РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F02B53/00 F01C1/63 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в транспортных машинах различного назначения, а также в военной технике.

Известна роторная машина, содержащая цилиндр, коаксиальные валы, лопасти, установленные на этих валах и образующие с цилиндром рабочие камеры. Коаксиальные валы соединены механизмом преобразования движения с выходным валом, а лопасти изготовлены заодно с коаксиальными валами (см. патент 33412560, кл. F 01 C /063, опубл. в 1986 г.). Недостатками вышеуказанной роторной машины являются следующие.

Если подать топливо между двумя роторами, как в рассматриваемом устройстве, то второй ротор будет вращаться в противоположную сторону по сравнению с первым, т.е. выходной вал будет стоять на месте. И во-вторых, большое количество уплотнителей будет снижать надежность работы, компрессии можно не достичь.

Частично указанных недостатков лишена роторная машина, выбранная в качестве прототипа, содержащая цилиндрический корпус с установленными в ней выхлопными патрубками, коаксиальные валы, ось которых совпадает с осью цилиндра, рабочую камеру, узел снятия противодавления задним ротором, представляющий собой два диска, имеющие храповики по своей окружности, выходной вал, уплотнитель (см. Авторское свидетельство N 43516, кл. F 01 C 1/00, опубл. 30.06.35). Однако известная роторная машина не может обеспечить экономичную и эффективную работу двигателя.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что роторная машина, содержащая цилиндрический корпус с установленными в ней выхлопными патрубками, коаксиальные валы, ось которых совпадает с осью цилиндра, рабочую камеру, узел снятия противодавления задним ротором, представляющий собой два диска, имеющие храповики по своей окружности, выходной вал, уплотнитель, причем рабочая камера выполнена кольцевой и представляет единое целое с одним коаксиальным валом, один ротор запрессован в кольцевую рабочую камеру, два диска узла противодавления задним ротором жестко связаны с храповыми колесами, насаженными на выходной вал, а каждый ротор жестко соединен с храповыми колесами, храповики которых жестко закреплены на основании роторной машины, причем на одном коаксиальном валу подвижно закреплено колесо узла сцепления роторов, внутренняя поверхность обода которого прорезиненная, причем четыре колеса, жестко связанные с помощью планок с коаксиальными валами, закреплены на уровне кромок роторов и подвижно касаются внутренней поверхности обода колеса, а колесо узла сцепления роторов подвижно связано с помощью ремня с выходным валом.

Данная конструкция представлена на фигурах, которые поясняют достижение цели. На фиг. 1 представлен общий вид всего устройства в сборе. Общий вид кольцевой рабочей камеры представлен позицией 1 с запрессованным первым ротором (см. фиг. 2), который запрессован между внутренней поверхностью кольцевой рабочей камеры 1 и наружной поверхностью трубки 4. Ротор 2 имеет уплотнительную канавку, в которой размещен уплотнитель 3, его конструкция показана на фиг. 3а. Он представляет собой две части, 4 и 5 (см. фиг. 3а), выполненные таким образом, что каждая часть может скользить относительно другой в фигурных вырезах и имеет на концах загиб. Между загибами ходит пружина 3, которая распирает уплотнительные части в разные стороны и одновременно крепко прижимает эти части к диску 2 (см. фиг. 3).

В трубку 4 (фиг. 2) садится со скользящей посадкой второй коаксиальный вал 1 (см. фиг. 3) со вторым ротором 3 (фиг. 3), который является единым целым с диском 2 (фиг. 3). Диск 2 (фиг. 3) имеет выточку под водяную рубашку охлаждения (фиг. 3). На поверхности диска 2 (фиг. 3) имеется окно 4 (фиг. 3), такое же окно 7 (фиг. 2) у второго ротора 3 (фиг. 3), расположенного на диске 2 (фиг. 3), более сложный уплотнитель 8 (фиг. 3), уплотняющий пространство между кольцевой рабочей камерой и наружной поверхностью ротора 3 (фиг. 3) и вторая часть уплотнителя уплотняет пространство между поверхностью диска кольцевой рабочей камеры 1 (фиг. 2) и боковой поверхностью второго ротора 3 (фиг. 3). И третья поверхность трубки 8 (фиг. 2) которой касается ротор 3 (фиг. 3) при посадке его в кольцевую рабочую камеру. Поэтому его конфигурация представляет букву "С". Уплотнитель состоит из двух частей 7 (фиг. 5а), каждая из которых скользит относительно другой под действием двух пружин 8 (фиг. 5а). Данный уплотнитель более сложной конфигурации по сравнению с первым, относящимся к ротору, запресованному в кольцевую рабочую камеру (см. фиг. 2).

Рассмотрим состав устройства в целом (см. фиг. 1).

На фиг. 1 представлена конструкция роторно-поршневого двигателя. Позицией 1 представлена кольцевая рабочая камера, являющаяся единым целым с полым валом-трубкой 2. Эта кольцевая камера имеет выточку под водяную рубашку.

В данную трубку введен целиковый (сплошной вал 3), являющийся единым целым с диском, с водяной рубашкой охлаждения 4. В эти пазы (для рубашек водяного охлаждения) вставлены справа и слева конструкции 5, 6, в которые заливается вода охлаждения, имеющие фланцы, которыми соединяются с корпусом внешнего, неподвижного барабана 7, с помощью винтов 8. К данным конструкциям крепятся с помощью пайки левая и правая щечки 9, 10, показанные на фиг. 6 (см. фиг. 5), к которым жестко крепятся выхлопные патрубки 2, 3, 4, 6, продувочные трубы 3 (фиг. 5), форсунки и свечи. Такие же самые отверстия, такой же конфигурации, сделаны на тонких перегородках кольцевой рабочей камеры и диска второго ротора. Они соединяются друг с другом специальными трубками с помощью пайки (на схеме не показаны). Например, отверстие форсунки на боковой щечке соединяется с таким же отверстием в перегородке кольцевой рабочей камеры с помощью трубки. Это необходимо для того, чтобы в полость кольцевой рабочей камеры не попадала вода охлаждения.

На целиковом валу 3 (фиг. 1) и на трубчатом валу 2 (фиг. 1) жестко посажены храповые колеса 11, 12 с косыми зубьями, позволяющими им вращаться по часовой стрелке 9 (фиг. 4). Рядом с храповыми колесами посажены жестко на валы колеса 13, 14 для снятия противодавления второго по ходу вращения ротора 13 (фиг. 4). Эти колеса также соединяются с помощью зубчатой передачи с соединительными храповыми колесами 15, 16 (фиг. 1) выходного вала 17 (фиг. 1). Храповики 10 вращаются на осях на спец.колесе 13 (фиг. 4). Храповики 10 (фиг. 4) подпружинены пружинами 11 (фиг. 4).

Когда ротор вращается по часовой стрелке, он вращает вал 14 (фиг. 4).

Выходной вал 17 (фиг. 1) сидит в подшипниках 21 (фиг. 1).

Подшипники 21 жестко крепятся на основании 20 (фиг. 1).

По всей окружности неподвижного барабана 7 показана круговая рубашка охлаждения 22, закрытая обоймой 23 (фиг. 1). Храповые зубцы храповых колес 11, 12 показаны позицией 10 (фиг. 4). На фиг. 4 показан барабан в разрезе, где цифрой 1 показан один ротор, а цифрой 2 - второй ротор. Цифрами 5, 6 показаны окна одного и второго ротора, сделанные на дисках кольцевой рабочей камеры и втором диске, цифрами 7, 8 обозначены две форсунки. Цифрой 3 обозначена труба, на которую крепится ротор 1. Цифрой 4 показана кольцевая рабочая камера. Цифрой 9 - зубья храпового колеса, 10 - храповики, колеса с храповиками 13. Цифрой 11 - пружины. Цифрой 12 - храповик храпового колеса. Цифрой 14 обозначен выходной вал. Цифрой 15 показано храповое колесо приводного вала.

На фиг. 8 показан узел сцепления роторов. Он состоит из диска 1 с обрезиненным внутренним ободом 2, которого касаются четыре колеса 3, 4, 7, 8 подвижно закрепленные на планках 3, 6. Оси колес показаны цифрами 14, 16, они закреплены в подшипниках 15, 13. Колеса обрезинены. Диск узла сцепления имеет фланец 12 с выточкой по кругу, на которую надет шкиф 17, соединяющий колесо 18 с выточкой и установленный жестко на выходном валу 19. Диск 1 узла сцепления подвижно насажен на целиковый коаксиальный вал 10 с помощью подшипника 11.

Планка 3 с колесами 4, 5 жестко связаны с верхним трубчатым коаксиальным валом 9, а планка 6 жестко связана со вторым коаксиальным валом 10.

На фиг.7 показано четыре положения роторов за один оборот. Эта диафрагма работы позволяет понять работу роторов в каждом из четырех моментов воспламенения смеси. Каждый ротор заштрихован определенным образом. Первый момент сжатия обозначен римской цифрой 1, на нем показан момент сжатия газов между неподвижным первым ротором и вращающимся вторым. Кружком показана работающая форсунка, относящаяся к диску данного ротора. Цифрой 24 обозначено колесо пуска (фиг. 1). Цифрой 25 - узел сцепления. Вращение роторов показано по часовой стрелке.

Работа устройства заключается в следующем.

При установке одного ротора неподвижно напротив одного из четырех положений сжатия топлива воздушной смеси с помощью диска пуска 1 с выемкой, когда в выемку зайдет колесо 2 под действием тяги с пружиной 3 (см. фиг. 7а), второй ротору вращаясь (по часовой стрелке) в сторону неподвижного ротора 1, сожмет топливовоздушную смесь, и первый ротор (ранее стоявший неподвижно) начнет вращение, а задний (второй по ходу вращения) останется неподвижным и будет являться одной из четырех стенок кольцевой рабочей камеры за счет противодавления газов.

При подходе ротора 2 к первому ротору окно на его диске, например 5, попеременно отрывает выхлопной патрубок своей левой щечки, установленной на неподвижном барабане справа (см. фиг. 1) поз. 4 (см. фиг. 6). Происходит выхлоп отработанных газов, находящихся за роторами. Газ между роторами продолжает гнать этот ротор. Далее диск ротора через свое окно подключает продувочное отверстие левой щечки, поз. 3. Полость продувается свежим воздухом от компрессора, и поступает одновременно с этим нужное количество воздуха. Продувка осуществляется при совпадении окна ротора с окном левой щечки и отверстием продувочного отверстия 3. Далее при вращении данного ротора (см. фиг. 6) окно ротора подключает отверстие форсунки 2 и топливный насос впрыскивает топливо через данную форсунку. Затем сжатое топливо с воздухом переходит напротив свечи, которая воспламеняет его. Сжатое топливо подтягивается к свече с помощью узла сцепления роторов 25 (см. фиг. 1).

Рассмотрим следующий второй момент II (см. фиг. 7).

После воспламенения топливовоздушной смеси между роторами (см. линию сжатия во втором случае) ротор N 1 подходит под заднюю кромку неподвижного ротора N 2, смесь воспламеняется в результате сжатия топлива между двумя роторами, неподвижный ранее ротор N 2 начинает вращение, а ротор N 1 становится неподвижным. Ротор N 1 становится неподвижным за счет своего храпового колеса, насаженного на свой коаксиальный вал. Храповые колеса 11, 12 (см. фиг. 1) позволяют вращаться в одну сторону (по часовой стрелке) за счет определенным образом расположенных храповиков 18, 18 (см. фиг. 1).

Рассмотрим 3-й момент вращения роторов.

Ротор N 2, вращаясь, подходит к задней кромке неподвижного ротора N 1 (см. фиг. 4), происходит выхлоп отработанного газа, далее продувка свежим воздухом и впуск форсункой топлива от топливного насоса (см. фиг. 5, 6). Далее происходит сжатие топливовоздушной смеси и затем воспламенение топлива свечой. Ротор N 1 начинает вращаться, а ротор N 2 становится неподвижным (фиг. 4). Далее вращающийся ротор N 1 подходит к задней поверхности ротора N 2, осуществляется процесс выхлопа отработанного газа, продувка и впуск топлива, а также осуществляется сжатие и воспламенение топлива, таким образом, рассмотренный 4-й момент работы роторов (см. фиг. 7) позволяет перейти к первому моменту, и цикл повторяется.

В результате анализа работы роторов с помощью диаграммы, приведенной на фиг. 7, можно сделать вывод, что всего в работе имеются четыре форсунки, две относятся к первому ротору, две - ко второму. Две форсунки установлены на левой щечке (поз. 2, фиг. 6), две - на правой (поз. 3, фиг. 5).

За один оборот проходит четыре воспламенения (по сравнению с поршневыми машинами, где за один оборот происходит один рабочий ход, одно воспламенение.

Таким образом, данный двигатель в четыре раза мощнее поршневого при меньшем весе. Нет коленчатого вала, шатунно-кривошипных групп, пружинно-механических клапанов. Впуск топлива и выхлоп отработанных газов осуществляется через окна 7, 8 (фиг. 4). Далее также экономится вес на ликвидации цилиндров.

Рассмотрим работу узла сцепления роторов (фиг. 8). Дело в том, что сжатая смесь топлива с фардуком должна воспламениться, а свечой, установленной в 4-х местах воспламенения, для этого эта зона сжатого газа должна подъехать к свече в момент поджига топлива, поэтому имеется система сцепления роторов, которые вместе связаны с колесами 4, 5 (фиг. 8), они после своего соприкосновения за счет давления отработанного газа цепляются обрезиненной внутренней поверхностью диска 1.

По образованной внутренней поверхности 2, диска 1 (фиг. 8) узлы сцепления могут обкатывать колеса 4, 5, 7, 8 до момента соприкосновения, а далее уже идет сцепление этих колес и, следовательно, роторов за счет вращающегося диска сцепления 1, который с помощью ремня 17 и колеса 18 соединен с выходным валом 19 через шкив 18. Колеса 4, 5, 7, 8 подвижно через подшипники 15 насажены на осях 16 на спец.планки 3, 6 (фиг. 8), которые жестко связаны с коаксиальными валами 9, 10 (см. фиг. 8).

На фиг. 1 показан узел снятия противодавления задним по ходу вращения ротором. На каждом коаксиальном валу имеется жестко посаженное колесо с храповиками 13, 14 (фиг. 1), входящее в зацепление с храповыми колесами 15, 16 (фиг. 1), жестко посаженными на выходной вал, когда колеса с храповиками вращаются, храповики под действием пружин 11 (фиг. 4) плотно прилегают к наклонным зубцам (фиг. 4) храповых колес 15, 16 и толкают колеса и вращают выходной вал 16, причем колеса с храповиками вращаются поочередно. Когда один ротор вращается (первый по ходу вращения), задний стоит на месте, следовательно, и первый коаксиальный вал вращается, второй стоит на месте, но задний ротор не тормозит вращение выходного вала 17 (фиг. 1), так как храповики на стоящем колесе скользят по зубцам храпового колеса, состоящего с ним в зацеплении. Это видно из фиг. 1. Таким образом, несмотря на то, что задний ротор стоит (за счет своего храпового колеса и храповика) он не тормозит выходной вал. Отсутствие такого узла в схеме не позволяет осуществить работу двигателя роторно-поршневого типа при подаче топлива между роторами.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в транспортных машинах различного назначения. Изобретение позволяет повысить надежность работы двигателя. Роторная машина содержит цилиндрический корпус с установленными в ней выхлопными патрубками, свечами зажигания топлива, коаксиальные валы, ось которых совпадает с осью цилиндра, рабочую камеру. Узел снятия противодавления задним ротором представляет собой два диска, имеющие храповики по своей окружности, выходной вал, уплотнитель. Рабочая камера выполнена кольцевой и представляет единое целое с одним коаксиальным валом. Один ротор запрессован в кольцевую рабочую камеру. Два диска узла противодавления задним ротором жестко связаны с храповыми колесами, насаженными на выходной вал. Каждый ротор жестко соединен с храповыми колесами, храповики которых жестко закреплены на основании роторной машины. На одном коаксиальном валу подвижно закреплено колесо узла сцепления роторов, внутренняя поверхность обода которого прорезиненная. Четыре колеса, жестко связанные с помощью планок с коаксиальными валами, закреплены на уровне кромок роторов и подвижно касаются внутренней поверхности обода колеса. Колесо узла сцепления роторов подвижно связано с помощью ремня с выходным валом. 8 ил.

Роторная машина, содержащая цилиндрический корпус с установленным в ней выхлопными патрубками, коаксиальные валы, ось которых совпадает с осью цилиндра, рабочую камеру, узел снятия противодавления задним ротором, представляющий собой два диска, имеющие храповики по своей окружности, выходной вал, уплотнитель, отличающаяся тем, что рабочая камера выполнена кольцевой и представляет единое целое с одним коаксиальным валом, один ротор запрессован в кольцевую рабочую камеру, два диска узла противодавления задним ротором жестко связаны с храповыми колесами, насаженными на выходной вал, а каждый ротор жестко соединен с храповыми колесами, храповики которых жестко закреплены на основании роторной машины, причем на одном коаксиальному валу подвижно закреплено колесо узла сцепления роторов, внутренняя поверхность обода которого прорезиненная, причем четыре колеса, жестко связанные с помощью планок с коаксиальными валами, закреплены на уровне кромок роторов и подвижно касаются внутренней поверхности обода колеса, а колеса узла сцепления роторов подвижно связано с помощью ремня с выходным валом.