РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ВИКТОРА ГОРБА Российский патент 2009 года по МПК F02B55/14 F02B55/08 F01C19/00 

Изобретение касается энергетического и транспортного машиностроения, в частности роторных двигателей внутреннего сгорания.

Прототипом предлагаемого изобретения является роторный двигатель внутреннего сгорания (Патент РФ №2175397, кл. А02В 53/00, публ. 2001 г.), который состоит из двух или нескольких роторных секций профилированных роторов, установленных на совместном валу, разделяющей заслонки с поршнем, уплотнительных элементов, стакана с отверстием для впуска рабочего тела в камеру сжатия и для выпуска отработанного рабочего тела из нерабочей камеры, а также для впуска сжатого рабочего тела из аналогичной роторной секции. Разделяющая заслонка разделяет нерабочую камеру и рабочую, которая образована одной стороной заслонки и уступом ротора. Разделяющая заслонка с поршнем имеют каналы для вывода отработанного тела из нерабочей камеры и для вывода рабочего тела под давлением из другой рабочей секции. Если двигатель работает как двигатель внутреннего сгорания, то для этого предусмотрена свеча. Разделяющая заслонка все время находится в контакте с внешней образующей ротора под действием пружины, которая размещена в камере сжатия стакана, и которая действует на дно поршня. Функции топливного насоса выполняют стаканы с камерами сжатия определенных роторных секций.

Однако этот двигатель является сложным по конструкции и содержит ряд недостатков. В частности, в этом двигателе отсутствует система автоматического всасывания топливной смеси, которую необходимо подавать в рабочую камеру принудительно, что усложняет способ эксплуатации двигателя. В качестве основного рабочего элемента в этом двигателе, как и в большинстве других известных двигателей используется ротор и при его изнашивании необходим капитальный ремонт всего двигателя и полная замена секции, поэтому необходимо использовать в конструкции большое количество уплотнителей, что усложняет конструкцию двигателя при его изготовлении и эксплуатации. Кроме этого уплотнители мешают ротору вращаться, при вращении он бьется об уплотнитель и быстро изнашивается. Кроме этого ротор этого двигателя асимметричный, и при его вращении возникает, в той или иной мере, постоянная паразитная сила, которая направлена от центра обращения, и чем большая частота оборота, тем большая эта сила. Это создает дополнительную нагрузку на главный вал и вибрацию двигателя. При выходе из строя одной секции нормальное и эффективное функционирование других секций проблематично. Использование только одной секции требует дополнительных конструктивных решений, что делает конструкцию более дорогой и менее надежной.

Задачей изобретения является упрощение конструкции двигателя, что увеличит его экономичность, доступность и упростит способ эксплуатации, а также увеличение долговечности и мощности двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, который содержит одну или несколько секций, установленных на совместном валу, каждая секция состоит из ротора, статора, системы зажигания, рабочей камеры, системы выпуска отработанных газов и системы уплотнителей, согласно изобретению рабочая камера вместе со смесителем рабочей смеси, впускным коллектором и системой зажигания размещена вне статора по касательной относительно статора, ротор имеет цилиндрическую форму, а его ось несколько смещена относительно оси статора, ротор также содержит рабочую и всасывающую лопатки, которые используются в качестве основного рабочего элемента и одновременно как уплотнитель, каждая секция двигателя дополнительно содержит ремонтное окно с уплотнителем и выпускным коллектором.

Благодаря размещению рабочей камеры вне статора по касательной относительно статора взрыв рабочей смеси происходит направленно на рабочую лопатку, что дает возможность использовать не только энергию сжатого рабочего тела (как это делается в прототипе), но и дополнительно - взрывчатую волну. Это повышает эффективность использования горючего, дает дополнительную экономию или повышает мощность при одинаковых с прототипом затратах горючего. Кроме этого рабочую камеру очень легко модифицировать по размеру или по форме, не трогая при этом ни ротора ни статора, что дает возможность легко наращивать мощность (увеличивая объем камеры), или изменять характеристики двигателя для тех или иных потребностей (например, с целью достижения большей экономичности, или специализации под конкретное рабочее тело - вид горючего).

Форма ротора представляет собой обычный цилиндр в отличие от ротора в прототипе (у которого асимметричная овальная форма с уступом), ось его обращения совпадает с осью симметрии и смещена относительно оси статора, который имеет только больший диаметр и тоже выполнен в форме цилиндра. Симметричный ротор при обращении не дает эффекта „битья", он не нуждается в противовесе и практически не добавляет вибрации. В двигателе возможно простое использование одной секции, возможно добавление дополнительных секций, их размещение под любым углом одна относительно другой без дополнительного регулирования или балансирования. Все это говорит о более простой, надежной и дешевой конструкции двигателя в целом.

В предлагаемой конструкции двигателя нет ограничений на ход элементов, которые трутся и изнашиваются. Рабочая лопатка, всасывающая лопатка и уплотнитель (всего один) к ротору прижимаются пружиной, а следовательно, нет битья (которое присутствует в прототипе). Со временем эти элементы изнашиваются и выталкиваются пружиной, продолжая плотно прижиматься к поверхности статора (обе лопатки) и ротора (уплотнитель), не возбуждая режим работы камер. При этом запас хода на практике может измеряться несколькими сантиметрами. Работая в одинаковых условиях, деталь, что имеет ограничение на трение, например, в 0.5 мм, выйдет из строя намного быстрее чем та, которая имеет такое ограничение в размере 20 мм и даже большее. А также допуски на длину при изготовлении уплотнителей и лопаток. На практике это означает возможность использования наполовину изношенных или почти изношенных элементов вместе с абсолютно новыми в одной секции без нарушения режима и потери эффективности.

В качестве основного рабочего элемента (на который давит и толкает рабочее тело - газ), вместо прямого использования ротора (как это в прототипе), используются лопатки, простые по конструкции, и в случае их снашивания их легко заменить через ремонтное окно, что упрощает и удешевляет ремонт и увеличивает долговечность. Ремонтное окно и уплотнитель обеспечивают две функции, в частности через это окно можно заменить рабочую и всасывающую лопатки и их пружины, не разбирая двигателя, а также выполняет роль уплотнителя между ротором и статором.

На фиг.1 изображен двигатель, общий вид; на фиг.2 - поперечный разрез одной секции, рабочий ход; на фиг.3 - продольный разрез одной секции.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит одну или несколько секций 1, установленных на совместном валу 4. Каждая секция состоит из ротора 2 и статора 3. В статор 3 по касательной к нему вмонтирована рабочая (взрывчатая) камера 5 вместе со смесителем 6 рабочей смеси, впускным коллектором 7 и системой зажигания 8. Ротор 2 содержит рабочую лопатку 9 и всасывающую лопатку 10. Секция содержит также ремонтное окно 11 с уплотнителем 12 и выпускным коллектором 13 для удаления отработавших газов.

Рассмотрим работу двигателя на примере одной секции. При зажигании рабочей смеси в рабочей камере 5 проходит взрыв рабочей смеси направленного действия. Сила, которая действует на рабочую лопатку 9, заставляет вращаться ротор 2 и выполнять определенную работу. При вращении ротора 2 на 180° всасывающая лопатка 10 всасывает через впускной коллектор 7 смесителя 6 рабочую смесь в рабочую камеру 5 в количестве, регулируемом впускным коллектором 7 в смесителе 6 рабочей смеси. При вращении ротора 2 еще на 180° всасывающая лопатка 10 выполняет еще и функцию выталкивания отработанных газов через выпускной коллектор 13, а рабочая лопатка 9 в это время перекрывает рабочую камеру 5. Когда рабочая камера 5 перекрывается, в ней выравнивается давление и впускной коллектор 7 в смесителе 6 рабочей смеси под действием пружины закрывается, после чего срабатывает система зажигания 8 и снова выполняется рабочий ход. За один оборот ротора 2 выполняется полный рабочий цикл двигателя.

Ремонтное окно 11 и уплотнитель 12 выполняют две функции, в частности через ремонтное окно 11 можно заменить рабочую лопатку 9 и всасывающую лопатку 10 и их пружины, не разбирая двигателя, а также выполняет роль уплотнителя между ротором 2 и статором 3. Рабочий ход двигателя составляет почти 270. Как рабочее тело используется все, что дает объемное расширение при зажигании (бензин, дизтопливо, газ и т.п.), а также сжатый воздух и пар. Кроме этого в предлагаемом двигателе можно использовать отработанное рабочее тело из предыдущей секции в выполнении последующей без внешней рабочей камеры.

Предлагаемый двигатель на холостых оборотах является практически бесшумным, а содержание вредных выбросов почти нулевое. При избытке энергии автоматически подключается компрессор для заполнения запаса потраченного воздуха. В сравнении с другими аналогичными двигателями при равных мощностях расход топлива в предлагаемом двигателе в три-четыре разы меньший.

Простота конструкции обеспечивает высокую надежность и безаварийность. Поломка деталей в одной или несколько секциях, а также образование трещин в корпусе и вале, на которых расположены секции, приведут к потере мощности, однако не к остановке двигателя. Благодаря небольшой массе двигателя при необходимости можно устанавливать запасные двигатели и в отличие от прототипа благодаря предлагаемой конструкции двигатель не нуждается в сложных решениях уплотнения между стенками ротора и статора, что упрощает процесс изготовления двигателя.

По экономичности предлагаемый двигатель приближается к электродвигателям, что позволяет их использовать в качестве электростанции для питания разных установок, насосов, заправочных станций, станций перекачки природного газа, нефтепродуктов, компрессорных станций и т.п. Переход работы двигателя из одного рабочего тела на другое возможен в автоматическом или принудительно-механическом режиме, без остановки вращения ротора при любом количестве оборотов. Двигатель очень простой в изготовлении и эксплуатации, поэтому не нуждается в высокой квалификации работников, возможен запуск двигателя без аккумуляторов. Кроме этого двигатель имеет малое количество деталей, которые трутся и подлежащих изнашиванию. Возможна установка большого количества роторных секций на одном валу двигателя, смещенных на определенный угол в одной секции, что позволяет исключить вибрацию при любых оборотах и избежать дополнительное балансирование и регулирование двигателя.

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит одну или несколько секций, установленных на совместном валу. Каждая секция состоит из ротора, статора, системы зажигания, рабочей камеры, системы выпуска отработанных газов и системы уплотнителей. Рабочая камера вместе со смесителем рабочей смеси, впускным коллектором и системой зажигания размещена вне статора по касательной относительно статора. Ротор имеет цилиндрическую форму. Ось ротора несколько смещена относительно оси статора. Ротор также содержит рабочую и всасывающую лопатки, которые используются в качестве основного рабочего элемента и одновременно как уплотнитель. Каждая секция двигателя дополнительно содержит ремонтное окно с уплотнителем и выпускным коллектором. Техническим результатом является упрощение конструкции и эксплуатации двигателя, повышение долговечности. 3 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, который содержит одну или несколько секций, установленных на совместном валу, каждая секция состоит из ротора, статора, системы зажигания, рабочей камеры, системы выпуска отработанных газов и системы уплотнителей, отличающийся тем, что рабочая камера вместе со смесителем рабочей смеси, впускным коллектором и системой зажигания размещена вне статора по касательной относительно статора, ротор имеет цилиндрическую форму, а его ось несколько смещена относительно оси статора, ротор также содержит рабочую и всасывающую лопатки, которые используются в качестве основного рабочего элемента и одновременно как уплотнитель, каждая секция двигателя дополнительно содержит ремонтное окно с уплотнителем и выпускным коллектором.