РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЖУРИЛОВА В.Д. Российский патент 1998 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении.

Известен роторный двигатель, состоящий из цилиндрической камеры с равносторонним треугольным сечением, в углах расположения расширения, образующие три камеры сгорания, а также из ротора чечевицеобразного сечения, при вращении непрерывно делящего объем камеры на три части, эксцентрика, сидящего на конце полого вала, лежащего на оси симметрии камеры. Через полости вала и эксцентрика поступает рабочая смесь. Перегородки в полости эксцентрика, каналы в роторе и выпускные окна в камере позволяют при обкатке камеры ротором совершаться впуску и выпуску. Ось симметрии ротора при обкатке движется по окружности с центром на оси вала. За полный оборот вала в камере осуществляется три четырехтактных цикла. Этот аналог принят за прототип [2].

У прототипа имеются следующие серьезные недостатки:
1. Изощренная фигурация перегородок и каналов, усложняющая технологию, не позволяет довести до нужной степени чистоты обработку продувочной системы, что неминуемо вызывает турбулентность потоков и ухудшение рабочих характеристик.

2. Термически напряженный режим ротора, обусловленный перегревом одной стороны и охлаждением всасывающим потоком другой.

3. Конструктивная невозможность охлаждения ротора.

4. Особенность конструкции, исключающая объединение двух и более роторов в одном блоке.

Указанные недостатки лишают двигатель перспективы.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, отмеченных в прототипе, следующим путем:
1. Установка ротора на свободно вращающуюся эксцентриковую втулку, для получения возможности использования планетарной зубчатой передачи вращения ротора на вал отбора мощности.

2. Применение дисковой системы газораспределения с прямым приводом от рабочей шестерни вала.

3. Указанные изменения открывают возможность для применения традиционных способов охлаждения ротора, уравновешивания и комплектации многороторных двигателей.

К сказанному необходимо пояснение. В двигателях с неподвижным корпусом вал отбора мощности, проходящий через центр рабочей полости, имеет эксцентрик, на котором вращается ротор. Ротор и эксцентриковый вал вращается в одном направлении в эпитрохоидных схемах с внутренней огибающей и гипотрохоидных с внешней огибающей и в противоположных направлениях - в гипотрохоидных схемах с внутренней огибающей (предлагаемая схема) и эпитрохоидных с внешней огибающей. Исследованиями рассматривался эксцентриковый вал, т.е. эксцентрик, жестко связанный с валом. В этом случае применение в гипотрохоидной схеме с внутренней огибающей планетарной передачи невозможно. Для решения проблемы необходимо отделить эксцентрик от вала, т.е. применить свободно вращающуюся эксцентриковую втулку, на которой и будет встречно вращаться ротор. Предлагаемая гипотроходная схема отвечает условию
Z/R = Z/Z+1,
определяющему работоспособность контура полости РПД, где r - радиус малой шестерни (вала); R - радиус большой шестерни (ротора); Z - число вершин ротора.

На фиг. 1 представлен продольный (по оси вала) разрез, поясняющий расположение основных деталей двигателя; на фиг.2 - поперечный разрез, выполненный со смещением среза в осевой плоскости, поясняющий кинематику двигателя (верхний срез) и системы газораспределения (нижний срез).

Роторный двигатель, состоит из корпуса 1 с цилиндрической равностороннего треугольника сечения рабочей камерой, в углах расположены расширения, образующие три камеры сгорания, а также ротора 2 эллипсного сечения, при вращении непрерывно делящего объем камеры на три части. Ротор 2 кинематически связан с валом отбора мощности 3 планетарным механизмом, состоящим из шестерней 4 внутреннего зацепления, расположенных на торцах (в геометрических центрах) ротора 2 и находящихся с ними в постоянном зацеплении рабочих шестерней 5 (далее - силовые шестерни), жестко насаженных на вал 3. Ротор 2 установлен на эксцентриковую втулку 6, свободно расположенную на валу 3. На вал отбора мощности 3 такой жесткой насажены шестерни 7 (далее - приводные шестерни) привода газообмена, кинематически связанные с шестернями - заслонками 8, установленными в кассетах 10 и имеющими в соответствующих секторах окна 9.

Важное условие, обеспечивающее работоспособность предлагаемой системы газораспределения, является то, что угловая скорость шестерни-заслонки 8 должна соответствовать угловой скорости ротора 2. Поэтому отношение радиусов (и число зубьев) шестерни 4 ротора 2 к шестерне 5 вала 3 и, соответственно, шестерни-заслонки 8 к приводной шестерне 7 должно быть 0,3:2. Ротор 2, вращаясь по часовой стрелке на эксцентриковой втулке 6, через планетарную передачу (шестерня 4 ротора 2 - малая силовая шестерня 5 вала 3) передает вращение на вал отбора мощности. Приводная шестерня 7 газораспределения, жестко установленная на валу 3, вращаясь с последним, одновременно, передает вращение шестерне-заслонке 8. Каждая заслонка 8 имеющим окном 9, периодически совмещаясь с камерой сгорания, осуществляет впуск (всасывание в камеру сгорания) рабочей смеси. Так функционирует весь ряд-блок всасывания. Аналогично с другой стороны (с другого торца) ротора 2 функционирует блок выхлопа, оснащенный идентичными смещениями по отношению к заслонкам впуска на пол-оборота ротора.

Таким образом, в каждой камере сгорания за один оборот ротора совершается полный четырехтактный рабочий цикл.

Использование данной конструкции системы газораспределения, позволяющей применение масляного охлаждения ротора, способствует снятию термически напряженного режима ротора, уравновешиванию и созданию многороторных двигателей. Он обладает низкой материалоемкостью, близкой к уровню двигателей Ванкеля. Кроме того, гипотрохоидный двигатель работает более равномерно, а рабочие циклы традиционно совершаются в одной камере сгорания, как и в поршневых двигателях.

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: роторный двигатель содержит статор 1 с впускными и выпускными каналами, имеющий полость треугольного сечения с камерами сгорания, расположенными в вершинах полости 7, ротор 2, установленный в полости статора 1 на эксцентрике 6 рабочего вала 3, и средства регулирования газообмена, и снабжен силовой планетарной передачей, выполненной в виде двух пар шестерен 5, одна из которых - внешнего зацепления - установлена на рабочем валу 3, а другая - внутреннего зацепления - установлена на роторе 2. Ротор имеет эллипсный профиль. Средства регулирования газообмена состоят из плоских дисковых вращающихся золотников, обрамленных зубчатым венцом, установленных в кассетах и кинематически связанных с рабочим валом шестеренным приводом. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Роторный двигатель, содержащий статор с впускными и выпускными каналами, полостью треугольного сечения и камерами сгорания, расположенными в вершинах полости, рабочий вал с эксцентриком, ротор, установленный в полости корпуса на эксцентрике рабочего вала, и средства регулирования газообмена, отличающийся тем, что он снабжен силовой планетарной передачей, средства регулирования газообмена снабжены шестеренчатым приводом, эксцентрик выполнен в виде эксцентриковой втулки, размещенной с возможностью вращения на рабочем валу, силовая передача выполнена в виде двух пар шестерен, одна из которых внешнего зацепления установлена на рабочем валу, а другая внутреннего зацепления - на роторе, и ротор выполнен эллипсным. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что средства регулирования газообмена выполнена в виде плоских вращающихся золотников, установленных в кассетах и кинематически связанных шестеренчатым приводом с рабочим валом.