РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02B53/02 F01C1/07 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным машинам с периодически изменяющимися объемами, в том числе ДВС.

Известны роторные двигатели, содержащие корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый торцовыми крышками, с установленными в нем концентрическими роторами с попарносимметрическими лопастями-поршнями, которые вращаются в корпусе с помощью различных механизмов синхронизации (см. патенты RU 2076934 С1, кл. F 02 В 53/00, 10.04.97, RU 2084656 С1, кл. F 02 B 53/00, 20.07.97, RU 2014479 С1, кл. F 02 В 53/00, 15.06.94, RU 2030606 С1, кл. F 02 В 53/00, 16.10.87, RU 2043521 С1, кл. F 02 В 53/00, 23.01.90).

К причинам, препятствующим достижению, указанного ниже, технического результата, при использовании известных двигателей, относится то, что роторы имеют плохое охлаждение и связаны между собой одним механизмом синхронизации, что снижает надежность двигателя и не дает возможности регулировки таких параметров двигателя, как степень сжатия и фазы газораспределения.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является роторный двигатель Е. Кауэртца, содержащий корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый крышками, расположенные в нем роторы с попарно симметричными лопастями-поршнями, и, вынесенный за пределы рабочего пространства двигателя, механизм синхронизации, выполненный в виде комбинации зубчатой, цилиндрической, планетарной передачи и кривошипно-шатунного механизма, при этом солнечное колесо планетарной передачи жестко установлено на крышке корпуса двигателя, водило жестко установлено на валу, а на саттелите жестко установлен кривошип, шарнирно соединенный шатуном с одним из роторов, при этом, другой ротор жестко установлен на валу двигателя. Лопасти-поршни роторов выполнены в виде параллелепипедов. В корпусе двигателя установлена свеча зажигания, или форсунка, и выполнены выпускные окна, а впускные окна выполнены в крышке двигателя (см. Судовые роторные двигатели / Е.Н. Акатов. В.С. Бологов, В.К. Горбатый, Г.Л. Ячевский. - Л.: Судостроение, 1967, 380 с.). Принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению, указанного ниже, технического результата, при использовании известного двигателя, принятого за прототип, относится невозможность регулировки параметров двигателя, сложность осуществления охлаждения роторов, низкая надежность двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение надежности, обеспечение возможности регулировки параметров двигателя, упрощение системы охлаждения роторов.

Технический результат - повышение надежности, обеспечение возможности регулировки параметров двигателя, упрощение системы охлаждения роторов.

Технический результат по повышению надежности двигателя и обеспечению возможности регулировки параметров, при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном двигателе, содержащем корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый крышками, соосно расположенные в нем вал, роторы с попарно симметричными лопастями-поршнями, и механизм синхронизации движения роторов, каждый ротор имеет свой, отдельный механизм синхронизации и механизм регулировки, при этом механизмы выполнены одинаковыми в виде конической, зубчатой, планетарной передачи и сферического кривошипно-шатунного механизма, в котором кривошип жестко установлен на саттелите так, что его ось, при вращении саттелита, описывает телесный угол с вершиной в точке пересечения оси вала с осью саттелита, и с углом при вершине, равным углу колебаний соответствующего ротора относительно вала, а пальцы, жестко связанные с соответствующим ротором, шарнирно соединены с кривошипом шатуном, выполненным в виде кольца, или его части, и установлены так, что их оси перпендикулярны оси вала и проходят через точки пересечения оси вала с осями саттелитов, при этом водила планетарных передач жестко установлены на валу двигателя, а солнечные колеса шарнирно установлены в корпусе двигателя так, что их оси совпадают с осью вала и они имеют возможность поворачиваться вокруг своей оси относительно корпуса и друг друга, а также фиксироваться в заданном положении, с помощью механизмов регулировки, выполненных в виде самотормозящей червячной передачи, в которой червячное колесо жестко связано с соответствующим солнечным колесом планетарных передач, а червяки шарнирно установлены в корпусе двигателя и на них жестко установлены рычаги управления.

Технический результат по повышению надежности и по упрощению системы охлаждения роторов, при осуществлении изобретения, достигается тем, что в известном роторном двигателе, содержащем корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый крышками, соосно расположенные в нем вал, роторы с попарно симметричными лопастями-поршнями, и механизм синхронизации движения роторов, роторы выполнены и вращаются совместно с соответствующими боковыми стенками рабочего пространства двигателя, при этом форма внутреннего пространства двигателя и соответственно лопастей-поршней, в осевом сечении двигателя, может быть любая, а охлаждение роторов и стенок осуществляется путем полива охлаждающей жидкостью через форсунки, установленные в корпусе двигателя.

При исследовании отличительных признаков, описываемого роторного двигателя, не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся регулировки параметров двигателя, конструкции роторов и системы охлаждения элементов двигателя.

На фиг. 1 изображено осевое сечение двигателя; на фиг.2 - сечение А-А по центру рабочего пространства двигателя с указанием камер, впускных и выпускных окон; на фиг.3 - сечение Б-Б по оси саттелита одного из механизмов синхронизации, при этом саттелит и шатун условно повернуты; на фиг. 4 - сечение В-В по оси червяка червячной передачи одного из регулировочных механизмов.

Двигатель содержит корпус 4 с внутренней цилиндрической поверхностью, в котором выполнены впускные 16 и выпускные 15 окна, места для установки свечи зажигания или форсунки 14, и форсунок 13 для подачи охлаждающей жидкости, а также отверстия 3 для слива масла (охлаждающей жидкости).

Корпус закрыт крышками 5, в которых шарнирно соосно с цилиндрической поверхностью корпуса 4, установлен вал 7, на котором шарнирно установлены роторы 2 и 1, выполненные совместно с боковыми стенками рабочего пространства двигателя и попарно симметричными лопастями-поршнями. На ступицах роторов 1 и 2, на внешней стороне, жестко установлены пальцы 18 так, что их оси перпендикулярны оси вала и проходят через точки пересечения оси вала и осей саттелитов 9 механизмов синхронизации. Механизмы синхронизации расположены по обе стороны рабочего пространства двигателя, за роторами 1 и 2. Механизмы для каждого ротора 1 и 2 одинаковые и представляют собой коническую, зубчатую, планетарную передачу, состоящую из солнечного колеса 6, шарнирно установленного в крышке 5 соосно с валом 7, водила 10, жестко установленного на валу 7 так, что ось саттелита 9 перпендикулярна оси вала 7 и находится в одной перпендикулярной оси вала 7, плоскости с осями пальцев 18, на водиле 10 шарнирно установлен саттелит 9, который входит в зацепление с солнечным колесом 6. На внешней поверхности саттелита 9 жестко установлен кривощип 12 так, что, при вращении саттелита 9, его ось описывает телесный с вершиной в точке пересечения оси вала 7 с осями саттелита 9 и пальцев 18, и с углом при вершине, равным углу α колебаний соответствующего ротора 1 и 2 относительно вала 7. Кривошип 12 шарнирно связан с пальцами 18 роторов 1 и 2 шатуном 11, выполненным в виде кольца, или его части. Механизмы синхронизации работают следующим образом: при вращении вала 7, жестко закрепленное в нем водило 10 заставляет саттелит 9 обкатываться вокруг солнечного колеса 6, при этом кривошип 12, жестко закрепленный на саттелите 9, описывает телесные углы с углом при вершине, равным α, заставляя, через шатун 11 и пальцы 18, соответствующий ротор 1 и 2 колебаться относительно вала 7 на тот же угол α. Передача усилий от роторов 1 и 2 на вал 7 происходит в обратном порядке: ротор 1 и 2 пальцы 18 шатун 11 кривошин 12 саттелит 9 водило 10 вал 7.

Солнечные колеса 6 планетарных передач механизмов синхронизации выполнены совместно с червячными колесами механизмов регулировки, которые входят в зацепление с червяками 8 шарнирно установленными в корпусе 4. На червяках 8 жестко установлены рычаги управления 17. Так как солнечные колеса 6 шарнирно, соосно с валом 7, установлены в крышках 5, то, вращая червяк 8 рычагом 17, мы можем поворачивать солнечные колеса 6 вокруг своих осей относительно корпуса 4 и друг друга. Поворачивая солнечные колеса 6 относительно друг друга мы меняем момент достижения роторами 1 и 2 крайних точек в колебательном движении относительно вала 7 и друг друга, вызывая запаздывание одного ротора относительно другого т.е. меняем угол δ, характеризующий степень сжатия, равную отношению максимального объема рабочей камеры при угле между лопастями-поршнями 2α-δ к минимальному при угле δ.
Поворачивая солнечные колеса 6 одновременно относительно корпуса 4, мы меняем расположение точек достижения минимального и максимального объема камер относительно корпуса 4, т.е. фазы газораспределения.

Роторы 1 и 2 с попарно симметричными лопастями-поршнями выполнены совместно с соответствующими боковыми стенками рабочего пространства двигателя, при этом для снижения массы роторов 1 и 2 лопасти поршни выполнены пустотелыми.

Для охлаждения роторов 1 и 2 в корпусе 4 установлены форсунки 13, через которые под давлением подается охлаждающая жидкость, поливая поверхности боковых стенок и лопастей-поршней. Охлаждающая жидкость одновременно служит и для смазки механизмов двигателя.

В корпусе 4 выполнены окна 3 для слива охлаждающей жидкости.

При вращении вала 7 двигателя роторы 1 и 2 совершают колебательные движения относительно друг друга, что вызывает изменение объемов между лопастями-поршнями от максимума до минимума. При наличии в каждом роторе 1 и 2 по одной паре попарно симметричных лопастей и при передаточном отношении планетарной передачи (солнечное колесо 6 - саттелит 9) равным 2, в рабочем пространстве двигателя образовываются 4 рабочие камеры, в которых изменение объема от максимума до минимума происходит дважды за один оборот вала 7 двигателя, что позволяет создать ДВС работающий по четырехтактному циклу.

Двигатель работает следующий образом:
- в камере IV, с максимальный объемом, происходит процесс впуска рабочей смеси через впускные окна 16 и начало сжатия;
- в камере I происходит процесс сжатия, зажигания и горения рабочей смеси;
- в камере II происходит процесс расширения газов, образовавшихся в процессе горения;
- в камере III происходит процесс выпуска отработавших газов и продувка камеры.

Конструкция двигателя позволяет производить регулировку таких параметров, как степень сжатия, фазы газораспределения, при работе двигателя, при этом процесс сгорания происходит практически при постоянном объеме, что определяет многотопливность двигателя и улучшение его характеристик.

Наличие механизмов синхронизации у каждого ротора повышает надежность двигателя. Конструкция роторов позволяет значительно расширить возможности при проектировании двигателя. Предложенная система охлаждения значительно упрощает конструкцию системы охлаждения и повышает ее эффективность.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям. Техническим результатом является повышение надежности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус, соосно расположенные в нем вал, роторы с попарно симметричными лопастями-поршнями и механизм синхронизации движения роторов. Согласно изобретению, каждый ротор имеет свой, отдельный, механизм синхронизации и механизм регулировки, при этом механизмы выполнены одинаковыми, в виде конической зубчатой планетарной передачи и сферического кривошипно-шатунного механизма, в котором кривошип жестко установлен на сателлите так, что его ось при вращении сателлита описывает телесный угол. Водила планетарных передач жестко установлены на валу двигателя, а солнечные колеса шарнирно установлены в корпусе двигателя так, что они имеют возможность поворачиваться вокруг своей оси относительно корпуса и друг друга, а также фиксироваться в заданном положении с помощью механизмов регулировки, выполненных в виде самотормозящей червячной передачи. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Роторный двигатель, содержащий корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый крышками, соосно расположенные в нем вал, роторы с попарно симметричными лопастями-поршнями и механизм синхронизации движения роторов, отличающийся тем, что каждый ротор имеет свой, отдельный, механизм синхронизации и механизм регулировки, при этом механизмы выполнены одинаковыми, в виде конической зубчатой планетарной передачи и сферического кривошипно-шатунного механизма, в котором кривошип жестко установлен на сателлите так, что его ось при вращении сателлита описывает телесный угол с вершиной в точке пересечения оси вала с осью сателлита и с углом при вершине, равным углу колебаний соответствующего ротора относительно вала, а пальцы, жестко связанные с соответствующим ротором, шарнирно соединены с кривошипом шатуном, выполнены в виде кольца или его части и установлены так, что их оси перпендикулярны оси вала, проходят через точки пересечения оси вала с осями сателлитов, при этом водила планетарных передач жестко установлены на валу двигателя, а солнечные колеса шарнирно установлены в корпусе двигателя так, что их оси совпадают с осью вала и они имеют возможность поворачиваться вокруг своей оси относительно корпуса и друг друга, а также фиксироваться в заданном положении с помощью механизмов регулировки, выполненных в виде самотормозящей червячной передачи, в которой червячное колесо жестко связано с соответствующим солнечным колесом планетарных передач, а червяки шарнирно установлены в корпусе двигателя и на них жестко установлены рычаги управления.2. Роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторы выполнены и вращаются совместно с соответствующими боковыми стенками рабочего пространства двигателя.3. Роторный двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что охлаждение роторов и стенок осуществляется путем полива охлаждающей жидкостью через форсунки, установленные в корпусе двигателя.