ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02B53/00 F01C1/77 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к роторным двигателям с коаксиально расположенными элементами, кольцевое пространство между которыми плавно меняет свою величину.

Известные механизмы синхронизации известных роторных, лопастных двигателей основаны на переключении шестерен, храповиков, кулачков, установленных между турбинами и выходным валом. Широкому внедрению известных двигателей в промышленность препятствует механизм синхронизации вращения лопаток, поскольку не обеспечивается надежное уплотнение в рабочих камерах переменного объема.

Из патентной литературы (FR, патент 681342 A, кл. F 01 C 1/42, опубл. 13.05.1930 г.) известен двигатель, содержащий турбины с лопатками, установленными с возможностью вращения в общей закрытой полости, и выходной вал.

К недостаткам известного двигателя можно отнести то, что при образовании камер переменного объема возвратно-поступательным движением турбин их кинетическая энергия не переходит друг к другу, т.к. ускорения равнозначны, при которых если одна турбина ускоряется, то и другая тоже ускоряется, и обе одновременно замедляются. Применение промежуточного аккумулятора этой энергии усложняет конструкцию, при которой он потеряет работоспособность.

Совмещение деталей, имеющих разные функциональные назначения, а именно турбин с лопатками, установленных с возможностью вращения в общей закрытой полости с образованием камер переменного объема, и механизма синхронизации вращения лопаток приводит в дальнейшем к потере работоспособности, герметичности и биению на валах.

Известна подвижная центроида, крайние точки которой - эксцентрики при ее качении без скольжения вместе с поступательным равномерном движении центра вращения описывает, в частности, циклоиды переменного ускорения (ВОРОНКОВ И. М., Курс теоретической механики, Москва, Наука, 1964 г., с.316) и (ФЕДОРЕНКО В.А., Справочник по машиностроительному черчению, 1969 г., с.86).

Известна планетарная передача, которая имеет хоть одну подвижную геометрическую ось зубчатого колеса (ИОСИЛЕВИЧ Г.Б., Прикладная механика, 1985 г. , с.360).

Известен дифференциальный механизм как часть планетарной передачи, распределяющий крутящийся момент между двумя валами и позволяющий им вращаться с разной частотой одновременным вращением шестерен - сателлитов как вокруг своей собственной оси - крестовины или водила, так и вместе с ними по окружности вместе с шестерней подводимого крутящего момента (ГУРЕВИЧ А.М., Тракторы и автомобили, 1978 г., с. 332,337).

Сущность состоит в том, что турбины, лопатки которых вращаются в общей закрытой полости, соединены с сателлитами планетарных передач эксцентрично или с подвижными центроидами.

Постоянное соединение турбин с эксцентриками сателлитов позволяет вместе с ними неравномерно, в частности по циклоиде, с плавным образованием камер переменного объема, между чередующимися лопатками и с равнозначной передачей кинетической энергии друг другу, ускорения которых равны по абсолютной величине и противоположны по знаку, или одна турбина ускоряется, то вторая на эту же величину замедляется с сохранением общего баланса кинетической энергии.

Линейные механизмы переключения турбин с выходным валом и между собой из-за скачкообразной передачи кинетической энергии сил инерции недолговечны, ненадежны, вызывают удары и вибрации при работе двигателя.

Постоянное соединение турбин с эксцентриками неподвижных шестерен вызывает равнозначные ускорения турбин при образовании камер переменного объема, т. е. если одна турбина ускоряется, то и вторая тоже ускоряется на ту же величину и, наоборот, без передачи сил инерции друг другу, как это происходит в предлагаемом варианте, вызывая вибрацию, большие инерционные силы и ограничение числа оборотов.

Работоспособность двигателя зависит от сохранения герметичности в камерах переменного объема при значительных перепадах давления (100 и более кг/см²), предполагающее сочетание больших площадей, прилегание в зоне контакта взаимодвижущихся турбин с трением скольжения в этой зоне, при котором недопустим взаимный перекос турбин с потерей герметичности в камерах, образующейся в результате износа в процессе эксплуатации, с одновременным жестким соединением с механизмом синхронизации вращения лопаток.

В предложенном двигателе под турбины центрируется центроидальный механизм вдоль осей сателлитов, так в поперечной плоскости их смещением по окружности, тогда как при установке турбин на одном или на отдельных валах с возможностью неравномерного вращения двигатель неработоспособен из-за совмещения осей вращения, одна из которых ось вращения одной турбины относительно другой, а вторая - оси валов.

Корректировка плоскостей вращения турбин с эксцентричными осями подвижных шестерен сателлитов компенсируется применением известных подвижных звеньев - шатунов, ползунов и т.п.

С целью устранения этих подвижных звеньев внешние поверхности зубчатых передач имеют соответствующий переменный наклон, при котором эксцентричные оси вращаются в одной и той же плоскости.

Дальнейшая сущность поясняется на примере двухтурбинного двигателя с центроидальным механизмом синхронизации вращения лопаток, заключающимся в эксцентричном соединении их с сателлитами планетарного механизма - дифференциалом.

Задачей изобретения является увеличение герметичности рабочих камер и снижение вибраций при работе двигателя.

Технический результат достигается за счет того, что двигатель содержит две турбины с лопатками, установленными с возможностью вращения в общей закрытой полости, выходной вал, неподвижную ось и центроидальный механизм синхронизации вращения лопаток, включающий шестерню, связанную с выходным валом, шестерню, закрепленную на неподвижной оси и находящиеся с ними в зацеплении шестерни, эксцентричные оси которых соединены с турбинами.

На фиг. 1 изображен двухтурбинный четырехлопаточный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с наклонным центроидальным механизмом синхронизации вращения лопаток (вид сбоку).

На фиг. 2 изображен вид спереди.

На неподвижный вал 1 последовательно установлены переходная муфта 2 системы питания с радиальными трубопроводами 3 впускного коллектора 4, соединенного с впускными окнами, неподвижная распределительная шестерня 5, соединенная с приводом 6, содержащим шестерни и вал с распределительным валом 7, и неподвижная наклонная коническая шестерня 8.

Шестерня 9 входит в зацепление с неподвижной шестерней 8 и эксцентрично через ось 10 соединена с кронштейном 11, переходящим в диск 12, имеющий с наружной стороны две М-образные противолежащие лопатки 14 с установленными в них впускными клапанами 15 и распределительным валом 7, установленным в закрытом корпусе.

Подача свежей смеси во впускные окна осуществляется через впускной коллектор 4.

Рядом с впускными клапанами 15 установлены свечи 16 или форсунки. К первой турбине устанавливают вторую, предварительно претерев ее к первой с наружной конической поверхностью 17, имеющей выпускные окна, образованные от двух противолежащих М-образных лопаток 18, входящих в межлопаточное пространство первой турбины с выпускными клапанами 19 и распредвалом 20. Диск 21, переходящий в кронштейн 22, соединен через него и ось 23 эксцентрично со второй подвижной шестерней 24 - сателлитом дифференциала, находящейся в постоянном зацеплении с неподвижной шестерней 8.

Лопатки 14 и 18 образуют с коническими 13, 17 и вертикальными 12, 21 кольцами закрытые рабочие камеры переменного объема 25, 26, 27 и 28.

Выходная наклонная шестерня 29 установлена вместе с выходным валом 30 через регулировочный подшипник 31 на неподвижной оси 1, входит в зацепление с подвижными шестернями 9 и 24, и фиксируется, и регулируется гайкой 32.

Распределительная шестерня 33 установлена на выходном валу 30, соединена приводом 6 с выпускным распределительным валом 20. Тонкостенные кожухи 34 закрывают центроидальный механизм синхронизации вращения лопаток с сохранением подвижности осей 10 и 23 между собой.

Рабочий процесс в камерах 25, 26, 27, 28 происходит за полоборота подвижных шестерен - сателлитов 9 и 24 по неподвижной шестерне 8, за который выходная наклонная шестерня 29 и выходной вал 30 совершат полный оборот при их соединении с наружной поверхностью подвижных шестерен 9 и 24.

В начальный момент эксцентричные оси 10 и 23 подвижных шестерен 9 и 24 обоих турбин равномерно удалены от неподвижной шестерни 8 и вращаются с одинаковой скоростью с образованием в камерах максимальных и минимальных объемов с протеканием в них рабочих процессов с помощью систем питания, газораспределения 2,3,4,5,6,7, 15, 20, 32 по известному принципу работы двигателя внутреннего сгорания.

При дальнейшем вращении подвижных шестерен 9 и 24 эксцентричная ось 10 шестерни 9 будет приближаться к неподвижной шестерне 8 со снижением скорости с синхронным замедлением турбины 12, 13 жестким соединением кронштейном 11, а эксцентричная ось 23 второй подвижной шестерни 24 наоборот будет удаляться от неподвижной шестерни 8 на ту же величину с приобретением равного ускорения турбины 17, 18 по отношению к первой, но противоположного направления по известному принципу качения подвижной центроиды по неподвижной и при достижении осей 10 и 23 максимального удаления и приближения скорости вращения турбин достигают максимальной разницы с полным взаимным обменом кинетической энергии сил инерции, а камеры 25, 26, 27 и 28 достигают равнозначных объемов с протеканием в них рабочих процессов в средней стадии.

При повороте подвижных шестерен 9 и 24 еще на пол-оборота оси 10 и 23 займут противоположные равноудаленные положения от неподвижной шестерни 8, камеры максимального и минимального объема меняются местами с завершением и переходом рабочих процессов как при положении поршня в ВМТ и НМТ, турбины вращаются с одинаковой скоростью с завершением обратной передачи кинетической энергии друг другу через подвижные шестерни - сателлиты 9 и 24.

Установка и регулировка под совместную взаимную ось вращения турбин центроидальный механизм синхронизации вращения лопаток настраивается смещением шестерен 9 и 24 или кронштейнов 11 и 22 вдоль осей 10 и 23 с помощью, например, регулировочных шайб, а в поперечном направлении смещением шестерен 9 и 24 по окружности неподвижной шестерни 8 с помощью гайки 32, а также осевом смещением неподвижной шестерни 8, тогда как при соединении непосредственно с валами регулировка возможна только в одном осевом направлении, недостаточного для работоспособности двигателя.

Вариант конических подвижных шестерен 9 и 24 более подходящий, т.к. их смещение вдоль собственных осей вращения 10 и 23 не совпадает с направлением смещения неподвижной шестерни 8 вдоль вала 1, тогда как у цилиндрических шестерен - сателлитов собственная ось вращения параллельна оси неподвижной шестерни, чем снижается степень централизации.

Предложенное изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателем внутреннего сгорания. Двигатель содержит две турбины с лопатками, которые располагаются в общей закрытой полости и образуют рабочие камеры. Двигатель содержит выходной вал, неподвижную ось и механизм синхронизации вращения лопаток, который включает шестерню, связанную с выходным валом, шестерню, закрепленную на неподвижной оси, и находящиеся с ними в зацеплении шестерни, эксцентричные оси которых соединены с турбинами. Задачей изобретения является увеличение герметичности рабочих камер и снижение вибраций при работе двигателя. 2 ил.

Двигатель, содержащий турбины с лопатками, установленными с возможностью вращения в общей закрытой полости, и выходной вал, отличающийся тем, что он содержит неподвижную ось и центроидальный механизм синхронизации вращения лопаток, включающий шестерню, закрепленную на неподвижной оси, и находящиеся с ней в зацеплении шестерни, связанные с выходным валом, эксцентричные оси которых соединены с турбинами.