ТУРБО-РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СОКОЛОВА А.Ю. Российский патент 2010 года по МПК F02C5/02 F02B53/08 F01C9/00 F01C17/02 F01M1/08 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям роторным внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве привода в различных машинах, энергетических установках, автомобилях, легких летательных аппаратах, судостроении и других отраслях, связанных с использованием силовых установок. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя: значительное улучшение экологии выхлопа отработанных газов, снижение расхода горючего, освоение принципиально новой технологии работы двигателя и нового способа смазки двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что турбо-роторный двигатель состоит из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны. Статор зон рабочего хода конструктивно разделен (в приведенном примере) на три поперечные секции, технологически образующие между собой две рабочие зоны, статор компрессорной зоны разделен на две поперечные секции, технологически образующие между собой компрессорную зону. В статорах компрессорной зоны и рабочего хода запрессованы гильзы с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности. В статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих турбо-ротора с правильной окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода (при полном отсутствии каких-либо подвижных радиальных элементов, кинематических устройств, планетарных механизмов, перепускных клапанов и др. в зоне рабочего хода) работать турбо-ротору как полноценному поршню с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода до 450 град. оборота каждого турбо-ротора. В статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с тремя поршнями-вершинами правильной круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения. Двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять эффективную смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель.

Описание изобретения

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2203430 от 27.04.2003 г., состоящий из корпуса статора с внутренней цилиндрической поверхностью, с камерой сгорания, ротора с профилированной внешней поверхностью и одним выступом сопряжения с рабочей поверхностью статора, трех компрессионных заслонок (в т.ч. двух на входе и выходе камеры сгорания и третьей диаметрально противоположной между выхлопным и всасывающим коллекторами), установленных в пазах статора с возможностью контакта с профилированной внешней поверхностью ротора для образования полостей всаса и сжатия.

Недостатками данного двигателя являются: процесс всасывания топливной смеси происходит на целый оборот ротора раньше ее подачи в камеру сгорания, что сопряжено с ее потерями; не приведена система управления подвижными заслонками на входе и выходе из камеры сгорания, что подразумевает необходимость их исполнения путем введения кинематических или газовых схем привода.

Также известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2209323 от 27.07.2003 г., отличающийся от предыдущего сложной конфигурацией статора, исполнением ротора правильной окружности и введением множества радиально-подвижных элементов в тело ротора.

Анализ конструкции данного двигателя показывает, что в результате неизбежно постоянной, непрерывной работы двух камер сгорания в каждом объеме между подвижными радиальными элементами фактически камеры сгорания превращаются в постоянно действующие сопла, а двигатель в турбо-двигатель с соответствующим турбо-расходом горючего.

Наиболее близким к предлагаемому является роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2310082 от 10.11.2007 г., состоящий из цилиндрического статора, разделенного на три поперечные рабочие зоны, и концентрически расположенных в рабочих зонах на одном валу трех роторов, два из которых расположены в зонах рабочего хода и выхлопа отработанных газов, а один в зоне компрессионного всаса и сжатия горючей смеси, и наличия в статоре каждой зоны рабочего хода по две камеры сгорания и по два радиально-подвижных элемента - прототип.

Основным недостатком известного двигателя является негарантируемая работа четырех радиально-подвижных элементов в зоне рабочего хода исходя из настоящего развития техники в смысле продолжительности их работы, надежности долгосрочного разделения зоны рабочего хода от зоны выхлопа, повышенного трения и износа ротора при их работе.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в устранении вышеотмеченных недостатков двигателей аналогов и прототипа, а также повышении эффективности и дальнейшем усовершенствовании технологии работы роторных двигателей внутреннего сгорания:

- избежать излишнего количества заслонок, радиально-подвижных элементов, клапанов и особенно сложных систем управления;

- обеспечить технологическое единство камеры сгорания с двигательным объемом рабочего хода;

- осуществить увеличение протекания во времени рабочего хода двигателя с целью более эффективного использования энергии сгорания горючей смеси, более полного ее сгорания, достижения более чистого выхлопа.

Намеченный технический результат достигается тем, что турбо-роторный двигатель внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоит из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны, статор зон рабочего хода конструктивно разделен на три поперечные секции, технологически образующие между собой две рабочие зоны, статор компрессорной зоны разделен на две поперечные секции, технологически образующие между собой компрессорную зону, внутренняя рабочая поверхность статоров компрессорной зоны и рабочего хода окружность, в статоре зон рабочего хода запрессованы гильзы-цилиндры с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности, в статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих турбо-ротора с окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать турбо-ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом 334 град. (или 450 град.) оборота каждого турбо-ротора, в статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор компрессорной зоны с тремя секторными поршнями-вершинами с круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения, с приводом от рабочего вала через редуктор-преобразователь, двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель. Турбо-роторы зон рабочего хода границей рабочей поверхности имеют окружность, имеют поршни-выступы с окружностью в секторе 90 град., имеют прямоугольный желоб по вершине окружности рабочей поверхности турбо-ротора с боковыми вертикальными бортами по верхней окружности рабочей поверхности, с заполнением между бортами поперечными турбо-лопатками с шагом 11,25 град., с образующей каждой вершины турбо-лопатки по рабочей поверхности турбо-ротора, с радиальной рабочей поверхностью каждой лопатки и с выпукло закругленной поверхностью от вершины одной лопатки к основанию другой по ходу вращения.

Камера сгорания зоны рабочего хода, являющаяся одним целым с пространством рабочего хода, ничем от него не отделена и имеет свободный проем (окно) по образующей внутренней поверхности статора длиной, обеспечивающей размещение в нем трех полных турбо-лопаток. Окно выхлопа отработанных газов расположено таким образом, чтобы между ним и камерой сгорания разместилось бы три полные турбо-лопатки. На внутренней поверхности статора зоны рабочего хода, с отступом на величину вершины турбо-лопатки, после камеры сгорания (по ходу вращения турбо-ротора) размещено 23 обратные турбо-лопатки с шагом, равным шагу турбо-лопаток 11,25 град., из них четыре крайние имеют канал соединения пространства обратных турбо-лопаток с каналом выхлопа отработанных газов. Двигатель имеет средство подачи однократного объема воздуха из ресивера для продувки пространства между турбо-лопатками, расположенное в полушаге турбо-лопатки от края окна выхлопа отработанных газов, по ходу вращения турбо-ротора и выключающееся при остановке двигателя. Имеется средство подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания для продувки камеры сгорания с углом опережения ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора и для заполнения камеры сгорания сжатым воздухом сразу в начальном периоде ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора с тем, чтобы обеспечить возможность воспламенения горючей смеси с прекращением подачи воздуха при остановке двигателя.

Внутренняя часть двух поперечных секций статора компрессорной зоны состоит из трех пустотных секторов круговой рабочей поверхности по 90 град. и трех заполненных секторов по 30 град., расположенных между собой через 120 град., мест прохода и опирания оси вращения ротора компрессорной зоны, боковых рабочих поверхностей секций статора с кольцевыми полукруглого сечения каналами и кольцевыми прямоугольного сечения каналами для разделения процессов, окон всаса воздуха и окон нагнетания сжатого воздуха, по одному с каждой стороны каждого пустотного 90 град. сектора статора. Ротор компрессорной зоны состоит из трех поршней-вершин, занимающих каждый по 30 град. круговой рабочей поверхности, расположенных между собой через 120 град. с собственной осью вращения, имеющей три места опирания, с местом шлицевой посадки спаренной ведомой шестерни редуктора-преобразователя, с наличием на боковых рабочих поверхностях кольцевых прямоугольного сечения выступов для обеспечения разделения рабочих процессов. Двигатель имеет редуктор-преобразователь, преобразующий вращательное движение рабочего вала во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом 60 град. через систему спаренных шестерен, первая из спаренных шестерен ведущая на рабочем валу двигателя, имеющая на первом спаренном месте полную шестерню с зубьями по всей окружности, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями через 120 град., вторая из спаренных шестерен промежуточная, на промежуточном валу, имеющая полную шестерню на первом спаренном месте с зубьями по всей окружности с шагом полной ведущей шестерни, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями также через 120 град., третья спаренная шестерня, ведомая, на оси ротора компрессорной зоны, имеющая гладкую катушку на первом спаренном месте, а на втором спаренном месте шестерню с двумя зубьями, отстоящими друг от друга на 60 град. с дополнительным сдвигом каждого на удаление в разные стороны на угол 3-4 град. Рабочий вал двигателя имеет центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, соединяющийся с радиальными каналами ступиц турбо-роторов и ротора.

Для осуществления смазки двигателя турбо-роторы зоны рабочего хода и ротор компрессорной зоны в ступицах имеют радиальные каналы, сквозные поперечные каналы с выходом на боковые рабочие поверхности, с конусными микроканалами на концах в сторону периферии окружности, соединенными между собой, и через которые проходит под давлением воздушно-масляная эмульсия в кольцевые полукруглого сечения каналы на каждой боковой рабочей поверхности секций статоров. На боковых рабочих поверхностях секций статоров выполнены кольцевые полукруглого сечения каналы для прохода воздушно-масляной эмульсии и кольцевые прямоугольного сечения каналы для размещения в них кольцевых прямоугольного сечения выступов боковых рабочих поверхностей турбо-роторов и ротора. На боковых рабочих поверхностях турбо-роторов и ротора выполнены кольцевые прямоугольного сечения выступы, входящие в кольцевые прямоугольного сечения каналы на боковых рабочих поверхностях секций статоров. На боковых рабочих поверхностях турбо-лопаток и поршня-выступа турбо-ротора нанесены радиальные П-образные микроканалы, например четыре на поршне-выступе, с выходом на рабочую поверхность вершин, через которые масло поступает на рабочие поверхности. Двигатель имеет ресивер достаточного объема и сжатия воздуха до необходимой степени, способного обеспечить:

- предварительную продувку камеры сгорания с углом опережения ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора;

- заполнение камеры сгорания в начальный период ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора воздухом необходимого объема и степени сжатия;

- однократную продувку рабочего объема турбо-лопаток.

В составе системы смазки двигателя имеется барботер приготовления воздушно-масляной эмульсии, маслосборник возвращающегося из двигателя масла, в комплект которых входят: мелкоячеистые медные сетки для вспенивания воздушно-масляной эмульсии и воздушно-масляный компрессор.

Сущность изобретения поясняется чертежами с указанием основных частей, из которых состоит турбо-роторный двигатель внутреннего сгорания.

Фиг.1 - продольный разрез двигателя:

1 - статор зоны рабочего хода (левая секция), 2 - то же (средняя секция), 3 - то же (правая секция), 4 - статор компрессорной зоны (левая секция), 5 - то же (правая секция), 7 - турбо-ротор левый, 8 - турбо-ротор правый, 9 - боковой борт желоба турбо-ротора, 10 - турбо-лопатка турбо-ротора, 11 - гильза статора зоны рабочего хода, 12 - камера сгорания горючей смеси в статоре зоны рабочего хода, 13 - кольцевой полукруглого сечения канал избыточного давления на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода для создания условий «плавающего эффекта» при работе турбо-ротора, 14 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности секций статора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности турбо-ротора, 16 - зона размещения редуктора преобразователя вращения рабочего вала во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом в 60 град., 17 - поршень-выступ ротора компрессорной зоны, 18 - центральный канал в полости рабочего вала подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 19 - радиальный канал ступицы турбо-ротора, 20 - радиальный канал ступицы ротора компрессорной зоны, 21 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора компрессорной зоны для создания условий «плавающего эффекта» ротора компрессорной зоны, 22 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора компрессорной зоны, 23 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности статора компрессорной зоны, 24 - сквозные поперечные каналы в турбо-роторах и роторе для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 25 - радиальные каналы в секциях статоров для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 26 - продольный канал через секции статора зоны рабочего хода для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 27 - трубка высокого давления для отвода воздушно-масляной эмульсии к маслосборнику, 28 - вал вращения ротора компрессорной зоны, 29 - спаренная ведущая шестерня редуктора преобразователя вращения рабочего вала двигателя во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом в 60 град., 30 - спаренная ведомая шестерня редуктора преобразователя на оси вращения ротора компрессорной зоны.

Фиг.2 - поперечный разрез зоны рабочего хода:

6 - рабочий вал двигателя зоны рабочего хода, 7 - турбо-ротор левый зоны рабочего хода, 9 - боковой борт желоба турбо-ротора, 10 - турбо-лопатка турбо-ротора зоны рабочего хода с шагом 11,25 град., 11 - гильза статора зоны рабочего хода, 12 - камера сгорания горючей смеси в статоре зоны рабочего хода, 13 - кольцевой полукруглого сечения канал избыточного давления на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода для создания условий «плавающего эффекта» работы турбо-ротора, 14 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности турбо-ротора, 18 - центральный канал, в полости рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 19 - радиальный канал в ступице турбо-ротора, 24 - сквозные поперечные каналы в турбо-роторах и роторе для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 25 - радиальные каналы в секциях статоров для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 26 - продольный канал через секции статора зоны рабочего хода для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 27 - трубка высокого давления для сбора воздушно-масляной эмульсии, возвращаемой к маслосборнику, 31 - окно выхлопа отработанных газов, 32 - средство однократной продувки рабочего пространства турбо-лопаток, 33 - рабочий поршень-выступ турбо-ротора зоны рабочего хода, 34 - средство подачи сжатого воздуха в камеру сгорания, 35 - средство зажигания горючей смеси, 36 - средство подачи горючего в камеру сгорания, 37 - обратная турбо-лопатка на рабочей поверхности гильзы статора зоны рабочего хода с шагом 11,25 град., угол «А» - шаг турбо-лопаток турбо-роторов и обратных турбо-лопаток статора рабочей зоны равный 11,25 град., угол «В» - угол основной напорной фазы рабочего хода турбо-ротора, равный 281,25 град. поворота турбо-ротора, угол «С» - угол вспомогательной фазы рабочего хода турбо-ротора, равный 168,75 град. поворота турбо-ротора, 64 - канал соединения пространства обратных турбо-лопаток с каналом выхлопа отработанных газов, точки «Д» - точки, при совпадении которых происходит начало продувки камеры сгорания, точки «Е» - точки, при совпадении которых происходит включение зажигания.

Фиг.3 - продольный вид турбо-ротора зоны рабочего хода:

9 - боковой борт желоба турбо-ротора, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности турбо-ротора.

Фиг.4 - поперечный разрез турбо-ротора зоны рабочего хода:

6 - рабочий вал двигателя зоны рабочего хода, 7 - турбо-ротор зоны рабочего хода, 9 - боковой борт желоба турбо-ротора, 10 - турбо-лопатка турбо-ротора зоны рабочего хода, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности турбо-ротора, 18 - центральный канал, в полости рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 19 - радиальный канал в ступице турбо-ротора, 24 - сквозные поперечные каналы в турбо-роторах и роторе для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 33 - рабочий поршень-выступ турбо-ротора зоны рабочего хода, 38 - микроканалы на боковых рабочих поверхностях турбо-роторов с выходом на рабочую поверхность турбо-роторов.

Фиг.5 - вид с боку турбо-ротора зоны рабочего хода:

38 - микроканалы на боковых рабочих поверхностях турбо-роторов с выходом на рабочую поверхность турбо-роторов.

Фиг.6 - разрез турбо-ротора в зоне выхода микро канала на рабочую поверхность:

15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности турбо-ротора, 38 - выход микроканала на рабочую поверхность турбо-ротора.

Фиг.7 - разрез турбо-ротора в зоне сквозного поперечного канала, 9 - боковой борт желоба турбо-ротора, 15 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности турбо-ротора, 24 - сквозной поперечный канал в турбо-роторе.

Фиг.8 - продольный вид редуктора-преобразователя.

29 - первая спаренная ведущая шестерня на рабочем валу двигателя, 30 - третья спаренная, ведомая, шестерня на оси ротора компрессорной зоны, 39 - продольный вид редуктора-преобразователя, 40 - вторая спаренная, промежуточная шестерня на промежуточном валу.

Фиг.9 - боковой вид редуктора-преобразователя со стороны шестерен первого спаренного места:

41 - полная шестерня первого спаренного места, ведущей спаренной шестерни, 43 - полная шестерня первого спаренного места, промежуточной шестерни, 45 - гладкая катушка первого спаренного места, ведомой шестерни.

Фиг.10 - боковой вид редуктора-преобразователя со стороны шестерен второго спаренного места:

42 - шестерня второго спаренного места, ведущей шестерни, с тремя зубьями, расположенными через 120 град., 44 - шестерня второго спаренного места, промежуточной шестерни, с тремя зубьями, расположенными через 120 град., 46 - шестерня второго спаренного места, ведомой шестерни, с двумя зубьями, расположенными через 60 град. с дополнительным сдвигом каждого на удаление в разные стороны на необходимый угол «d» с уточнением его размера в период доводки двигателя, 62 - зубья шестерен второго спаренного места.

Фиг.11 - поперечный разрез компрессорной зоны:

4 - статор компрессорной зоны (правая секция), 17 - поршень-выступ ротора компрессорной зоны, 20 - радиальный канал ступицы ротора компрессорной зоны, 21 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора компрессорной зоны для создания условий «плавающего эффекта» ротора компрессорной зоны, 22 - кольцевой прямоугольного сечения выступ на боковой поверхности ротора компрессорной зоны, 23 - кольцевой прямоугольного сечения канал на боковой рабочей поверхности статора компрессорной зоны, 24 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах рабочей зоны и роторе компрессорной зоны для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 25 - радиальные каналы в секциях статоров для обеспечения циркуляции воздушно-масляной эмульсии, 28 - вал вращения ротора компрессорной зоны, 47 - радиальные микроканалы на боковой плоскости поршня ротора компрессорной зоны с выходом на рабочую поверхность вершины, 48 - окно всаса воздуха, 49 - окно выхода сжатого воздуха из компрессора, 63 - рабочая камера статора компрессорной зоны.

Фиг.12 - разрез компрессорной зоны по каналам смазки:

20 - радиальный канал ступицы ротора компрессорной зоны, 24 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах рабочей зоны и роторе компрессорной зоны для подвода воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статоров, 47 - радиальные микроканалы на боковой плоскости поршня ротора компрессорной зоны с выходом на рабочую поверхность вершины.

Фиг.13 - схема эмульсионной воздушно-масляной смазки двигателя:

50 - барботер приготовления воздушно-масляной эмульсии, 51 - датчик минимального уровня масла, 52 - мембраны из мелкоячеистой медной сетки, 53 - датчик максимально допустимого уровня масла, 54 - мерная трубка уровня масла со щупом, герметично на резьбе ввернутым в мерную трубку, 55 - воздушно-масляный компрессор, 56 - трубка высокого давления подачи воздушно-масляной эмульсии от барботера к двигателю, 57 - трубки высокого давления подачи воздушно-масляной эмульсии на барботер от маслосборника, 58 - маслосборник возвратившейся после двигателя воздушно-масляной эмульсии, 59 - три медных мелкоячеистых сетки для очистки воздуха и масла, 60 - воздушно-масляный фильтр, 61 - ресивер сжатого воздуха.

Принцип работы предлагаемого турбо-роторного двигателя внутреннего сгорания.

В статоре, в зонах рабочего хода, каждый турбо-ротор 7 и 8, совершая вращательное движение по ходу стрелки и взаимодействуя поршнем-выступом 33 и турбо-лопатками 10, с рабочей поверхностью секций статора 1, 2, 3 с постоянной периодичностью создают рабочие объемы:

- при перекрытии поршнем-выступом 33 окна камеры сгорания 12 на протяжении угла поворота турбо-ротора, равного углу вершины поршня-выступа 33 (в приведенном примере 90 град.), создается замкнутый объем камеры сгорания 12 для предварительной продувки камеры сгорания, при совпадении точек «Д», подачи и сжатия до необходимой степени воздуха из ресивера 61 через средство подачи сжатого воздуха 34 в камеру сгорания 12 и прямой подачи горючего, средством подачи горючего 36 с последующим воспламенением горючей смеси средством зажигания 35, при совпадении точек «Е»; в момент воспламенения горючей смеси и дальнейшем повороте турбо-роторов 7 и 8 создается начальный объем рабочего хода, состоящий из объемов камеры сгорания и трех объемов турбо-лопаток, который в дальнейшем увеличивается за счет высокоскоростного пульсирующего приращения объемов пространств турбо-лопаток 10 и обратных турбо-лопаток 37;

- высокоскоростное пульсирующее приращение рабочих объемов турбо-лопаток 10 и объемов обратных турбо-лопаток 37 создает увеличивающийся рабочий объем рабочего хода турбо-роторов 7 и 8 обеспечивающий максимально возможный рабочий ход турбо-роторов до 450 град. их поворота, состоящий из двух фаз - первая из которых основная напорная продолжающаяся 281,25 град. на угол «В», вторая вспомогательная менее напорная с углом в 168,75 град. и частично протекающая одновременно с новой основной напорной фазой, при котором по сравнению с поршневыми двигателями и известными роторными происходит значительное снижение потребности в горючем за счет увеличения плеча приложения окружного усилия, увеличения самого окружного усилия и, как следствие, увеличение крутящего момента при снижении расхода горючего и мощности двигателя. Происходит увеличение продолжительности использования сил сгорания горючей смеси с углом поворота турбо-роторов до 281,25 град., а значит, и более полного ее сгорания и улучшения экологии выхлопа отработанных газов.

При совершении турбо-роторами 7 и 8 рабочего хода (с углом в 281,25 град.) завершается основная напорная фаза рабочего хода, после которой открывается окно выхлопа отработанных газов 31 и продолжается вспомогательный рабочий ход за счет истечения избыточного давления рабочих газов из пространств камеры сгорания, турбо-лопаток и обратных турбо-лопаток с углом поворота турбо-роторов еще на 168,75 град. частично с одновременным началом нового рабочего хода. При пересечении окна выхлопа каждая турбо-лопатка 10 продувается сжатым воздухом средством продувки 32. Надежность компрессионного разделения зоны рабочего хода и зоны выхлопа по окружности обеспечивается постоянным наличием трех турбо-лопаток 10 между окном выхлопа 31 и окном камеры сгорания 12, а по боковым рабочим поверхностям между турбо-роторами 7, 8 и статором, системой эмульсионно-воздушной масляной смазки под давлением, с эффектом «плавающих» турбо-роторов.

Работа турбо-роторов рабочих зон двигателя обеспечивается подачей сжатого воздуха поршнями-выступами 17 ротора компрессорной зоны, приводимыми в действие от рабочего вала 6 через редуктор-преобразователь 16. Поршни-выступы 17 ротора компрессорной зоны, осуществляя вращательное движение с шагом в 60 град., обеспечивают всас воздуха через окно 48 в рабочие камеры 63 статора компрессорной зоны при каждом направлении кругового движения трех поршней-выступов 17 за собой по ходу поршня-выступа 17 и сжатие воздуха в рабочих камерах 63 перед собой, по ходу поршня-выступа 17, с последующим нагнетанием сжатого воздуха до необходимой степени сжатия в ресивер 61. При завершении нагнетательного хода минимальное количество оставшегося сжатого воздуха в рабочей камере 63 статора компрессорной зоны отклоняет поршень-выступ 17 в обратном, попутном, последующему направлению его рабочего хода вращения и осуществляя при этом плавное поочередное взаимодействие зубьев 62 ведомой шестерни редуктора-преобразователя, находящейся на валу поршней-выступов 17 ротора компрессорной зоны с зубьями 62 ведущей и промежуточной шестерен редуктора-преобразователя.

За счет использования запасов сжатого воздуха в ресивере при достаточной производительности компрессора представляется возможность продувки камеры сгорания с углом опережения ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора.

На систему смазки предлагаемого двигателя, кроме обеспечения эффективной смазки взаимодействующих между собой подвижных деталей и поверхностей, возложена еще и задача повышения компрессии разделения соседних зон и работает она следующим образом. Воздух системы смазки из маслосборника 58 нагнетается воздушно-масляным компрессором 55 по трубке высокого давления 57 в барботер 50, приготовления воздушно-масляной эмульсии, где воздух, проходя сквозь масло, через мембраны 52 из мелкоячеистой медной сетки (две из которых центрального хода, а две периферийного хода), вспенивая масло до состояния эмульсии, вместе с ней проходя через трубку высокого давления 56, поступает в центральный канал 18, рабочего вала, подачи воздушно-масляной эмульсии, через радиальные каналы ступиц турбо-роторов 19 и поршней-выступов ротора компрессорной зоны 20, через сквозные поперечные каналы ротора компрессорной зоны 24 и турбо-роторов рабочей зоны 24 поступает в кольцевые каналы 13 боковых рабочих поверхностей секций статора зон рабочего хода и в кольцевые каналы 21 боковых рабочих поверхностей секций статора компрессорной зоны, в которых при вращении ротора и турбо-роторов за счет центробежной силы и некоторого взаимного наложения конусных микроканалов на концах сквозных поперечных каналов 24 и микроканалов 38 на боковых рабочих поверхностях турбо-роторов и микроканалов 47 на боковых рабочих поверхностях ротора, масло проникает на вершины турбо-лопаток 10 турбо-роторов 7 и 8 и на вершины поршней-выступов 17 ротора, при этом за счет прямой близости кольцевых полукруглого сечения каналов 13 и 21 с кольцевыми прямоугольного сечения каналами 14 и 23 масло проникает в лабиринт соединения кольцевых прямоугольного сечения каналов 14 и 23 с прямоугольными выступами 22 и обеспечивает их смазку. В случае избыточного поступления масляной эмульсии за счет постоянной циркуляции воздуха под давлением излишнее масло удаляется из кольцевых каналов 13 и 21 через продольные каналы 26, в секциях статора, и через радиальные каналы 25, через трубку высокого давления 27 поступает в маслосборник 58, где масло, отстаиваясь воздушно-масляным компрессором 55 перекачивается снова в барботер 50 для последующего использования.

Заявленное решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно характеризуется новой совокупностью существенных признаков, таких как:

- увеличение течения рабочего хода до 450 град. при 180 град. в известных и означает увеличение времени сгорания горючей смеси и увеличение использования до оптимальной возможности сил ее горения, а в результате значительная экономия горючего и экологическая чистота выхлопа отработанных газов;

- в предлагаемом турбо-роторном двигателе сохраняется основной принцип работы роторных двигателей, только с более экономичным расходом горючего как в сравнении с известными поршневыми, так и роторными;

- исходя из конструкции предлагаемого турбо-роторного двигателя, новой технологии его работы и предлагаемой системы смазки механические условия работы турбо-роторов и ротора становятся практически идеальными в сравнении с известными за счет полного отсутствия прямого воздействия между собой рабочих поверхностей турбо-роторов, ротора и рабочей поверхностью статоров, при этом эти условия становятся еще лучше за счет их смазки воздушно-масляной эмульсией под давлением, создающей эффект «плавающих» турбо-роторов и ротора.

Изобретение относится к двигателестроению. Турбо-роторный двигатель внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоит из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны. Статор зон рабочего хода конструктивно разделен на три поперечные секции, технологически образующие между собой две рабочие зоны. Статор компрессорной зоны разделен на две поперечные секции, технологически образующие между собой компрессорную зону. В статоре зон рабочего хода запрессованы гильзы-цилиндры с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности. В статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих турбо-ротора с окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать турбо-ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом 334 град. оборота каждого турбо-ротора. В статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с поршнями-вершинами с круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения, с приводом от рабочего вала через редуктор-преобразователь. Двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель. Техническим результатом является повышение эффективности работы и смазки, упрощение конструкции двигателя, улучшение экологии выхлопа отработанных газов. 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Турбо-роторный двигатель внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоит из двух цилиндрических неподвижных статоров, один для зон рабочего хода, другой для компрессорной зоны, статор зон рабочего хода конструктивно разделен на три поперечные секции, технологически образующие между собой две рабочие зоны, статор компрессорной зоны разделен на две поперечные секции, технологически образующие между собой компрессорную зону, в статоре зон рабочего хода запрессованы гильзы-цилиндры с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности, в статоре зон рабочего хода концентрически расположены на рабочем валу (со шлицевой посадкой) два плавающих турбо-ротора с окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать турбо-ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом 334° оборота каждого турбо-ротора, в статоре компрессорной зоны расположен плавающий секторный ротор с поршнями-вершинами с круговой рабочей поверхностью, с собственной осью вращения, с приводом от рабочего вала через редуктор-преобразователь, двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции под давлением воздушно-масляной эмульсии через двигатель.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что турбо-роторы зон рабочего хода границей рабочей поверхности имеют окружность, поршни-выступы, прямоугольный желоб по вершине окружности рабочей поверхности турбо-ротора с боковыми вертикальными бортами по верхней окружности рабочей поверхности, с заполнением между бортами поперечными турбо-лопатками с шагом 11,25°, с образующей каждой вершины турбо-лопатки по рабочей поверхности турбо-ротора, с радиальной рабочей поверхностью каждой лопатки и с выпукло-закругленной поверхностью от вершины одной лопатки к основанию другой по ходу вращения.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания зоны рабочего хода, являющаяся одним целым с пространством рабочего хода, ничем от него не отделена и имеет свободный проем (окно) по образующей внутренней поверхности статора.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что окно выхлопа отработанных газов расположено таким образом, чтобы между ним и камерой сгорания разместились бы три полные турбо-лопатки.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности статора зоны рабочего хода с отступом на величину вершины турбо-лопатки, после камеры сгорания (по ходу вращения турбо-ротора) размещены обратные турбо-лопатки с шагом, равным шагу турбо-лопаток 11,25°.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет средство подачи однократного объема воздуха из ресивера для продувки пространства между турбо-лопатками, расположенное в полушаге турбо-лопатки от края окна выхлопа отработанных газов, по ходу вращения турбо-ротора и выключающееся при остановке двигателя.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет средство подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания для продувки камеры сгорания с углом опережения ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора и для заполнения камеры сгорания сжатым воздухом сразу в начальном периоде ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора с тем, чтобы обеспечить возможность воспламенения горючей смеси.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть двух поперечных секций статора компрессорной зоны состоит из трех пустотных секторов круговой рабочей поверхности по 90° и трех заполненных секторов по 30°, расположенных между собой через 120°, мест прохода и опирания оси вращения ротора компрессорной зоны, боковых рабочих поверхностей секций статора с кольцевыми полукруглого сечения каналами и кольцевыми прямоугольного сечения каналами для разделения процессов, окон всаса воздуха и окон нагнетания сжатого воздуха, по одному с каждой стороны каждого пустотного 90° сектора статора.

9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор компрессорной зоны состоит из поршней-вершин, занимающих каждый по 30° круговой рабочей поверхности, расположенных между собой через 120° с собственной осью вращения, имеющей три места опирания, с местом шлицевой посадки спаренной ведомой шестерни редуктора-преобразователя, с наличием на боковых рабочих поверхностях кольцевых прямоугольного сечения выступов для обеспечения разделения рабочих процессов.

10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что редуктор-преобразователь преобразует вращательное движение рабочего вала во вращательное движение ротора компрессорной зоны с шагом 60° через систему спаренных шестерен, первая из спаренных шестерен ведущая на рабочем валу двигателя, имеющая на первом спаренном месте полную шестерню с зубьями по всей окружности, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями через 120°, вторая из спаренных шестерен промежуточная, на промежуточном валу, имеющая полную шестерню на первом спаренном месте с зубьями по всей окружности с шагом полной ведущей шестерни, а на втором спаренном месте шестерню с тремя зубьями также через 120° третья спаренная шестерня, ведомая, на оси ротора компрессорной зоны, имеющая гладкую катушку на первом спаренном месте, а на втором спаренном месте шестерню с двумя зубьями, отстоящими друг от друга на 60° с дополнительным сдвигом каждого на удаление в разные стороны на угол 3-4°.

11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочий вал двигателя имеет центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, соединяющийся с радиальными каналами ступиц турбо-роторов и ротора.

12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что турбо-роторы и ротор в ступицах имеют радиальные каналы, сквозные поперечные каналы с выходом на боковые рабочие поверхности, с конусными микроканалами на концах в сторону периферии окружности, соединенные между собой, и через которые проходит под давлением воздушно-масляная эмульсия в кольцевые полукруглого сечения каналы на каждой боковой рабочей поверхности секций статоров.

13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях секций статоров выполнены кольцевые полукруглого сечения каналы для прохода воздушно-масляной эмульсии и кольцевые прямоугольного сечения каналы для размещения в них кольцевых прямоугольного сечения выступов боковых рабочих поверхностей турбо-роторов и ротора.

14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях турбо-роторов и ротора выполнены кольцевые прямоугольного сечения выступы, входящие в кольцевые прямоугольного сечения каналы на боковых рабочих поверхностях секций статоров.

15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковые рабочие поверхности турбо-лопаток и поршня-выступа турбо-ротора нанесены радиальные П-образные микроканалы с выходом на рабочую поверхность вершин, через которые масло поступает на рабочие поверхности.

16. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет ресивер достаточного объема и сжатия воздуха до необходимой степени, способного обеспечить:
предварительную продувку камеры сгорания с углом опережения ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора;
заполнение камеры сгорания в начальный период ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора воздухом необходимого объема и степени сжатия;
однократную продувку рабочего объема турбо-лопаток.

17. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в составе системы смазки имеется барботер приготовления воздушно-масляной эмульсии, маслосборник возвращающегося из двигателя масла, в комплект которых входят: мелкоячеистые медные сетки для вспенивания воздушно-масляной эмульсии и воздушно-масляный компрессор.