РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ Г.П. КРАЮШКИНА Российский патент 2007 года по МПК F01C1/34 F01C19/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может найти применение при проектировании и производстве двигателей внутреннего сгорания.

Известны роторно-лопастные двигатели, например роторная машина по патенту RU 21708535 C1, автор и заявитель Абросимов В.П., опубликованному 20.07.2001 г., кл. МПК F02B 53/00, бюл. №20, содержащая лопастной роторный двигатель с системами питания, смазки и охлаждения, и смонтированные на его валу роторные нагнетатель и газосос. Цилиндр двигателя выполнен многослойным с внутренними газовыми рекуперационными каналами. В систему питания введен воздушный ресивер, выхлопной патрубок нагнетателя соединен с ресивером непосредственно, а камера выхлопа двигателя - с камерой всасывания газососа.

Недостатком известной машины является сложность ее конструкции и большие трудозатраты в изготовлении вследствие необходимости изготовления сложных деталей для работы роторной машины, нагнетателя и газососа, которые составляют 2/3 роторов, кроме того, для приготовления рабочей смеси и ее воспламенения необходимо также изготовить систему трубопроводов, ресивер, систему зажигания двух напряжений с двумя свечами, работающими на разных напряжениях.

Наиболее близким к заявленному изобретению является роторно-лопастной двигатель по патенту WO 01/48359 А1, 05.07.2001, F02В 54/00, содержащий корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса, при этом радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса, а внутренний объем корпуса разделен створками на рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа, причем каждая из указанных полостей снабжена впускным или выпускным окном, а полость рабочего хода соединена впускным окном с предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя и снабжена системой синхронизации момента подачи воздуха в предкамеру сгорания с положением лопастей ротора и системой подготовки топливной смеси. Известный двигатель выполнен в двух вариантах: медленного вращения и быстрого вращения. Двигатель медленного вращения имеет две радиальные лопасти, две радиальные перегородки и две предкамеры сгорания. Полость рабочего хода (расширения) сообщается с предкамерой сгорания через «вентиль всасывания и расширения» в зависимости от того, какой цикл идет в этой полости, если рабочий ход - то открыт вентиль на камеру сгорания, если идет всасывание - то открыт на патрубок всасывания. Полость сжатия сообщается через «вентиль сжатия и выхлопа» с предкамерой сгорания в зависимости от того, какой идет цикл в этой полости, если сжатие - то открыт вентиль на камеру сгорания через патрубок и полностью сжатый воздух в конце цикла сжатия вытесняется в камеру сгорания, а если выхлоп - то открыт на патрубок выхлопа - наружу. Двигатель быстрого вращения имеет в корпусе цилиндра ротор с одной лопастью, одной перегородкой, в котором перегородка будет перемещаться возвратно-поступательно только один раз за оборот ротора, но для полного цикла двигателя необходимо два роторных цилиндра с одной перегородкой, одной лопастью и одной камерой сгорания, в которых будет попеременно меняться цикл: рабочий ход - сжатие, всасывание - выхлоп. Камеры сгорания снабжены каждая форсункой топлива, свечой зажигания и нагревательным электрическим элементом.

Недостатком известного двигателя является то, что в конструктивном варианте имеются вентили всасывания и расширения, в которых имеются отверстия, через которые проходит расширяющийся газ из камеры сгорания в полость рабочего хода, срок службы вентилей будет мал из-за прогорания. Не решен вопрос входа перегородок в цилиндр при высокой скорости вращения лопастей, т.к. они могут не успевать возвращаться для прижатия к лопастям во время отхода лопастей от перегородок до 90° поворота ротора, из-за чего нарушится герметичность полостей, при этом двигатель не обеспечит циклы: всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа. В двигателе не предусматривается продувка камеры сгорания после рабочего хода, поэтому кпд снижается. Подготовка топливной смеси предусматривается только форсункой топлива, которая потребует более дорогостоящую топливную аппаратуру, чтобы получить качественную топливную смесь. Для воспламенения топливной смеси требуется свеча зажигания с системой зажигания и электрический подогреватель. Не предусмотрено охлаждение ротора в цилиндре, из-за чего срок службы ротора снижается. Для изготовления роторного двигателя на высоких скоростях вращения необходимо два одинаковых роторных цилиндра, составляющих роторный двигатель, из-за чего увеличивается трудоемкость, повышается стоимость изготовления и увеличиваются габариты.

В известном роторно-лопастном двигателе не решен вопрос повышения срока службы пластин уплотнения, установленных в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра для герметизации места контакта, которые очень быстро изнашиваются от действия центробежных сил, особенно при высоких скоростях.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение срока службы двигателя за счет увеличения ресурса пластин уплотнения и увеличение скорости вращения ротора.

Поставленная задача решается в предлагаемом роторно-лопастном двигателе, содержащем корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса, при этом упомянутые уплотнения выполнены в виде пластин уплотнения, размещенных в пазах на вершинах лопастей, и противовесов, соединенных с указанными пластинами через зубчатые штоки, установленные между ними в лопастях. При этом радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса, при этом внутренний объем корпуса разделен створками на две рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа, причем каждая из указанных полостей снабжена впускным или выпускным окном, а полость рабочего хода соединена через упомянутое окно с предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя, при этом двигатель дополнительно снабжен системой распыления и воспламенения топливной смеси, системой подачи высокого давления рабочего хода на створки, системой продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода, системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта и компенсации износа указанных стенок. Система распыления и воспламенения топливной смеси содержит два перепускных клапана, форсунку воздуха, форсунку топлива и насос высокого давления, рабочим телом которого является поступающий сжатый воздух из полости сжатия в корпусе цилиндра, а поршень насоса высокого давления через шток кинематически связан с эксцентриком на валу ведомой шестерни, которая через цепную передачу с передаточным числом ¹/₂ соединена с ведущей шестерней, посаженной на валу ротора двигателя, таким образом, что подаваемая через форсунку воздуха в предкамеру сгорания с высокой температурой и под высоким давлением струя воздуха направлена на распыляемую форсункой топлива струю топлива с образованием высокодисперсной самовоспламеняющейся топливной смеси. Система подачи высокого давления рабочего хода на створки во время отхода лопастей от створок на угол до 90° при высокой скорости вращения ротора содержит отверстие на торцевой стенке цилиндра, трубопровод, разделенный штоком с проточкой для снятия давления после перемещения лопастей более чем на 90°, который кинематически связан через коромысло с кулачком на ведомой шестерне цепной передачи, и насос для отделения рабочих газов от воздуха, соединенный трубопроводами с полостями, находящимися над торцами створок. Система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода включает в себя полости, находящиеся над торцами створок, два перепускных клапана и трубопровод от упомянутых полостей до одного из перепускных клапанов, соединенного с предкамерой сгорания. Система герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта включает в себя сплошной поперечный разрез ротора с лопастями, пружины, работающие на раздвижение частей ротора в месте разреза, и прижим торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам цилиндра, при этом упомянутые пружины посажены на валу ротора между корпусами масляных каналов охлаждения ротора и шестернями, находящимися на валу ротора. Устройство увеличения срока службы пластин уплотнения в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра содержит пластину уплотнения, соединенную с противовесом через зубчатый шток, установленный между ними в лопасти.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого роторно-лопастного двигателя.

На фиг.2 - вид вала с торца.

На фиг.3 - сечение А-А вала на фиг.2.

На фиг.4 - сечение П-П вала на фиг.2.

На фиг.5 - вид цилиндра с торца.

На фиг.6 - вид цилиндра сверху.

На фиг.7 - ступенчатый разрез В-В двигателя на фиг.9.

На фиг.8 - фигурный разрез Б-Б двигателя на фиг.7.

На фиг.9 - сечение Г-Г двигателя на фиг.7.

На фиг.10 - вид двигателя в сборе с валом.

На фиг.11 - продольный разрез форсунки воздуха.

На фиг.12 - разрез узла штока переключения давления газов на створки.

На фиг.13 - кинематика привода поршня насоса высокого давления и штока переключения давления газов на торцы створок.

Роторно-лопастной двигатель состоит из ротора, включающего в себя вал 52 ротора с лопастями 51 и 53 ротора (фиг.1, 2, 3), корпуса 12 цилиндрической формы (фиг.5, 6, 7), закрытого с торцевых сторон торцевыми стенками 54, 55 (фиг.6), прикрепленными к корпусу 12 болтами 70 (фиг.10). Болты 70 проходят через отверстия 56 (фиг.5, 7) в торцевых стенках 54, 55 и в корпусах подшипников 57 (фиг.10). Во всю длину корпуса 12 установлены радиально две выдвижные перегородки в виде створок 7, 24 (фиг.1, 7), проходящие через окно 67 (фиг.6) в корпусе 12. Створки 7, 24 делят объем корпуса 12 на две равные части, т.к. они упираются торцами в лопасти 51, 53 ротора, сидящие на валу 52 ротора (фиг.1, 7). Створки 7 и 24 прижимаются пружинами 1 и 27 для создания места герметизации лопастей со створками. Пружины 1 и 27 устанавливаются в гнездах, которые прижаты крышками 82, ввинчиваемыми в корпус двигателя. Лопасти 51, 53 вершинами касаются внутренней цилиндрической поверхности корпуса и, проходя створки во время вращения вала по часовой стрелке, образуют полости 19, 11, 37, 41, которые, в свою очередь, образуют две рабочие зоны: воздушную и топливную. Полости 11 и 19 образуют воздушную зону, а полости 37, 41 образуют топливную зону. Эти зоны отделены друг от друга створками 7 и 24. По бокам корпуса 12 около окон 67 с обеих сторон имеются впускные (выпускные) окна 20, 10, 35, 21 (фиг.1, 5, 7). В полость 19 через окно 20 и трубу 22 - всасывания, засасывается воздух - полость всасывания. Из полости 11 - полости сжатия - сжимаемый воздух вытесняется через окно 10 и перепускной клапан 8 в систему распыления и воспламенения топливной смеси. Система распыления и воспламенения топливной смеси включает в себя перепускной клапан 8, перепускной клапан 32, насос 29 высокого давления, форсунку 31 воздуха, форсунку топлива 33 и трубопровод 3, находящийся в теле двигателя (фиг.1, 13, 15). Окно 10 через перепускной клапан 8 соединено трубопроводом 3 с перепускным клапаном 32 (фиг.1, 7, 9) и с верхней камерой 28 насоса 29 высокого давления. Нижняя камера 30 насоса 29 высокого давления соединена трубопроводом с форсункой 31 воздуха, и перепускным клапаном 32 (фиг.1, 8). К предкамере 9 сгорания присоединены форсунка 31 воздуха, перепускной клапан 34, топливная форсунка 33. Из топливной форсунки топливо распыляется, и на распыленную струю направляется струя сильно сжатого и раскаленного воздуха, отчего распыленная струя «бомбардируется» этим воздухом и хорошо перемешивается с ним, образуя высокодисперсную топливную смесь, и воспламеняется. Предкамера 9 сгорания топливной смеси выходит через окно 35 в корпусе 12 в полость 37 (фиг.1, 7, 8) рабочего хода. Поршень насоса высокого давления приводится в движение от цепной передачи с передаточным числом ¹/₂. Ведущая шестерня 49 цепной передачи (фиг.1, 10, 15) жестко сидит на валу 52. На ведомой шестерне 47 имеется эксцентрик 48, с которым соединен шток поршня насоса 29 высокого давления. Из предкамеры 9 сгорания (фиг.1, 7, 8) расширяющиеся газы через окно 35 поступают в полость 37 - полость рабочего хода. Из полости 41 выхлопа через окно 21 (фиг.1, 7) и выхлопную трубу 23 отработанные газы вытесняются лопастями наружу. Вал 52 ротора с лопастями 51, 53 имеют внутреннюю полость 14 (фиг.2, 3, 4) для масляного охлаждения ротора.

Масло для охлаждения подводится к патрубку 62 (фиг.10) через масляный канал 69 охлаждения ротора, отверстие 63 на валу ротора, через полость 14 вала ротора 52 и лопастей 51, 53, а отводится через такой же патрубок 62 на другом конце вала. Устройство увеличения срока службы пластин уплотнения в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра содержит выполненную на каждой вершине лопасти канавку 16 (фиг.2, 3), в которую вставлена пластина 18 уплотнения, подпружиненная изогнутыми пружинящими пластинами 17 для герметизации места контакта вершин лопастей 51, 53 с внутренней поверхностью корпуса 12, и противовес 75 в канавке 84 (фиг.2, 3), а между ними установлен зубчатый шток 50, который зубцами соединяет пластину 18 уплотнения с противовесом 75. Это устройство предусмотрено для устранения действия центробежной силы, возникающей при вращении ротора и вызывающей ускоренный износ пластины 18 от действия центробежной силы. Для обеспечения герметичности мест контакта торцевых поверхностей лопастей с торцевыми поверхностями стенок цилиндра в зоне их контакта и компенсации износа указанных торцевых поверхностей двигатель снабжен системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне их контакта, которая включает в себя сплошной поперечный фигурный разрез 64 ротора с лопастями, пружины 60 (фиг.10), работающие на раздвижение частей ротора в месте разреза и прижим торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам цилиндра, при этом пружины 60 посажены на валу 52 ротора между корпусами масляных каналов 62, жестко закрепленными на корпусе двигателя, и шестернями 49 и 59, жестко сидящими на валу ротора. Части ротора с лопастями в месте разреза 64 имеют соединение, выполненное в виде шлицевого, а по периметру лопастей - в виде «юбки» 66 (фиг.3, 4), чтобы не пропускать сжатые газы через соединение, а для прочного сцепления частей ротора друг с другом на одной половине вала имеются два прямоугольных выступа 65 (фиг.2, 3, 4), вставляемых в ответные пазы на другой половине вала. Разрез 64 необходим для плотного прижатия торцевых стенок лопастей и внутренних торцевых стенок 55 корпуса 12. С двух сторон на валу 52 установлены пружины 60 (фиг.10), создающие усилия, направленные на раздвижение ротора с лопастями в месте разреза 64 для плотного прижима торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам корпуса и герметизации мест их контакта. Система подачи высокого давления рабочего хода на створки из полости 37 рабочего хода в полости 6, 26 над торцами створок 7 и 24 для плотного прижима их к лопастям 51, 53 включает в себя отверстие 36 на торцевой стенке 55 корпуса 12, канал из трубопроводов 42 (фиг.1, 5) и 45, насос 38 для отделения топливных газов от воздуха, подаваемого на торцы створок, шток 43 с проточкой 75, коромысло 15 (фиг.1, 13), кулачок 13 на ведомой шестерне 47 цепной передачи. Насос 38 (фиг.1) введен для отделения расширяющихся газов от воздуха, поступающего в полости 6, 26 по трубопроводу 45, чтобы не пропускать через трубопровод 45 рабочие газы, от которых может осесть нагар на стенках трубопровода. В трубопроводе 42 (фиг.1) имеется шток 43 с проточкой 75, который предусмотрен для перекрытия поступления расширяющихся газов после поворота лопастей 51, 53 от створок 7 и 24 на угол более 90°, снимая высокое давление с торцов створок 7, 24, и отвода газов из нижней полости насоса наружу двигателя через проточку 75 (фиг.12) в штоке 43 и трубопровод 44. Шток 43 (фиг.1, 12, 13) приводится в движение от кулачкового выступа (кулачка) 13, занимающего полуокружность зубчатого колеса 47 зубчатой передачи. Между торцами створок 7, 24 и пазами в теле двигателя, в которых перемещаются возвратно-поступательно створки 7, 24, скользя своими торцами по лопастям 51, 53 ротора (фиг.1, 7) образованы полости 6, 26. Полости 5, 25 расположены симметрично полостям 6, 26 над торцами створок 7, 24 (фиг.1, 7) и изолированы от них. Полость 5 соединена с полостью 25 трубопроводом 46 (фиг.1, 7, 8), полость 6 соединена с полостью 26 трубопроводом 45. Воздух для заполнения увеличивающихся объемов полостей 5, 25 при движении створок 7, 24 внутрь корпуса поступает через патрубок 71, через перепускной клапан 2 и трубопровод 4 (фиг.1, 9). Система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода включает в себя полости 5 и 25 над торцами створок, трубопровод 4 от полостей 5, 25, перепускной клапан 34, соединенный с предкамерой 9 сгорания топливной смеси, и перепускной клапан 2 (фиг.1, 8). Продувка предкамеры сгорания осуществляется сжатым воздухом, подаваемым через трубопровод 4 из полостей 5, 25 при движении створок 7, 24 во время их вытеснения лопастями 51, 53 из корпуса, через перепускной клапан 34 в предкамеру 9 сгорания. Для распыления топлива в предкамере сгорания топливо подводится от топливной аппаратуры (на чертежах не показана) через топливную форсунку 33 (фиг.1, 7).

С двух сторон вала 52 установлены подшипники 57 скольжения с вкладышами 61 (фиг.10). Подшипники 57 крепятся к торцевым стенкам 54, 55 корпуса 12. Вода для охлаждения корпуса подводится к патрубку 58 и, пройдя полость двигателя, отводится через патрубок 68 (фиг.7).

Масло для смазки штоков насоса 29 высокого давления, клапанов 2, 8, 32, 34, форсунки 31 воздуха заливается через патрубок 83 в верхней крышке 79 двигателя (фиг.7). Перепускной клапан 8 открывается тогда, когда давление сжимаемого воздуха в полости 11 корпуса 12 превысит натяжение пружины перепускного клапана и подается это давление с торца клапана. Аналогично устроены и перепускные клапаны 2, 32, 34, но давление для открытия клапанов подводится сбоку клапанов (фиг.1, 8, 9). Форсунка 31 воздуха (фиг.8) открывается тогда, когда давление воздуха для открытия подводится сбоку и превысит натяжение ее пружины, и, пройдя форсунку, выходит с ее торца. Регулировка усилия натяжения пружин для открытия клапанов и форсунки воздуха производится изготовителем.

Для регулирования натяжения пружины форсунки 31 воздуха имеются гайки 73, 74, которые навинчиваются на шток форсунки воздуха (фиг.11). Для уплотнения створок 7, 24 со стенками пазов двигателя, по которым перемещаются створки, имеются канавки 72 в теле двигателя и в створках 7, 24 (фиг.7), в которые вставлены подпружиненные пластины уплотнения. Предлагаемый роторно-лопастной двигатель работает следующим образом. При вращении лопастей 51, 53 ротора на валу 52 в корпусе 12 за половину их оборота одновременно идет всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп. За другую половину оборота вала цикл повторяется и достигается это тем, что объем цилиндрического корпуса 12 разделен на две рабочие зоны: воздушную и топливную, образованные двумя створками 7, 24, перемещающимися радиально, скользя по поверхностям лопастей 51, 53. При движении лопастей от одной створки до другой по часовой стрелке образуются полости в корпусе 12. Полость 19 всасывания, начиная с нуля, увеличивается до максимального значения - половины объема цилиндра, там идет всасывание воздуха через окно 20 в корпусе 12. Полость 11, соответственно, уменьшается до нуля, там идет сжатие воздуха, который вытесняется из полости через окно 10 корпуса 12 в предкамеру 9 через два перепускных клапана 8, 32, насосом высокого давления 29 повышает давление и через форсунку 31 воздуха поступает в предкамеру 9 сгорания. Указанные клапаны 8, 32, насос 29, форсунка 31 вместе с топливной форсункой 33 входят в систему распыления и воспламенения топливной смеси. Полость 37 рабочего хода увеличивается при повороте лопастей с нуля до максимального значения - половины объема всего цилиндра, там идет рабочий ход, т.к. через окно 35 из предкамеры 9 сгорания расширяющиеся газы поступают в полость 37, давят на лопасть 51 и вращают вал. Полость 41 соответственно уменьшается до нуля, там идет выхлоп отработанных газов через окно 21 в корпусе 12.

Движение поршня вниз начинается в момент, когда лопасти 7, 24 не доходят створок на 15°-5°, это достигается перестановкой зубьев шестерни 47 с установкой эксцентрика 48 в верхней мертвой точке. Поршень насоса 29 высокого давления сделает движение вниз и поднимется вверх за половину оборота вала 52. Сжимаемый воздух из полости 11 вытесняется через окно 10 и поступит через перепускной клапан 8 по трубопроводу 3 в верхнюю увеличивающуюся в объеме камеру 28 насоса 29 высокого давления до момента, когда продольная ось лопастей составит угол 90° с продольной осью створок. Сжимаемый воздух может поступить и в нижнюю камеру 30 насоса 29 высокого давления через клапан 32, но клапан 32 в это время закрыт, т.к. поршень насоса 29, двигаясь вниз, уменьшает объем камеры 30 и повышает давление в ней, начиная от того значения, что создалось ранее от сжатия воздуха в полости 11 корпуса 12. Это давление откроет форсунку воздуха 31, воздух поступит в предкамеру сгорания 9. При повороте лопастей на угол от 90° до 180° поршень насоса 29 начнет подниматься вверх, сжимаемый воздух из полости 11 корпуса 12 будет поступать в нижнюю камеру 30, т.к. в нижней камере 30 создается разрежение воздуха, при этом клапан 32 открывается и воздух начинает поступать через клапан 32 в нижнюю камеру 30. Из верхней камеры 28 насоса высокого давления воздух будет также переходить в нижнюю камеру 30 по трубопроводу 3, через клапан 32. После того как лопасть 53 дойдет до створки 7, сжатый воздух из полости 11 полностью вытесняется в нижнюю камеру 30 насоса 29 и воздух из верхней камеры 28 тоже прейдет в нижнюю. Давление в камере 30 будет максимальное, какое может создать лопасть при движении за время сжатия воздуха в полости 11. В момент, когда лопасть 51 дойдет до створки 7, а поршень насоса 29 начнет движение вниз, закроется клапан 32 и будет происходить дальнейшее повышение давления в камере 30. Это давление преодолеет натяжение пружины в форсунке 31 воздуха, и, открыв ее клапан, сильно сжатый воздух будет поступать в предкамеру 9 сгорания раскаленной струей до тех пор, пока поршень насоса 29 не дойдет до нижней мертвой точки и не выдавит весь сжимаемый воздух из камеры 30. Форсунка 31 воздуха открывается в тот момент, когда лопасть только что перекроет окно 35 корпуса 12. Для этого поршень насоса 29 должен начать движение вниз в момент, когда лопасти 51 на 15°-5° не дойдет до створки 7, чтобы создать давление в камере 30 насоса 29 высокого давления для открытия клапана форсунки 31 воздуха, а за это время лопасть 51 дойдет до створки и закроет окно 35. Момент открытия клапана форсунки 31 воздуха достигается перестановкой зубьев шестерни 47 цепной передачи и изменением натяжения пружины форсунки воздуха. Для этого нужно установить вал, не доходя лопастью 51 до створки 7 на 15°-5°, эксцентрик 48 шестерни 47 цепной передачи нужно установить в верхней мертвой точке перестановкой зубьев на цепной передаче. Вывернуть форсунку 33 топлива и вместо нее ввернуть манометр. Ослабить натяжение пружины форсунки 31 воздуха выворачиванием гайки 74 на несколько оборотов, и, вращая вал ротора, добиться появления наибольшего импульсного значения высокого давления в предкамере 9 сгорания завинчиванием гайки 74 на штоке форсунки 31 воздуха. Законтрить гайку 74 гайкой 73. Когда лопасть 51 после перекрытия окна 35 повернется еще на 3-5°, подается топливо через топливную форсунку 33 в предкамеру 9 сгорания. Топливо распыляется форсункой 33 топлива и на образованную струю подается струя сильно сжатого, с высокой температурой воздуха из форсунки 31 воздуха, «бомбардируя» распыленную форсункой топлива струю, еще больше распыляет ее, образуя высокодисперсную самовоспламеняющуюся топливную смесь, интенсивно и эффективно смешивает топливо с раскаленным воздухом, что приводит к самовоспламенению топливной смеси.

Полученная топливная смесь самовоспламеняется и горит. Время горения смеси увеличивается, т.к. еще продолжается поступление сжатого воздуха, поэтому топливо сгорает полностью в предкамере 9 сгорания. Расширяющиеся рабочие газы поступают в рабочую полость 37 и давят на лопасть, обеспечивая вращение ротора. Лопасть 51, дойдя до створки 24, откроет окно 21. Давление в полости 37 сбросится. Сбросится высокое давление и в предкамере 9 сгорания, т.к. окно 21 корпуса 12 шире других окон 10, 20, 35 корпуса. Вершины лопастей 51, 53, находясь на линии створок 7, 24, не перекроют одновременно окна 21, 35, значит сбрасывается высокое давление и в предкамере 9 сгорания. Этим создаются условия для срабатывания системы продувки отработанных газов из предкамеры сгорания. При сбросе давления в предкамере 9 создается условие для открытия клапана 34, т.к. створки 7, 24, находясь в выдавленном положении, торцами сжимают воздух в полостях 5, 25, который вытесняется, и по трубопроводу 4 через открывшийся клапан 34 поступает в предкамеру 9 сгорания для продувки отработанных газов из предкамеры. Другая лопасть, прошедшая створку 7, начнет выталкивать отработанные газы из полости 41 через окно 21 и выхлопную трубу 23 с одной стороны лопасти, а с другой стороны лопасти также начнется рабочий ход следующего цикла.

При большой скорости вращения лопастей ротора створки 7, 24 могут быть «выбиты» по инерции или отстать с прижатием к лопастям во время отхода лопасти от створок и этим нарушится работа двигателя из-за перехода газов из одной полости цилиндра в другую. Чтобы этого не произошло, предусмотрена система подачи давления рабочего хода на створки для обеспечения прижима створок к лопастям давлением рабочих газов из полости рабочего хода на торцы створок 7, 24. Лопасть 51, пройдя окно 35, откроет отверстие 36 трубопровода на торцевой стенке 55 корпуса 12, и газы из предкамеры 9 сгорания будут поступать через отверстие 36, трубопровод 42, в нижнюю камеру 39 насоса 38 и сильно надавит на поршень 38. Из верхней камеры насоса 38 сильно сжатый воздух выйдет через трубопроводы 40, 45 и поступит в полости 6, 26, сильно надавит на торцы створок 7, 24, которые прижмутся к лопастям, тем самым створки будут постоянно прижиматься к ним и не отстанут от них с прижатием при прохождении лопастей с большой скоростью. Чтобы снять высокое давление во время вытеснения створок лопастями из цилиндра 12 после 90° вращения вала, на ведомом зубчатом колесе подойдет кулачковый выступ 13, занимающий полуокружность колеса 47, и коромысло 15 передвинет шток 43, который перекроет трубопровод 42. Рабочие газы из полости 37 через отверстие 36 не будут поступать к поршню 38 насоса, а вытесняемый воздух из полостей 6, 26 створками 7, 24 и пружиной насоса 38 будет возвращать поршень, а газ, находящийся в нижней камере 39 насоса, которая будет соединена с трубопроводом 44 через проточку 75 в штоке 43, выйдет наружу.

Воздух, сжимаемый в полостях 5, 25 торцами створок, вытесняемых лопастями, для продувки предкамеры сгорания, будет являться амортизатором для створок во время их вытеснения лопастями из корпуса 12, так как этот сжатый воздух выйдет из полостей 5, 25 через клапан 34 только тогда, когда створки и лопасти будут на одной осевой линии и когда сбросится давление в полости рабочего хода для продувки предкамеры сгорания, т.е. когда движение створок на вытеснение прекратится.

Устройство увеличения срока службы пластин 18 уплотнения, установленных в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра 12 для герметизации места контакта, предусмотрено для устранения износа пластины 18 при действии центробежной силы и содержит в себе пластины 18 уплотнения, установленные в канавках 16, находящихся на лопастях, при этом пластины 18 подпружинены изогнутыми пластинами 17 к внутренней поверхности цилиндра, параллельно им устанавливается противовес 75 в канавках 84, вес которых равен весу пластин 18 с пластинами 17, а между ними устанавливается зубчатый шток 50 в виде зубчатого колеса на оси 76, которая вставляется в отверстия лопасти. Зубцы штока сцепляются с зубцами пластины и противовеса. При увеличении числа оборотов двигателя на пластины действует центробежная сила, которая с увеличением числа оборотов двигателя будет сильно возрастать и прижимать пластины к внутренней поверхности цилиндра, из-за чего увеличивается трение пластин уплотнения 18 с внутренней поверхностью цилиндра. Значит, увеличивается износ пластин в месте контакта, поэтому предусмотрен противовес, который снимает действие центробежной силы, прижимающей пластины к внутренней поверхности цилиндра при любой скорости вращения лопастей, а прижатие пластин 18 к внутренней поверхности цилиндра обеспечат подпружинивающие пластины 17, которые будут давить с постоянной силой, что обеспечит большой срок службы пластин 18 уплотнения в месте герметизации.

Предлагаемый роторно-лопастной двигатель обладает более долгим сроком службы. Двигатель прост в эксплуатации и не требует дорогостоящей топливной аппаратуры, благодаря примененной системе распыления и воспламенения. Благодаря небольшим габаритам и введению устройства ликвидации действия центробежной силы на уплотнения в месте контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра увеличивается ресурс. Предлагаемый двигатель может найти применение в автомобилестроении, судостроении, мототранспорте, сельскохозяйственной технике, в передвижных электростанциях. Введение в конструкцию двигателя системы распыления и воспламенения топливной смеси позволило отказаться от свечей зажигания, использование системы подачи высокого давления рабочего хода на створки обеспечивает плотный и постоянный прижим створок к лопастям и позволяет увеличить скорость вращения ротора, система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода позволяет повысить кпд двигателя и увеличить срок его службы, а система герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта позволяет повысить надежность работы и долговечность двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может найти применение при проектировании и производстве двигателей внутреннего сгорания. Роторно-лопастной двигатель содержит корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса. Уплотнения выполнены в виде пластин уплотнения, размещенных в пазах на вершинах лопастей, и противовесов, соединенных с указанными пластинами через зубчатые штоки, установленные между ними в лопастях. Радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса. Внутренний объем корпуса разделен створками на две рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа. Каждая полость снабжена впускным или выпускным окном. Полость рабочего хода соединена с впускным окном и предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя, при этом двигатель дополнительно снабжен системой распыления и воспламенения топливной смеси, системой подачи высокого давления рабочего хода на створки, системой продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода и системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта и компенсации износа указанных стенок. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса, отличающийся тем, что упомянутые уплотнения выполнены в виде пластин уплотнения, размещенных в пазах на вершинах лопастей, и противовесов, соединенных с указанными пластинами через зубчатые штоки, установленные между ними в лопастях.2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса, при этом внутренний объем корпуса разделен створками на две рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа, причем каждая из указанных полостей снабжена впускным или выпускным окном, а полость рабочего хода соединена с впускным окном с предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя, при этом двигатель дополнительно снабжен системой распыления и воспламенения топливной смеси, системой подачи высокого давления рабочего хода" на створки, системой продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода и системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта и компенсации износа указанных стенок.3. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система распыления и воспламенения топливной смеси содержит два перепускных клапана, форсунку воздуха, форсунку топлива и насос высокого давления, рабочим телом которого является поступающий сжатый воздух из полости сжатия в корпусе цилиндра, а поршень насоса высокого давления через шток кинематически связан с эксцентриком на валу ведомой шестерни, которая через цепную передачу с передаточным числом ¹/₂ соединена с ведущей шестерней, посаженной на валу ротора двигателя таким образом, что подаваемая через форсунку воздуха в предкамеру сгорания с высокой температурой и под высоким давлением струя воздуха направлена на распыляемую форсункой топлива струю топлива с образованием высокодисперсной самовоспламеняющейся топливной смеси.4. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система подачи высокого давления рабочего хода на створки во время отхода лопастей от створок на угол до 90° при высокой скорости вращения ротора содержит отверстие на торцевой стенке цилиндра, трубопровод, разделенный штоком с проточкой для снятия давления после перемещения лопастей более чем на 90°, который кинематически связан посредством коромысла с кулачком на ведомой шестерне цепной передачи, и насос для отделения рабочих газов от воздуха, соединенный трубопроводами с полостями, находящимися над торцами створок.5. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода включает в себя два перепускных клапана, полости над торцами створок и трубопровод от указанных полостей до одного из перепускных клапанов, соединенного с предкамерой сгорания.6. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта включает в себя сплошной поперечный разрез ротора с лопастями, пружины, работающие на раздвижение частей ротора в месте разреза и прижим торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам цилиндра, при этом упомянутые пружины посажены на валу ротора между корпусами масляных каналов охлаждения ротора и шестернями, находящимися на валу ротора.