрена дополнительная смазка упомянутых деталей фитилем 32, изготовленным из термостойких волокон и размещенным под ротором в продольном пазу основания цилиндра. В процессе работы фитиль будет подпитываться проходящими к гнездам подшипников концами при смывании их маслом. При жидкостном охлаждении реактора и поступлении паро-газового давления в цилиндры двигателей ведущей оси охлаждение их может быть по ходу эксплуатации пневмопродувкой с направлением нагретого сжатого воздуха в реактор или колориферное устройство для обогрева салона автомобиля.

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: ротолопастной двигатель имеет камеру сгорания, крыльчатку, отстойник с разделительными перегородками. Перегородки выполнены с отверстиями, равными диаметру ротора, и с уплотнительными кольцами. Перегородки размещены в передней, средней и задней частях корпуса. Противолежащие большой и малый радиусы стенок криволинейной полости имеют общий центр, совпадающий с центром ротора. Малый радиус стенки полости расположен в основании корпуса. Ротор жестко соединен с фланцем соосной полуоси и выполнен из соединенных стяжными болтами сегментов и фланцев и снабжен механизмом контактной смазки. Данный механизм расположен в центральном канале и состоит из прижатых к лопастям полукруглокоробчатых вкладышей с отверстиями, контактирующих с соосно расположенными втулками и пружинами, попарно размещенными в отверстиях фланцев. Передняя крышка совмещена с кожухом полуоси, а задняя имеет осевые выступы, посредством которых шарнирно соединена с кузовом транспортного средства. На полуоси последовательно закреплены крыльчатка и отстойник. Впускной коллектор посредством внешнего трубопровода соединен с камерой сгорания. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ротолопастной двигатель, содержащий корпус с криволинейной полостью, стенки которой описаны сопряженными между собой дугами разных радиусов, контактирующий с малым радиусом ротор с центральным каналом и прорезью, в последней размещена лопасть с периферийными роликами, торцевые крышки, входной вал с фланцем, установленный в подшипниках, и впускные и выпускные окна с перепускными каналами, отличающийся тем, что двигатель снабжен камерой сгорания, крыльчаткой, отстойником и разделительными перегородками, выполненными с отверстиями, равными диаметру ротора, и с уплотнительными кольцами, перегородки размещены в передней, средней и задней частях корпуса, противолежащие большой и малый радиусы стенок криволинейной полости имеют общий центр, совпадающий с центром ротора, а малый радиус стенки полости расположен в основании корпуса, при этом ротор жестко соединен с фланцем соосной полуоси, выполнен из соединенных стяжными болтами сегментов и фланцев и снабжен механизмом контактной смазки, расположенным в центральном канале и состоящим из прижатых к лопастям полукруглокоробчатых вкладышей с отверстиями, контактирующих с соосно расположенными втулками и пружинами, попарно размещенными в отверстиях фланцев, причем передняя крышка совмещена с кожухом полуоси, а задняя имеет осевые выступы, посредством которых шарнирно соединена с кузовом транспортного средства, при этом на полуоси последовательно закреплены крыльчатка и отстойник, а впускной коллектор посредством внешнего трубопровода соединен с камерой сгорания. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что фланец полуоси соответствует диаметру ротора и выполнен с наклонными от втулок к подшипнику маслоканалами, а крыльчатка закреплена за подшипником с наружной стороны. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что полости в корпусе образованы соответственно передней и задней перегородками, соединенными с крышками, между которыми размещена средняя перегородка, а гнезда подшипников крышек сообщены проходящей через ротор масляной магистралью. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в заднем фланце ротора выполнен центральный разветвляющийся канал, сообщенный с втулками, а в среднем фланце выполнены пересекающиеся в полости под углом 90^o каналы, сообщенные с втулками. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания установлена на впускных трубопроводах. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что лопасти снабжены Г-образными уплотнителями, в которых размещены ролики, установленными с пластинчатыми пружинами в пазы, выполненные по периметру лопасти. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в основании корпуса вдоль ротора выполнена канавка, в последней установлен фитиль, выполненный из термостойких волокон, при этом канавка сообщена с полостями подшипниковых гнезд. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор снабжен пластинчатыми пружинами, размещенными между вкладышами и стенками канала ротора. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что прорези ротора соответствуют ширине секций и смещены относительно друг друга на угол 90^o, а лопасти размещены в роторе с возможностью постоянного контакта с криволинейной полостью.