РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F01C1/00 F02B53/00 

Использование: изобретение относится к роторным машинам объемного расширения, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Сущность изобретения: в сферических рабочих полостях единого корпуса наклонно и симметрично, V-образно, располагаются опирающиеся на корпус вращающиеся компрессионные разделительные диски с радиально расположенными осеобразными вкладышами, позволяющими лопаткам, жестко закрепленным на горизонтальной части ротора, состоящего из кинетических и сферических элементов, сопряжаемых с диском, пронизывать диск при вращении сложного ротора. Наклонные разделительные диски своими боковыми поверхностями перекатываются по коническим поверхностям, размагничивая зоны компрессии каждой пары смежных компрессионных полостей, а так как линии соприкосновения оппозитны, канал в корпусе между симметричными частями блока машины минимален. По этим же линиям соприкосновения корневые части лопаток приводят во вращение разделительные диски. Центробежные силы масс лопаток воспринимаются заделкой в сферических и конических элементах ротора, и поэтому трение лопаток по зеркалу рабочих полостей корпуса минимально, что совместно с малой массой возвратно-поступательно движущихся (качающихся) вкладышей приводит к повышению надежности и КПД машины.

Известны роторные компрессионные машины, содержащие корпус-статор со сферической рабочей полостью и ротор, состоящий из оси со сферическим утолщением и сопряженными с ним и со сферической рабочей полостью конических элементов с прорезями для радиально расположенных и входящих в прорези лопаток, укрепленных на радиальных осях разделительного (компрессионного) диска. Диск укреплен либо на корпусе [1], либо на сферическом утолщении оси ротора [2] (прототип).

Недостатком этих машин является перемещение лопаток, входящих в прорези конических элементов, что приводит к потерям на трение, неравномерному истиранию пар лопатка-прорезь, знакопеременным ускорениям масс качающихся лопаток. Кроме того, эти машины моноблочны.

В предлагаемой машине эти недостатки устранены тем, что лопатки жестко укреплены на горизонтальной части ротора, а сквозь наклонные части ротора перемещаются (при вращении сложного ротора) в осеобразных радиальных вкладышах, снабженных уплотнением и способных к повороту на угол, равный двойному углу наклона компрессионного диска. V-образность расположения разделительных дисков позволяет образовать ряд симметричных оппозитных взаимозависимых секций, каждая пара которых, соединенная коротким перепускным каналом в корпусе, является блоком соосного двигателя внутреннего сгорания в едином корпусе и на едином горизонтальном роторе.

На иллюстрациях представлен один блок такого двигателя, состоящий из двух секций компрессионных роторных машин предлагаемого типа.

На фиг.1 представлен продольный разрез по А-А предлагаемого двигателя (с целью ясности чертежа условно показано вдвое меньшее количество лопаток, чем в сеч. В-В, в правой части изображения разрез сделан только по корпусу).

На фиг.2 представлено поперечное сечение двигателя В-В.

На фиг.3 представлено пересечение компрессионного диска лопаткой с помощью осеобразных вкладышей.

Предлагаемый двигатель содержит корпус-статор 1 со сферическими (являющимися частями сфер) рабочими полостями. Внутри корпуса-статора установлен ротор, состоящий из горизонтальной и наклонных частей. Горизонтальная часть ротора состоит из последовательного набора конических 2 и сферических 3 элементов, укрепленных на единой оси 4, и радиальных лопаток (перегородок) 5, жестко соединенных с коническими 2 и сферическими 3 элементами в единую конструкцию горизонтального ротора на оси 4. Наклонные части ротора представляют собой плоские диски 6, установленные на корпусе 1 и сопряженные с коническими 2 (углом наклона) и сферическими 3 элементами. Наклонные компрессионные диски 6 снабжены осеобразными (поворотными, качающимися) вкладышами 7, сопряженными с лопатками 5. Корпус-статор 1 снабжен окнами всасывания топлива 8 и выхлопа продуктов сгорания 9, а также короткими перепускными каналами 10, соединяющими компрессорные и двигательные части машины.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

При вращении вала 4 с укрепленными на нем сферическими 3, коническими 2 и жестко соединенными с ними лопатками 5, наклонные диски 6, перекатываясь по конической поверхности элемента 2, разграничивают зоны компрессии каждой пары компрессионных полостей и приводятся во вращение корневыми частями лопаток по линии контакта конус-диск. При вращении сложного ротора лопатки 5 перемещаются сквозь осеобразные вкладыши 7 дисков 6, образуя таким образом периодически изменяемые по объему подвижные камеры, ограниченные сферическими полостями корпуса, сферическими элементами, лопатками и наклонными дисками, создающими компрессию. Наличие окон всасывания 8 и выхлопа 9, а также коротких перепускных окон (каналов) 10 на корпусе, соединяющих зоны компрессии смежных секций, образуют блоки соосного четырехкратного двигателя внутреннего сгорания. В правой части (по фиг.1) машины происходит всасывание топлива в камеру через окно 8 (такт всасывания), затем, после прохождения камерой окна 8, происходит сжатие топлива в замкнутом объеме (такт сжатия) по достижении окна (перепускного канала) 10, по которому происходит, до контакта компрессионного диска с конической поверхностью элемента 2, принудительный перепуск сжатого топлива в минимальный объем левой (по фиг. 1) части блока с одновременным зажиганием топлива. После прохождения камерой окна 10 происходит работа расширения сжигаемого топлива в замкнутом объеме камеры и, благодаря разнице площадей смежных лопаток, возникает крутящий момент на валу 4 (рабочий ход) с последующим принудительным выбросом продуктов сгорания по достижении камерой окна выхлопа 9 (такт выхлопа).

Эти циклические процессы последовательно протекают во всех камерах как левой, так и правой частей блоков машины, вместе обеспечивая четыре такта двигателя внутреннего сгорания для каждой пары симметричных камер каждого блока за один оборот оси двигателя.

Источники информации
1. Патент РФ N 2062327 от 20 июня 1996 г.

2. Патент РФ N 2102613 от 20 января 1998 г. (прототип).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания на основе машин объемного расширения. Изобретение позволяет реализовать высокооборотный многосекционный соосный роторный ДВС высокой надежности и КПД. Роторная компрессионная машина содержит корпус-статор с соответствующими окнами всасывания, перепуска и выхлопа, со сферической рабочей полостью и ротор. На сферическом утолщении ротора расположен распределительный диск, снабженный качающимися лопатками, входящими в прорези чашек вкладышей. Все компоненты горизонтальной части ротора - вал, конические, сферические элементы, жестко с ними соединенные лопатки объединены в одну деталь. Наклонные части ротора, установленные на корпусе, сопряженные со сферическими элементами горизонтальной части ротора и создающие компрессию, перекатываются своими боковыми поверхностями по коническим элементам, разграничивая компрессионные зоны смежных полей, и, будучи размещены V-образно, позволяют соединить коротким перепускным каналом в корпусе смежные секции машины в блоки четырехтактного ДВС. Корневые части лопаток по линии контакта диск-конус приводят во вращение разделительные диски, а для перемещения лопаток сквозь диск устроены сопряженные с лопатками радиальные осеобразные качающиеся вкладыши, снабженные уплотнениями. 3 ил.

Роторная компрессионная машина (например двигатель внутреннего сгорания), содержащая корпус-статор с соответствующими окнами всасывания, перепуска и выхлопа, со сферической рабочей полостью и ротор, на сферическом утолщении которого расположен разделительный диск, снабженный качающимися лопатками, входящими в прорези чашек вкладышей, конические поверхности которых находятся в контакте с боковыми поверхностями диска с соответствующими корневыми частями лопаток, отличающаяся тем, что лопатки, сферические и конические элементы горизонтальной части ротора жестко соединены, а наклонные компрессионные диски ротора, установленные на корпусе, имеют сопряженные с лопатками, осеобразные вкладыши с уплотнениями для перемещения лопаток сквозь диск, причем диски ротора располагаются V-образно, находясь в контакте с коническими элементами и будучи сопряжены со сферическими элементами горизонтальной части ротора.