МНОГОСЕКЦИОННЫЙ РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F01C1/07 F01C1/77 F02B53/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере, его наилучшее применение в качестве секции многосекционного двигателя внутреннего сгорания, оно может также использоваться как роторная машина объемного типа, пневмо- и гидромашина, при создании насосов, компрессоров, гидроприводов.

Известна роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус, внутри которого вращаются лопастные роторы с изменяющейся скоростью, так что объемы, на которые разделен корпус роторами, изменяются циклически. Роторы закреплены на соосных валах, имеющих на свободных концах водила. Механизм периодического изменения скоростей выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила со свободно вращающимися на полуосях зубчатыми колесами, на дисках которых установлены полуоси, и неподвижного зубчатого колеса, входящего в зацепление с этими зубчатыми колесами. Водила на концах валов с роторами имеют радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса.

Данный механизм имеет неуравновешенные водила, что сопровождается вибрацией механизма, кроме того, степень сжатия механизма зависит от минимального расстояния между полуосью, проходящей через радиальные пазы водил, и осью вращения центрального вала, которое в данном механизме ограничивается расстоянием, необходимым для их крепления, уменьшение этого расстояния приводит к уменьшению жесткости крепления водил и снижению надежности, кроме того, длинные водила предложенного механизма подвергаются воздействию крутящих сил, направленных перпендикулярно их оси, что ведет к уменьшению надежности предложенного механизма (RU 2175720 С2, МПК F01C 1/00, F04C 2/00 10.11.2001).

За прототип принят патент, содержащий кольцевую рабочую камеру с впускными и выпускными отверстиями, торцовые крышки, выходной вал и две пары лопастных роторов, разделяющих внутренний объем камеры на изолированные друг от друга сектора, свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей, который выполнен в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением, передаточным числом два, колесо которой жестко связано с лопастным ротором, а шестеренка располагается с торца двигателя, имеет неподвижную ось вращения и жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу, который имеет неподвижную ось вращения, находящуюся между осью шестеренки и полуосью кривошипа, и кинематическое соединение с ведущим валом (RU №2292463 С2, 18.07.2005).

Одним из недостатков прототипа двигателя является невысокая износостойкость шестеренок механизма периодического изменения скоростей, которые подвергаются периодическим нагрузкам противоположного направления.

Второй недостаток двигателя - его малая мощность, которая ограничивается мощностью шестеренок механизма и инерционностью деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что также ограничивает скорость вращения выходного вала.

Задачей изобретения является увеличение износостойкости шестеренок механизма, уменьшение инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличение ресурса работы двигателя, увеличение мощности двигателя, уменьшение вибрации корпуса, возникающей в результате ускорения лопастных ротора.

Данная задача решается в двигателе, содержащем секции двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапана и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих, в котором лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках, и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции, валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом, причем ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.

Кроме того, внешний вал расположен вне секции двигателя и имеет шестеренки, входящие в зацепление с шестеренками валов направляющих.

Кроме того, положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом.

Кроме того, корпуса многосекционного двигателя жестко соединены друг с другом, причем при торцовом соединении секций их лопастные роторы выполнены вращающимися в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции или шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции.

Кроме того, шестеренки вала направляющих выполнены по периметру цилиндра, в котором со стороны кривошипа имеется диагональный вырез, выполняющий функцию направляющих, а сам цилиндр выполняет функцию маховика секции.

Различие двигателей состоит в том, что теперь кривошип жестко связан с лопастными роторами, а вал направляющих имеет кинематическую связь с выходным валом, в результате чего появилась возможность увеличить диаметр полуоси кривошипа и мощность зубчатых передач без увеличения инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением лопастных роторов и кривошипов.

Увеличение мощности зубчатой передачи связано с увеличением диаметра зубчатых колес и ширины зацепления зубцов. Такое увеличение мощности реализуется совмещением направляющих с шестеренкой, при этом ширину шестеренок и зубчатого зацепления можно значительно увеличить, при этом инерционная масса таких шестеренок выполняет функцию маховика.

При таком строении двигателя и механизма периодического изменения скоростей имеется возможность значительно уменьшить инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением. Уменьшение связано как с отсутствием шестеренок, вращающихся со знакопеременным ускорением, так и с возможностью уменьшить диаметр внутреннего цилиндра кольцевой камеры, причем последнее не ведет к потере жесткости крепления лопастных роторов, так как их ширина и площадь крепления на втулках может быть увеличена по сравнению с прототипом за счет уменьшения количества лопастных роторов в камере.

Таким образом, такое строение механизма периодического изменения скоростей и строение камеры позволяет увеличить износостойкость шестеренок, уменьшить инерционность деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя.

Такое увеличение площади крепления лопастных роторов на втулке и мощности шестеренок, а также уменьшение инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличивает скорость вращения выходного вала и мощность двигателя.

На Фиг.1 представлен пример схемы расположения узлов механизма периодического изменения скоростей, способ соединения валов направляющих, при этом содержимое секции, лопасти и механизм периодического изменения скоростей лопастных роторов обведен (пунктирной линией).

На Фиг.2 представлена схема расположения лопастных роторов, попеременно меняющих скорость и одновременно двигающихся в одном направлении, а также положение свечи зажигания и клапанов.

На Фиг.3 представлен пример схемы соединения двух секций, при котором шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции, при этом содержимое секций представлено схематически (пунктирной линией).

На Фиг.4 представлен пример схемы соединения двух секций, при котором шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции, при этом содержимое секций представлено схематически (пунктирной линией).

Многосекционный роторно-лопастной двигатель составляется из секций двухтактных двигателей (Фиг.1 и 2), каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру 1, свечу зажигания 2, два лопастных ротора 3, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя 13, для чего лопастные роторы могут крепиться на втулках и/или дисках 4, впускные и выпускные клапана 5 и механизм периодического изменения скоростей лопастных роторов (в дальнейшем - механизм), в котором каждый лопастной ротор 3 жестко связан с кривошипом 6, расположенным с торца секции, на полуоси которого 7 крепится ползун 8, скользящий по направляющей 9, закрепленной на валу направляющих 10, который через зубчатую передачу, шестеренки 11 и 16 соединяется с общим для лопастных роторов секции внешним валом 12, причем ось вращения валов направляющих 10 находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа 7, и смещена от центральной оси двигателя 13, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.

Механизм секции обеспечивает движение лопастных роторов в одном направлении 14. Многосекционный двигатель собирается минимум из двух секций 15 (Фиг.3 и 4). Для компенсации колебаний каждой секции они соединены в линию, при этом корпуса многосекционного двигателя жестко соединяются друг с другом, их лопастные роторы вращаются в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала 11 одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала 11 другой секции (Фиг.3) или шестеренка вала направляющих одной секции 16 входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции 16 (Фиг.4).

Каждая секция двигателя работает по двухтактному циклу, при этом лопастные роторы секции, двигаясь в одном направлении, плавно меняют скорость вращения, то сближаясь, на минимальное расстояние, в точке камеры, где расположены клапана и свеча зажигания, то удаляясь друг от друга.

Такое движение лопастных роторов обеспечивает механизм секции. В двигателе предусмотрены свеча зажигания 2 и клапана 5, через которые происходит подача горючей смеси или воздуха и удаление отработанных газов.

Лопастные роторы имеют мертвую точку, в которой их скорости равны. Угол между лопастными роторами в этой точке минимальный.

После прохождения мертвой точки одна пара лопастных роторов снижает угловую скорость до минимальной, а другая плавно набирает скорость.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере. Многосекционный роторно-лопастной двигатель состоит из секций двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапана и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих. Лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках, и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции. Валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом. Ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу. Увеличивается износостойкость шестеренок механизма, уменьшается инерционность деталей вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличивается ресурс работы двигателя, увеличивается мощность двигателя, уменьшается вибрация корпуса, возникающая в результате ускорения лопастных роторов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многосекционный роторно-лопастной двигатель, состоящий из секций двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапаны и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих, отличающийся тем, что лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции, валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом, причем ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешний вал расположен вне секции двигателя и имеет шестеренки, входящие в зацепление с шестеренками валов направляющих.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом.4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпуса многосекционного двигателя жестко соединены друг с другом, причем при торцовом соединении секций их лопастные роторы выполнены вращающимися в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции, или шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции.5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шестеренки вала направляющих выполнены по периметру цилиндра, в котором со стороны кривошипа имеется диагональный вырез, выполняющий функцию направляющих, а сам цилиндр выполняет функцию маховика секции.