РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве привода транспортных средств.

Известен РПД Ванкеля (см. Ханин Н.С. "Автомобильные роторно-поршневые двигатели", М. , Машгиз, 1964), в котором трехгранный ротор располагается в эпитрохоидной расточке корпуса, оборудован зубчатым венцом внутреннего зацепления и расположен на эксцентриковом валу с кинематической связью венца ротора с неподвижной шестерней, закрепленной на корпусе. В пространстве, ограниченном эпитрохоидой, ротор совершает планетарное движение, вращаясь вокруг оси двигателя и вокруг собственной оси. Можно утверждать, что энергия рабочих газов преобразуется в два вида кинетической энергии - энергию собственного вращения ротора и энергию вращения ротора вокруг оси двигателя.

Недостатками РПД являются большие удельные нагрузки на эксцентриковом валу из-за малой величины плеча крутящего момента и неполное использование кинетической энергии ротора, так как мощность снимается только от кинетической энергии вращения ротора вокруг оси двигателя, вариант использования энергии собственного вращения ротора известен как планетарный механизм k - h - v (см. В.Н.Кудрявцев "Планетарные передачи", Л-д, "Машиностроение 1977 г., стр. 12); схемы на фиг. 2, фиг. 3, но в двигателе Ванкеля не используется.

Известен патент Англии N 994432, МКИ F 01 С, в котором ротор РПД с установленными на нем шестернями внешнего зацепления размещается на эксцентриковом валу, при этом шестерни входят в зацепление с зубчатыми венцами, закрепленными на корпусе, а дополнительно размещенные на роторе шестерни наружного или внутреннего зацепления кинематически связаны с зубчатыми колесами, закрепленными на выходном валу.

Из анализа патента видно, что образованная шестернями 11,14 и венцами 13,15 планетарная передача действительно замедляющая, но и передача, образованная шестерней 11, венцом 18 и венцом 13 и шестерней 17 также может быть только замедляющей, потому что передаточное отношение таких передач рассчитывается по формуле Z13 · Z14/Z11 · Z15 (см. В.Н.Кудрявцев "Планетарные передачи", Л-д, "Машиностроение", 1977, стр. 14 - 6 вариант, стр. 20 - 5,6 варианты). Действительно, ускорения на выходном валу получить невозможно, так как ротор, вращаясь вокруг оси двигателя по часовой стрелке, будет вращаться вокруг собственной оси против часовой стрелки, может произойти только вычитание скоростей, т.е. замедление.

Ошибочным является утверждение автора патента, что "трансмиссия может применяться как повышающая для привода компрессора...", т.е. запатентованное техническое решение неспособно обеспечить заявленную характеристику.

Цель изобретения - повышение КПД двигателя за счет суммирования кинетической энергии собственного вращения ротора и энергии вращения ротора вокруг оси двигателя, что достигается установкой на роторе зубчатого колеса, кинематически связанного с зубчатым венцом, закрепленным на валу двигателя, и образованный таким способом планетарный механизм, где ведущим колесом служит сателлит, передает на вал двигателя полную энергию ротора.

Перечень фигур чертежей:
Фиг. 1 - продольный разрез двигателя;
Фиг. 2 - схема двигателя Ванкеля;
Фиг. 3 - схема варианта двигателя Ванкеля;
Фиг. 4 - схема пневматического двигателя;
Фиг. 5 - схема пневматического двигателя;
Фиг. 6 - схема суммирующего механизма.

Двигатель на фиг. 1 состоит из корпуса 1 с эпитрохоидной расточкой, закрытого боковыми крышками 2 и 3 с расположенным в расточке многогранным ротором 4, оборудованным зубчатым венцом 5, входящим в зацепление с неподвижной шестерней 6, при этом установленное на роторе 4 зубчатое колесо 7 кинематически связано с зубчатым венцом 8, закрепленным на валу двигателя 9, на котором расположена с возможностью вращения эксцентричная втулка 10 и шестерня 11, связанная с венцом 12, установленным в балансире 13. Аналогично балансиру 13 может быть установлен второй балансир, не показанный на фиг. 1.

Анализируя кинематическую схему двигателя Ванкеля на фиг. 2, где a - неподвижная шестерня, b - венец ротора, h - эксцентриковый вал, Mh - крутящий момент двигателя и схему фиг. 3, где а - неподвижная шестерня, b - венец ротора, h - эксцентриковый вал, Mb - крутящий момент собственного вращения ротора, видно, что мощность с двигателя Ванкеля можно снимать двумя способами и с разными характеристиками, т.к. Mb = 3 · Mh за счет соотношения зубьев а: b= 2:3, потому-то за один оборот эксцентрикового вала ротор поворачивается вокруг своей оси только на 1/3 оборота.

Анализируя схему пневматического двигателя на фиг. 4, выполненного из деталей заявленного двигателя, где 4 - ротор, 10 - эксцентричная втулка, установленная с возможностью вращения на валу 9, а на втулке 10 способен вращаться ротор 4, видим, что сила рабочего газа одновременно поворачивает ротор вокруг своей оси и через ротор, как твердое тело, поворачивает эксцентричную втулку, особенно видно на фиг. 5, где ротор совершил поворот на 30 градусов вокруг своей оси относительно позиции, занимаемой ротором на фиг. 4.

Очень важно отметить, что движение ротора на схемах фиг. 4, фиг. 5 не связано с наличием неподвижной шестерни и зубчатого венца, потому что вершины ротора - суть точки производящего эпитрохоиду круга и они - вершины ротора - повторяют траекторию движения этих точек и за счет трения поворачивают ротор вокруг своей оси и вокруг оси двигателя.

Ванкель устанавливает в двигателе пару венец - шестерня с целью исключить трение вершин ротора по образующей, т.к. отмечено было, что ротор может совершать планетарное движение по траектории эпитрохоиды за счет скольжения вершин ротора по ней.

Заявленный двигатель работает следующим образом.

При планетарном движении ротора 4 в эпитрохоидной расточке корпуса 1, ротор 4 обкатывается по неподвижной шестерне 6 своим венцом 5 и, вращаясь на эксцентричной втулке 10, которая вращается на валу 9, за каждый оборот ротора вокруг оси двигателя зубчатым колесом 7 повернет зубчатый венец 8 на один оборот и одновременно, повернувшись вокруг своей оси на одну треть оборота, ротор повернет зубчатый венец 8 дополнительно на 1/4 оборота, т.к соотношение Z7:Z8 = 3:4 по условиям соосности.

Схема на фиг. 6 показывает, что установленное на роторе зубчатое колесо 7, вращаясь на эксцентричной втулке 10, которая в свою очередь вращается на валу 9, передает зубчатому венцу 8 собственное вращение и вращение вокруг оси двигателя без дополнительных устройств и приспособлений.

Таким образом, при движении ротора 4 зубчатому венцу 8 и связанному с ним валу двигателя будет передаваться мощность от вращения ротора вокруг своей оси и вокруг оси двигателя, что повысит КПД двигателя, а увеличение плеча приложения силы крутящих моментов, поскольку ось эксцентричной втулки 10 располагается внутри делительной окружности венца 8 позволит снизить удельные нагрузки в кинематических связях.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве привода транспортных средств. Изобретение позволяет повысить КПД двигателя. Ротор двигателя расположен на эксцентричной втулке с возможностью вращения втулки относительно ротора и вала двигателя и оборудован зубчатым колесом, кинематически связанным с зубчатым венцом, закрепленным на валу двигателя. Это позволяет суммировать на валу двигателя энергию вращения ротора вокруг оси двигателя и энергию вращения ротора вокруг собственной оси. 6 ил.

Роторно-поршневой двигатель, состоящий из корпуса с эпитрохоидной расточкой и размещенным в расточке многогранным ротором, установленным эксцентрично вала двигателя, с выполненным на роторе зубчатым венцом, кинематически связанным с неподвижной шестерней, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД двигателя, ротор оборудован дополнительно зубчатым колесом, кинематически связанным с зубчатым венцом, закрепленным на валу двигателя, и установлен на эксцентричной втулке, способной вращаться относительно ротора и вала двигателя.