РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВС Российский патент 2004 года по МПК F02B53/14 F01C1/63 

Изобретение относится к тепловым двигателям, преобразующим тепловую энергию топлива в электрическую.

Давно уже известен принцип работы роторно-лопастного ДВС. Перед другими типами ДВС у него есть значительные преимущества.

Роторно-лопастной ДВС имеет малое количество деталей - корпус и два ротора-лопасти. Все его детали прекрасно уравновешены. Газораспределение его осуществляется окнами. Места соприкосновения движущихся деталей образуются большими поверхностями, что позволяет довольно просто и надежно их уплотнять. Имеются и другие преимущества (см. Г.Г.Гуськов “Необычные двигатели”, М.: Знание, 1971 г., раздел “Роторно-лопастные двигатели внутреннего сгорания”).

Однако, не смотря на все эти преимущества, до сих пор нет надежно работающего роторно-лопастного ДВС. Причинами этого являются некоторые недостатки роторно-лопастного ДВС.

Основной недостаток - неравномерная скорость вращения роторов-лопастей, когда во время рабочего хода один ротор движется, другой должен стоять в следующий рабочий ход, второй ротор движется, а первый ротор должен стоять, преобразовать энергию вращения роторов с неравномерной скоростью при механической передаче очень трудно.

Второй недостаток - необходимость синхронизировать работу роторов - лопастей между собой, т.е. нужен механизм или какое-либо устройство, которое обеспечит бесперебойное схождение и расхождение лопастей. Известно много устройств механических синхронизаторов движения лопастей, но из-за возникновения резких переменных нагрузок и ударов на больших оборотах двигателя при вспышках горючей смеси, которые воспринимаются маленькими площадями контакта, на контактирующих поверхностях очень быстро появляется усталость металла, он начинает выкрашиваться и детали быстро приходят в негодность, поэтому механические синхронизаторы не могут обеспечить длительную и надежную работу роторно-лопастного ДВС.

Поставленная задача - обеспечить длительную и надежную работу роторно-лопастного ДВС.

Для этого роторно-лопастной ДВС, состоящий из корпуса двигателя и двух роторов-лопастей, связан с электродвигателями-генераторами, при этом ротор одного электродвигателя-генератора связан с одним ротором роторно-лопастного ДВС, а ротор другого электродвигателя-генератора связан с другим ротором роторно-лопастного ДВС, а статоры электродвигателей-генераторов связаны с корпусом роторно-лопастного ДВС. Имеются датчики положения роторов относительно корпуса. Имеется система управления электродвигателями-генераторами, которая при необходимости, включив электродвигатели-генераторы в режим электродвигателей, заставит их установить роторы - лопасти в определенное положение, например при запуске, а во время рабочего хода ротора-лопасти переключает электродвигатель-генератор, связанный с этим ротором в режим генератора, который и преобразует энергию топлива в электрическую. Имеются устройства на каждом роторе-лопасти, предотвращающие движение ротора в обратную сторону во время рабочего хода, после того как одна из его лопастей заняла положение задней стенки камеры сгорания, таким устройством может быть, например, храповой механизм.

Данное сочетание роторно-лопастного ДВС с электродвигателями-генераторами при существующих электронных системах управления электродвигателями позволит обеспечить длительную и надежную работу роторно-лопастного ДВС.

На фиг.1 показан в разрезе роторно-лопастной ДВС. На фиг.2 показан разрез по А-А на фиг.1 и разрез по Б-Б.

Роторно-лопастной ДВС состоит из корпуса поз.1, ротора поз.2 с лопастью поз.3 и лопастью поз.4, ротора поз.5 с лопастью поз.6 и лопастью поз.7, электродвигателя-генератора поз.8 с ротором поз.9 и статором поз. 10, электродвигателя-генератора поз.11 с ротором поз.12 и статором поз.13, датчика положения ротора поз.14 и датчика положения ротора поз.15, впускного окна поз.16, выпускного окна поз.17, устройства поз.18 для воспламенения топливной смеси или впрыска топлива в камеру сгорания, системы управления поз.19 электродвигателями-генераторами и стопорных устройств поз.20. При этом ротор поз.9 связан с ротором поз.2, а ротор поз.12 связан с ротором поз.5, а статоры поз.10 и статор поз.13 связаны с корпусом поз.1.

Работает такой роторно-лопастной ДВС следующим образом. (Работать роторно-лопастной ДВС может как на бензине, так и на дизельном топливе, разница будет только в устройстве поз.18, при работе на бензине это будет свеча зажигания, а при работе на дизельном топливе это будет форсунка, впрыскивающая топливо). Вначале, как и любой другой ДВС, его необходимо запустить, при этом после включения запуска система управления поз.19 включает электродвигатели-генераторы поз.8 и поз.11 в режим электродвигателей, которые при запуске работают от аккумуляторов (на чертеже условно не показаны), и заставляет ротор поз.9 электродвигателя поз.8 вращать ротор поз.2 так, чтобы одна из его лопастей, например лопасть поз.3, заняла положение передней стенки камеры сгорания, это положение фиксирует датчик поз.14 и дает сигнал в систему управления поз.19. Одновременно с электродвигателем поз.8 работает и электродвигатель поз.11, который ротором поз.12 вращает ротор поз.5 и устанавливает одну из его лопастей, например лопасть поз.6 в положение задней стенки камеры сгорания, в этот момент срабатывает стопор поз.20, предотвращающий возможность движения лопасти поз.6 в обратную сторону, это положение фиксирует датчик поз.15 и дает сигнал в систему управления поз.19. После получения сигналов от обоих датчиков система управления поз.19 заставляет срабатывать устройство поз.18, после чего происходит взрыв рабочей смеси в камере сгорания и начинается рабочий ход. За счет давления рабочих газов лопасть поз.3 ротора поз.2 будет двигаться, вращая ротор поз.2. Электродвигатель-генератор поз.8, ротор поз.9 которого связан с ротором поз.2, после срабатывания устройства поз.18 системой управления поз.19 переключается в режим генератора и преобразует часть тепловой энергии горения топлива в электрическую. Во время движения ротора поз.2 ротор поз.5 остается на месте, т.к. стопор поз.20 не дает ему двигаться в обратную сторону. Когда лопасть поз.3 совершает рабочий ход, движется и лопасть поз.4 ротора поз.2, при этом она сжимает рабочую смесь или воздух передней стенкой, а задней стенкой засасывает через впускное окно поз.16 рабочую смесь или воздух для следующего цикла, когда лопасть поз.4 приближается к лопасти поз.6 ротора поз.5, она через сжатый газ давит на лопасть поз.6, заставляя ее двигаться, и когда лопасть поз.6 займет положение передней стенки камеры сгорания, а лопасть поз.4 задней стенки камеры сгорания снова срабатывает стопор поз.20, уже на роторе поз.2, а датчики поз. 14 и поз.15 дают сигнал в систему управления поз.19, которая заставляет срабатывать устройство поз.18 и в камере сгорания происходит взрыв рабочей смеси, после чего уже лопасть поз.6 начинает двигаться, а вместе с ней и ротор поз.5, связанный с ротором поз. 12. Электродвигатель-генератор поз.11 преобразует тепловую энергию топлива в электрическую. При этом лопасть поз.6 передней стенкой вытесняет через выпускное окно поз. 17 оставшиеся горючие газы от предыдущего цикла, а лопасть поз.7 передней стенкой сжимает горючую смесь или воздух для последующего цикла, а задней стенкой засасывает через впускное окно поз.16 горючую смесь или воздух для последующего за ним цикла. Теперь лопасть поз.7 сжатым газом продвигает лопасть поз.4 в положение передней стенки камеры сгорания, а сама занимает положение задней ее стенки, при этом срабатывает стопор поз.20 уже на роторе поз.5, а датчики поз.14 и поз.15 дают сигнал в систему управления поз.19, которая заставляет срабатывать устройство поз.18, происходит сгорание топлива и уже лопасть поз.4 с ротором поз.2 совершают рабочее движение, а связанный с ротором поз.2 ротор поз.9 электродвигателя-генератора поз.8, двигаясь относительно статора поз.10, преобразует полученную им механическую энергию в электрическую. Теперь лопасть поз.4 передней стенкой выгоняет через выпускное окно поз. 17 оставшиеся горючие газы, а лопасть поз.3 передней стенкой сжимает рабочую смесь или воздух, впущенные ранее, а задней стенкой засасывает через впускное окно поз. 16 рабочую смесь или воздух для следующего цикла. И снова теперь уже лопасть поз.3 сжатым газом продвигает лопасть поз.7, заставляя ее занимать положение передней стенки камеры сгорания, а сама занимает положение задней ее стенки, снова срабатывает стопор поз.20 уже на роторе поз.2, а датчики положения поз.14 и поз.15 подают сигнал об этом в систему управления поз.19, которая снова после этого заставляет срабатывать устройство поз.18, снова происходит сгорание топлива, и уже лопасть поз.7 с ротором поз.5 совершают рабочее движение, а связанный с ним ротор поз.12, двигаясь относительно статора поз.13, преобразует механическую энергию в электрическую. Далее лопасть поз.7 выталкивает через выпускное окно поз. 17 оставшиеся горючие газы, а лопасть поз.6 одной стороной сжимает впущенную ранее рабочую смесь или воздух, а другой стороной засасывает через впускное окно поз. 16 рабочую смесь или воздух для последующего цикла. Лопасть поз. 6 сжатым газом продвигает лопасть поз. 3 в положение передней стенки камеры сгорания, а сама занимает положение ее задней стенки, снова срабатывает стопор поз.20 на роторе поз.5, а датчики поз.14 и поз.15 дают сигнал в систему управления поз.19, которая снова заставляет срабатывать устройство поз.18, снова происходит сгорание топлива и лопасть поз.3 с ротором поз.2 снова совершают рабочее движение и т.д., двигатель продолжает работу. Во время работы двигателя за каждый полный оборот каждая лопасть совершает рабочий ход, выталкивание оставшихся от предыдущего хода рабочих газов, сжатие рабочей смеси или воздуха для следующего цикла и всасывание рабочей смеси или воздуха для последующего цикла, поэтому каждый ротор совершает под нагрузкой почти полный оборот за исключением двух небольших углов, каждый из которых равен ширине камеры сгорания и охватывающих ее лопастей. При запуске и во время работы лопасть, образующая заднюю стенку камеры сгорания, чтобы после взрыва топлива не пошла в обратную сторону, вместе с ротором заторможена стопорным устройством поз.20.

Таким образом роторно-лопастной ДВС в сочетании с электродвигателями-генераторами, датчиками положения роторов и системой управления преобразует часть тепловой энергии топлива в электрическую, при этом обеспечивается надежная синхронизация схождения и расхождения лопастей.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях-генераторах. Техническим результатом является увеличение ресурса двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус, два ротора двигателя и два ротора электродвигателя-генератора. Согласно изобретению один ротор двигателя связан с ротором генератора, а другой ротор двигателя - с другим ротором генератора. Статоры электродвигателей-генераторов связаны с корпусом роторно-лопастного ДВС. Имеются датчики положения роторов относительно корпуса, а также система управления электродвигателями-генераторами, переключающая их в режим электродвигателей или в режим генераторов. Имеются также стопорные устройства, препятствующие каждой лопасти, занявшей положение задней стенки камеры сгорания, во время рабочего хода двигаться в обратную сторону. 2 ил.

Роторно-лопастной ДВС, состоящий из корпуса двигателя и двух роторов - лопастей, отличающийся тем, что он связан с электродвигателями-генераторами, при этом ротор одного электродвигателя-генератора связан с одним ротором роторно-лопастного ДВС, ротор другого электродвигателя-генератора связан с другим ротором роторно-лопастного ДВС, а статоры электродвигателей-генераторов связаны с корпусом роторно-лопастного ДВС, имеются датчики положения роторов относительно корпуса, имеется система управления электродвигателями-генераторами, переключающая их в режим электродвигателей или в режим генераторов, имеются также стопорные устройства, препятствующие каждой лопасти, занявшей положение задней стенки камеры сгорания, во время рабочего хода двигаться в обратную сторону.