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”.)

Известен роторно-лопастной ДВС, в котором фиксация и синхронизация роторов производится муфтами свободного хода или храповыми механизмами (см. патент US 4390327 А от 28.06.83 г.).

Однако, несмотря 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 выкрошиваться 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, которые, в положении задней стенки камеры сгорания, стопорятся стопорным устройством, предотвращающим возможность обратного движения ротора, 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, при запуске, установить роторы-лопасти в определенное положение, а во время рабочего хода ротора-лопасти, переключает электродвигатель-генератор, связанный с этим ротором в режим генератора, который и преобразует энергию топлива в электрическую. При этом часть ротора электродвигателя-генератора закреплена на роторе ДВС неподвижно, а остальная часть через устройство, позволяющее продолжить движение ротора электрогенератора во время остановки ротора ДВС, таким устройством может быть, например, обгонная муфта или храповой механизм. Лопастей на каждом роторе ДВС может быть не только одна пара, а любое количество пар, но на каждом роторе должно быть такое же число пар лопастей как и на другом, пары лопастей должны быть равномерно распределены по окружности, соответственно должно быть столько же, сколько и пар лопастей на одном роторе, устройств для зажигания рабочей смеси или впрыскивания топлива, впускных и выпускных окон, так же равномерно распределенных по окружности.

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, разрез по Б-Б и разрез по В-В.

На фиг.3 показан в разрезе роторно-лопастной ДВС с несколькими парами лопастей.

Роторно-лопастной ДВС состоит из корпуса 1, ротора 2, с лопастью 3 и лопастью 4, ротора 5, с лопастью 6 и лопастью 7, электродвигателя-генератора 8 с ротором 9, состоящего из неподвижно закрепленной части 9а и подвижно закрепленной части 9б, и статором 10, электродвигателя-генератора 11, с ротором 12, состоящего из неподвижно закрепленной части 12а и подвижно закрепленной части 12б, и статором 13, датчика положения ротора 14 и датчика положения ротора 15, впускного окна 16, выпускного окна 17, устройства 18, для воспламенения топливной смеси или впрыскивания топлива в камеру сгорания, системы управления 19 электродвигателями-генераторами, стопорных устройств 20 и устройств 21, передающих усилие с ротора ДВС на подвижную часть ротора генератора. При этом ротор 9 связан с ротором 2, а ротор 12 связан с ротором 5, а статоры 10 и статор 13 связаны с корпусом 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 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 19 включает электродвигатели-генераторы 8 и 11 в режим электродвигателей, которые при запуске работают от аккумуляторов (не показаны), и заставляет ротор 9 электродвигателя 8 вращать ротор 2 так, чтобы одна из его лопастей, например лопасть 3 заняла положение передней стенки камеры сгорания, это положение фиксирует датчик 14 и дает сигнал в систему управления 19. Одновременно с электродвигателем 8 работает и электродвигатель 11, который ротором 12 вращает ротор 3 и устанавливает одну из его лопастей, например лопасть 6 в положение задней стенки камеры сгорания, в этот момент срабатывает стопор 20, предотвращающий возможность движения лопасти 6 в обратную сторону, это положение фиксирует датчик 15 и дает сигнал в систему управления 19. После получения сигналов от обоих датчиков, система управления 19 заставляет срабатывать устройство 18, после чего происходит взрыв рабочей смеси в камере сгорания и начинается рабочий ход. За счет давления рабочих газов лопасть 3 ротора 2 будет двигаться, вращая ротор 2. Электродвигатель-генератор 8, ротор 9, которого связан с ротором 2, после срабатывания устройства 18, системой управления 19, переключается в режим генератора, и преобразует часть тепловой энергии горения топлива в электрическую. Во время движения ротора 2 ротор 3 остается на месте, т.к. стопор 20 не дает ему двигаться в обратную сторону. Когда лопасть 3 совершает рабочий ход, движется и лопасть 4 ротора 2, при этом она сжимает рабочую смесь или воздух передней стенкой, а задней стенкой засасывает, через впускное окно 16, рабочую смесь или воздух для следующего цикла, когда лопасть 4 приближается к лопасти 6 ротора 5, она через сжатый газ давит на лопасть 6, заставляя ее двигаться, и когда лопасть 6 займет положение передней стенки камеры сгорания, а лопасть 4 задней стенки камеры сгорания, снова срабатывает стопор 20, уже на роторе 2, а датчики 14 и 15 дают сигнал в систему управления 19, которая заставляет срабатывать устройство 18 и в камере сгорания происходит взрыв рабочей смеси, после чего уже лопасть 6 начинает двигаться, а вместе с ней и ротор 5, связанный с ротором 12. Электродвигатель-генератор 11 преобразует тепловую энергию топлива в электрическую. При этом лопасть 6 передней стенкой вытесняет, через выпускное окно 17, оставшиеся горючие газы от предыдущего цикла, а лопасть 7 передней стенкой сжимает горючую смесь или воздух для последующего цикла, а задней стенкой засасывает, через впускное окно 16, горючую смесь или воздух для последующего за ним цикла. Теперь лопасть 7 сжатым газом продвигает лопасть 4 в положение передней стенки камеры сгорания, а сама занимает положение задней ее стенки, при этом срабатывает стопор 20, уже на роторе 5, а датчики 14 и 15 дают сигнал в систему управления 19, которая заставляет срабатывать устройство 18, происходит сгорание топлива и уже лопасть 4 с ротором 2 совершают рабочее движение, а, связанный с ротором 2, ротор 9, электродвигателя-генератора 8, двигаясь относительно статора 10, преобразует полученную им механическую энергию в электрическую. Теперь лопасть 4 передней стенкой выгоняет, через выпускное окно 17, оставшиеся горючие газы, а лопасть 3 передней стенкой сжимает рабочую смесь или воздух, впущенные ранее, а задней стенкой засасывает, через впускное окно 16, рабочую смесь или воздух для следующего цикла. И снова, теперь уже лопасть 3 сжатым газом продвигает лопасть 7, заставляя ее занимать положение передней стенки камеры сгорания, а сама занимает положение задней ее стенки, снова срабатывает стопор 20, уже на роторе 2, а датчики положения поз. 14 и 15 подают сигнал об этом в систему управления 19, которая снова после этого заставляет срабатывать устройство 18, снова происходит сгорание топлива, и уже лопасть 7 с ротором 5 совершают рабочее движение, а связанный с ним ротор 12, двигаясь относительно статора 13, преобразует механическую энергию в электрическую. Далее лопасть 7 выталкивает, через выпускное окно 17, оставшиеся горючие газы, а лопасть 6 одной стороной сжимает впущенную ранее рабочую смесь или воздух, а другой стороной засасывает, через впускное окно 16, рабочую смесь или воздух для последующего цикла. Лопасть 6 сжатым газом продвигает лопасть 3 в положение передней стенки камеры сгорания, а сама занимает положение ее задней стенки, снова срабатывает стопор 20, на роторе 5, а датчики 14 и 15 дают сигнал в систему управления 19, которая снова заставляет срабатывать устройство 18, снова происходит сгорание топлива и лопасть 3 с ротором 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 α, 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 20. Во время работы роторно-лопастного ДВС, подвижно закрепленные части 9б и 12б роторов генераторов 8 и 11, после того как роторы 2 и 5 останавливаются, за счет того, что они связаны с роторами ДВС через устройство 21, продолжают двигаться и вырабатывать электроэнергию, т.е. электроэнергия вырабатывается непрерывно.

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 двигателя. 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, часть ротора электродвигателя-генератора закреплена на роторе двигателя неподвижно, а остальная часть - через устройство, позволяющее продолжить движение ротора электрогенератора во время остановки ротора двигателя. Таким устройством может быть, например, обгонная муфта или храповой механизм. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Роторно-лопастной ДВС, состоящий из корпуса двигателя и двух роторов - лопастей, которые в положении задней стенки камеры сгорания стопорятся стопорным устройством, 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.2. Роторно-лопастной ДВС по п.1, отличающийся тем, что часть ротора электродвигателя-генератора закреплена на роторе ДВС неподвижно, а остальная часть - через устройство, позволяющее продолжить движение ротора электрогенератора во время остановки ротора ДВС, таким устройством может быть, например, обгонная муфта или храповой механизм.3. Роторно-лопастной ДВС по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что лопастей на каждом роторе ДВС может быть не только одна пара, а любое количество пар, но на каждом роторе должно быть такое же число пар лопастей как и на другом, пары лопастей должны быть равномерно распределены по окружности, соответственно, должно быть столько же, сколько и пар лопастей на одном роторе, устройств для зажигания рабочей смеси или впрыскивания топлива, впускных и выпускных окон, так же равномерно распределенных по окружности.