РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к области энергетического и транспортного машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) или к приводным двигателям, использующим в качестве рабочего тела пар или сжатый воздух.

Известен роторный двигатель, содержащий корпус, в расточке которого установлен профилированный по окружности ротор с по меньшей мере одним выступом, плавно переходящим в диаметр, выполненный по спирали Архимеда, разделительную заслонку, отделяющую рабочую камеру от нерабочей и размещенной между элементами для подвода рабочего тела и отвода отработавшего рабочего тела (см. патент N 2116475 от 27.07.98 г., заявка N 96106194/06 (010121), МПК 6 F 02 В 53/00, F 01 C 1/332, 1997 г.).

Недостаток известного двигателя заключается в несовершенстве элементов впуска рабочего тела и выпуска отработавшего рабочего тела, а также в недостаточной жесткости пары "ротор-корпус", отчего происходят излишние потери рабочего тела, а отсюда снижение коэффициента полезного действия двигателя (КПД).

Задача изобретения заключается в усовершенствовании элементов впуска рабочего тела в рабочую камеру и выпуска отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры, а также в увеличении КПД двигателя путем обеспечения повышенной жесткости пары "ротор-корпус".

Поставленная задача достигается тем, что в роторном двигателе, содержащем корпус, элементы подвода и отвода рабочего тела, ротор с одним уступом и разделительную заслонку, контактирующую с поверхностью ротора и разделяющую элементы подвода рабочего тела и отвода отработавшего рабочего тела и делящее роторную полость на две камеры (рабочую и нерабочую), элементы подвода рабочего тела и отвода отработавшего рабочего тела выполнены в виде каналов непосредственно на разделительной заслонке, соединенной с поршнем.

Сжатие рабочего тела может происходить в стакане, установленном на корпусе, при помощи поршня с уплотнительными кольцами и содержащим отверстия для подачи рабочего тела, вывода отработавшего рабочего тела и отверстие для подачи сжатого рабочего тела в рабочую камеру.

Одновременно могут работать две или несколько роторных секций, установленных на одной оси, и роторы которых смещены по окружности относительно друг друга на определенный угол.

Для обеспечения жесткости пары "ротор-корпус" при работе двигателя в его конструкцию в корпус могут быть встроены уплотнительные элементы.

При определенных условиях нерабочая камера может работать в качестве камеры сжатия.

Роторный двигатель (РД) содержит корпус с впрессованной в него гильзой, имеющими общую полость для расположения разделительной заслонки (РЗ), которая, в свою очередь, имеет с одной стороны канал и жиклерное отверстие для подачи под давлением рабочего тела в рабочую камеру, а с другой - канал для выпуска отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры. Разделительная заслонка находится в постоянном контакте с ротором, установленным в гильзе корпуса, под действием пружины, расположенной в стакане, закрепленном на корпусе, и в котором создается высокое давление рабочего тела под действием поршня с уплотнительными кольцами, смонтированном на РЗ.

РД содержит две или несколько секций роторов, которые смещены относительно друг друга по окружности на определенный угол.

Рабочее тело всасывается в верхнее отверстие стакана во время движения поршня к оси вращения ротора. В этом же положении происходит впрыск сжатого рабочего тела в рабочую камеру через отверстие в стакане и канал с впускным отверстием (жиклером) РЗ из камеры сжатия стакана другой роторной секции, когда ее поршень находится в максимальном удалении от оси ротора.

В этом же стакане находится и отверстие, сообщающееся с каналом в РЗ для выпуска отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры. Предлагаемый РД выполняется с несколькими роторными секциями; смонтированными на одном валу с определенным смещением роторов по окружности относительно друг друга. Ротор выполняется профилированным и имеет цилиндрический участок, выполненный по внутреннему диаметру гильзы и контактирующий с ней и плавно переходящий по спирали Архимеда к уступу, расположенного под углом к поверхности наименьшего диаметра ротора для обеспечения плавного схода РЗ, разделяющей рабочую и нерабочую камеры двигателя. В полости корпуса РД расположены болты, действующие на уплотнительные элементы, расположенные в полостях гильзы, через пружины и выполняющие функции поршневых колец ДВС.

На чертеже изображен поперечный разрез одной секции РД. Секция РД состоит из цилиндрического пустотелого корпуса 1 с впрессованной в него гильзой 2 и с камерами для охлаждения РДЗ, сообщающимися между собой (не показано).

В корпусе 1 и гильзе 2 заодно выполнена полость для размещения разделительной заслонки 4, отделяющей рабочую камеру 5, образовываемую одной стороной заслонки 4 и уступом 6 роторной секции 7, имеющей часть цилиндрической поверхности, контактирующей с внутренним диаметром гильзы 2 и плавно переходящей по спирали 8 к уступу 6 от нерабочей камеры 26. Разделительная заслонка (РЗ) 4 с поршнем 14, с уплотнительными кольцами 15 имеет на своей поверхности с одной стороны канал с впускным отверстием 10 для впуска сжатого рабочего тела в рабочую камеру 5, а с другой стороны - канал 11 для выпуска отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры 26. РЗ 4 постоянно находится в прижатом состоянии к поверхности ротора 7 под действием пружины 12, расположенной в стакане 13, имеющем отверстие 16 для подачи рабочего тела в камеру сжатия 25 от известных устройств и отверстие 17 для выпуска отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры 26 через канал 11 в заслонке 4 при вращении ротора 7, стакан 13 имеет также отверстие 23 для впрыска сжатого рабочего тела в рабочую камеру 5 из одноименной камеры сжатия 25 другой роторной секции и отверстие 17 для выпуска отработавшего рабочего тела из камеры 26 через канал 11 в заслонке 4 при вращении ротора. Ротора 7 всех секций установлены на валу 18 неподвижно при помощи шпонки 19 со смещением по окружности на определенный угол относительно друг друга.

Уплотнительные элементы 20, выполняющие функции поршневых колец, при работе РД поджимаются к поверхности ротора 7 пружинами 21 и болтами 22 и находятся в полостях, имеющих ступенчатую форму гильзы 2.

Рассмотрим работу предлагаемого РД, состоящего, к примеру, из двух роторных секций - первой и второй. На чертеже показана первая секция в рабочем положении.

РД запускается известными способами. От известных устройств происходит подача рабочего тела через отверстие 16 в камеру сжатия 25 первой роторной секции. Отверстие 24 в это время закрыто. В момент образования вакуума в камере 5 первой роторной секции. Из камеры 25 через отверстие 24 второй роторной секции и через отверстие 23, канал 9 и впускное отверстие (жиклер) 10 первой роторной секции в камеру 5 подается уже сжатое рабочее тело. Через свечу зажигания 28 (или форсунку) первой роторной секции подается в камеру 5 искра. В момент движения заслонки 4 от оси и перекрытия впускного отверстия 10 (жиклера) корпусом цилиндра происходит воспламенение рабочего тела. Расширяющиеся газы, действуя на уступ 6 ротора 7, заставляют его вращаться. Заслонка 4 с поршнем 14 постепенно поднимается и отработавшие газы через канал 11, отверстие 17 стакана выводятся наружу. Поступившее через отверстие 16 в стакане рабочее тело сжимается и через отверстие 24 поступает в отверстие 23 роторной секции N 2 и через канал 9 и впускное отверстие (жиклер) 10 второй роторной секции поступает в рабочую камеру 5 второй роторной секции. Ротор 7 второй роторной секции создает дополнительный вращающий момент на валу 18. Поршень 14 второй роторной секции приходит в ближнее положение от оси. Поршень 14 первой роторной секции в этот момент уходит в противоположное положение относительно оси. Цикл повторяется. Предлагаемый РД может работать при отключенной свече 28 от источника питания на паре и сжатом воздухе, а также в качестве насоса.

Нерабочая камера 26 при определенных условиях может выполнять функцию камеры сжатия.

Предлагаемая конструкция РД исключает применение топливного насоса при работе РД в режиме двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания или к приводным двигателям, использующим в качестве рабочего тела пар или сжатый воздух. Изобретение позволяет усовершенствовать конструкцию механизма подачи рабочего тела под давлением в рабочую камеру, вывод отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры и повысить КПД за счет уменьшения потерь рабочего тела в рабочей камере. При работе роторного двигателя (РД) в режиме ДВС для получения высокого давления не требуется топливный насос. РД состоит из двух или нескольких роторных секций (PC), профилированных роторов, установленных на общем валу, разделительной заслонки с поршнем, стакана с отверстиями для впуска рабочего тела в камеру сжатия и для выпуска отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры, а также для впуска сжатого рабочего тела из аналогичной роторной секции. Разделительная заслонка разделяет нерабочую камеру и рабочую, образовываемую одной стороной заслонки и уступом ротора. Разделительная заслонка с поршнем имеют каналы для вывода отработавшего рабочего тела из нерабочей камеры и для вывода рабочего тела под давлением из другой рабочей секции (PC). Если РД работает как ДВС, то для этого предусмотрена свеча. Разделительная заслонка все время находится в контакте с наружной образующей ротора под действием пружины, расположенной в камере сжатия стакана, воздействующей на днище поршня. При работе РД в качестве ДВС не требуется топливный насос, так как его функции выполняют стаканы с камерами сжатия сопредельных роторных секций. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Роторный двигатель, содержащий корпус, элементы подвода и отвода рабочего тела, ротор с одним уступом и разделительную заслонку, контактирующую с поверхностью ротора и разделяющую элементы подвода рабочего тела и отвода отработавшего рабочего тела и делящую роторную полость на две камеры (рабочую и нерабочую), отличающийся тем, что элементы подвода рабочего тела и отвода отработавшего рабочего тела выполнены в виде каналов непосредственно на разделительной заслонке, соединенной с поршнем. 2. Роторный двигатель по п.1. отличающийся тем, что сжатие рабочего тела происходит в стакане, установленном на корпусе, при помощи поршня с уплотнительными кольцами и содержащим отверстия для подачи рабочего тела, вывода отработавшего рабочего тела и отверстие для подачи сжатого рабочего тела в рабочую камеру. 3. Роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что одновременно работают две или несколько роторных секций, установленных на одной оси, роторы которых смещены по окружности относительно друг друга на определенный угол. 4. Роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения жесткости пары "ротор-корпус" при работе двигателя в его конструкцию в корпус встроены уплотнительные элементы. 5. Роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что при определенных условиях нерабочая камера может работать в качестве камеры сжатия.