ДВУХВАЛЬНЫЙ РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ОРЛОВА И.М. Российский патент 2009 года по МПК F01C1/73 F02B55/16 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в качестве силовой установки на автомобилях, мотоциклах, малой мототехнике, маломерных судах, малой авиации.

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий полый корпус, в котором на соосных валах расположены два двухлопастных ротора, делящих полость корпуса на камеры переменного объема и механизм связи лопастей (см. авторское свидетельство №5062992/29 авторы: Шалаев А.В., Артемьев М.Г., Белов Г.П., Кузенный А.Ф., Оноприенко Г.Ф., Осухов О.Л.).

Недостатками данного двигателя являются:

- большие механические потери в механизме связи лопастей,

- недостаточная стойкость планетарной зубчатой передачи к знакопеременным ударным нагрузкам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является роторный двигатель, содержащий цилиндрический корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды и торцевыми крышками, два однолопаточных ротора, размещенные на валу с образованием рабочих камер. Ступицы роторов снабжены муфтами одностороннего действия для возможности передачи вращающего момента на вал. Под каждой ступицей на валу выполнен зубчатый обвод. На лопастях размещены рычажные механизмы с пружинами с возможностью входить в зацепление с зубчатым обводом вала, а также упругие элементы, которыми лопасти соприкасаются в конце рабочего хода (см. авторское свидетельство №95105837 МПК F01C 001/063, F01C 009/00, F01C 019/10 автор Печенегов Ю.Л.).

Недостатками данного двигателя являются:

- несбалансированность однолопаточных роторов, что приводит к повышенным вибрациям и поломкам;

- ненадежность рычажных механизмов с пружинами, расположенными на лопастях, соединяющих последние с валом, так как они подвергаются воздействию высокотемпературного горения рабочей среды.

Сущность изобретения

Целью данного изобретения является разработка простого по конструкции, надежного роторно-лопастного двигателя с большим сроком службы, низким показателем удельной массы (кг/л.с.).

Техническим результатом является простота конструкции, так как в предлагаемом двигателе нет сложных, неизвестных ранее, конструктивных элементов. Отсутствие дополнительных механизмов, обеспечивающих работу, позволяет получить простой в исполнении, надежный в работе, с низким показателем удельной массы (кг/л.с.), превосходящий по этим показателям все известные конструкции, двигатель.

Предлагаемый роторно-лопастной двигатель содержит:

- цилиндрический корпус с окнами подвода рабочей смеси и отвода отработавших газов с размещенной в последнем собачкой-стопором, предотвращающей противоположное заданному движение лопастей. Собачка выполнена как рычаг, качающийся на оси. Малое плечо рычага, под которым расположена отжимающая его пружина, является собственно собачкой-стопором. Большое плечо является клапаном, перекрывающим выпускное окно во время прохождения над ним лопасти, и по мере прохождения над собачкой лопасти давление на клапан от находящихся в полости газов будет усиливаться, тем самым усиливая момент и сокращая время постановки собачки в рабочее положение и открытия окна по завершении прохода лопасти. Ширина собачки по дуге цилиндра не превышает ширину лопасти, размер по дуге между упором собачки и ближней кромкой впускного отверстия равен ширине лопасти по дуге или меньше суммы размеров ширины лопасти и расстояния при их соприкосновении упорами. В корпусе размещена свеча зажигания и отверстие сжатого воздуха или газа для запуска двигателя, расположенное так, что оно открывается лопастью перед началом совершения ею рабочего хода,

- торцевые крышки с установленными в них подшипниками валов,

- два выходных вала, на которых неподвижно закреплены двухлопастные роторы, имеющие на лопастях упорные поверхности, которыми они соприкасаются по завершении рабочего хода с образованием расчетной полости камеры сгорания.

Приложение №2

Система запуска двигателя состоит из баллона сжатого воздуха или газа с давлением 25-30 кгс/см², крана и соединяющего их с корпусом трубопровода.

Для работы на сжатом воздухе или на паре в цилиндрическом корпусе имеются два симметрично расположенных окна впуска и два так же симметрично расположенных окна выпуска рабочей среды, с размещенными в них собачками, а размер по дуге между упором собачки и ближней кромкой соседнего впускного отверстия не меньше суммы размеров по дуге ширины лопасти и расстояния между лопастями при их соприкосновении упорами, но не больше суммы двух лопастей и расстояния между ними при их соприкосновении.

Выходные валы могут быть как в двухстороннем, по отношению к корпусу, так и одностороннем - коаксиальном исполнении. Во втором случае на них, через обгонные муфты, может быть установлен суммирующий маховик и единый выходной вал.

Таким образом, роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус с окнами подвода и отвода рабочей среды, торцевые крышки, проходящий через них выходной вал, два ротора, на лопастях роторов выполнены упорные поверхности, которыми лопасти соприкасаются по завершении такта рабочего хода, отличается тем, что роторы выполнены двухлопастными и жестко закреплены на выходных валах, проходящих через торцевые крышки, упорными поверхностями лопасти образуют в смежной полости камеру сгорания, а в выпускном окне установлена собачка-стопор, препятствующая движению лопастей в сторону, противоположную заданной, ширина собачки-стопора по дуге цилиндра не превышает ширину лопасти, а размер по дуге между упором собачки-стопора и ближней кромкой впускного отверстия равен ширине лопасти по дуге или размер по дуге между упором собачки-стопора и ближней кромкой соседнего впускного отверстия не меньше суммы размеров по дуге ширины лопасти и расстояния между лопастями при их соприкосновении упорными поверхностями, а для запуска двигатель оборудован системой, состоящей из баллона со сжатым воздухом, трубопроводом и краном впуска в камеру сгорания.

На коаксиальные выходные валы через обгонные муфты может быть установлен суммирующий маховик, с закрепленным на нем единым выходным валом.

Для работы на сжатом воздухе или паре двигатель может иметь два симметричных окна подвода и два также симметричных окна с собачками-стопорами отвода рабочей среды.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1, 2 показан поперечный разрез двигателя.

На фиг.3 показано двухстороннее расположение выходных валов 13 и 14.

На фиг.4 - одностороннее коаксиальное расположение валов 13 и 14, обгонные муфты 15, соединяющие валы с маховиком 17 и единый выходной вал 18.

На фиг.5 показан двигатель для работы на сжатом воздухе или паре.

Предлагаемый двигатель содержит (фиг.1) цилиндрический корпус 12 с окнами подвода 6 рабочей среды и отвода 7 отработавших газов с размещенной в нем собачкой-стопором 5, отверстием 8 для впуска сжатого воздуха или газа при запуске двигателя и свечей 3 зажигания. Торцевые крышки на схеме не показаны, т.к. не имеют новизны. Два выходных вала 13 и 14 фиг.3, на которых сидят двухлопастные роторы 1 и 2 с лопастями 1¹, 1² и 2¹, 2², на которых выполнены упорные поверхности 4.

Система запуска двигателя, состоящая из баллона 10 и крана 9.

Для работы на сжатом воздухе или паре (фиг.5) в корпусе 12 имеются по два окна - подвода 6 и отвода 7 рабочей среды с собачками-стопорами 5.

Предлагаемый роторно-лопастной двухвальный двигатель работает следующим образом (фиг.1):

Рабочий цикл

Вращение лопастей возможно только в направлении, указанном стрелкой. Движению в противоположном направлении препятствует собачка-стопор 5.

В зоне А (камере сгорания) производится воспламенение сжатой рабочей смеси свечой 3 зажигания. Давление, возрастающее до рабочего, воздействует на лопасти 1¹ и 2¹. Лопасть 2¹ остается на месте. Препятствует ее движению в обратном направлении собачка-стопор 5. Лопасть 1, совершая рабочий ход, движется до положения, показанного на фиг.2. Когда лопасти соприкасаются своими упорными поверхностями 4, в зоне Б происходит выпуск отработавших газов предыдущего цикла, в зоне В - всасывание рабочей смеси, в зоне Г - сжатие рабочей смеси.

Далее, соприкоснувшиеся упорными поверхностями 4, за счет инерции ротора 1 (лопасти 1¹ и 1²) роторы 1 и 2 двигаются и занимают положение, показанное на фиг.1 и рабочий цикл повторяется.

Пуск двигателя

После остановки двигателя и выравнивания давления в полостях, образованных лопастями, они займут положение, показанное на фиг.2: ротор 2 - сплошными линиями, ротор 1 - пунктирными.

Для пуска двигателя необходимо включить зажигание и открыть кран 9. Давление из баллона 10 в полость А приводит в движение лопасть 1¹ (пунктир фиг.2), она входит в соприкосновение с лопастью 2² и двигатель дальше приходит в положение - на фиг.1.

При этом в полости Г происходит сжатие, а в полости В - всасывание первой порции рабочей смеси. При повторном прокручивании роторов от баллона 10 в зону А уже приходит сжатая рабочая смесь, которая поджигается свечой 3 и двигатель начинает работать. От давления в зоне А газами пополняется баллон 10. Кран 9 закрывается одновременно с выключением зажигания.

В двигателе, работающем на сжатом воздухе или паре (фиг.5) через окна подвода 6 рабочей среды в полости А и В подается рабочая среда. Ротор 2 (лопасти 2¹ и 2²), удерживаемый собачками-стопорами 5, остается на месте, а ротор 1 (лопасти 1¹ и 1²) двигается, соприкасается упорными поверхностями 4 с ротором 2, приводит его в совместное движение. При этом из полостей Б и Г происходит выпуск отработавшей рабочей среды, лопасти 2¹ и 2² вначале перекрывают, а затем вновь открывают впускные окна подвода 6 рабочей среды. Лопасти 1¹ и 1² упираются в собачки-стопоры 5. Рабочий цикл повторяется.

Предлагаемая конструкция двухвального роторно-лопастного двигателя имеет ряд преимуществ перед существующими:

- простота конструкции, а следовательно, и технология его изготовления,

- низкий показатель удельной массы (кг/л.с.),

- высокий КПД, т.к. нет механизмов преобразования энергии.

Это позволит использовать его в автомобилях, мотоциклах, малой мототехнике, маломерных судах, малой авиации.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Роторно-лопастной двигатель содержит цилиндрический корпус с окнами подвода и отвода рабочей среды, торцевые крышки, выходной вал и два ротора. На лопастях роторов выполнены упорные поверхности, которыми лопасти соприкасаются по завершении такта рабочего хода. Роторы выполнены двухлопастными и жестко закреплены на выходных валах, проходящих через торцевые крышки. Упорными поверхностями лопасти образуют в смежной полости камеру сгорания. В выпускном окне установлена собачка-стопор, препятствующая движению лопастей в сторону, противоположную заданной. Ширина собачки-стопора по дуге цилиндра не превышает ширину лопасти. Размер по дуге между упором собачки-стопора и ближней кромкой впускного отверстия равен ширине лопасти по дуге или размер по дуге между упором собачки-стопора и ближней кромкой соседнего впускного отверстия не меньше суммы размеров по дуге ширины лопасти и расстояния между лопастями при их соприкосновении упорными поверхностями. Для запуска двигатель оборудован системой, состоящей из баллона со сжатым воздухом, трубопроводом и краном впуска в камеру сгорания. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение КПД. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус с окнами подвода и отвода рабочей среды, торцевые крышки, проходящий через них выходной вал, два ротора, на лопастях роторов выполнены упорные поверхности, которыми лопасти соприкасаются по завершении такта рабочего хода, отличающийся тем, что роторы выполнены двухлопастными и жестко закреплены на выходных валах, проходящих через торцевые крышки, упорными поверхностями лопасти образуют в смежной полости камеру сгорания, а в выпускном окне установлена собачка-стопор, препятствующая движению лопастей в сторону, противоположную заданной, ширина собачки-стопора по дуге цилиндра не превышает ширину лопасти, а размер по дуге между упором собачки-стопора и ближней кромкой впускного отверстия равен ширине лопасти по дуге или размер по дуге между упором собачки-стопора и ближней кромкой соседнего впускного отверстия не меньше суммы размеров по дуге ширины лопасти и расстояния между лопастями при их соприкосновении упорными поверхностями, а для запуска двигатель оборудован системой, состоящей из баллона со сжатым воздухом, трубопроводом и краном впуска в камеру сгорания.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на коаксиальные выходные валы через обгонные муфты установлен суммирующий маховик с закрепленным на нем единым выходным валом.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для работы на сжатом воздухе или паре имеет два симметричных окна подвода и два так же симметричных окна с собачками-стопорами отвода рабочей среды.