РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ А.И.Т. Российский патент 2011 года по МПК F02B55/02 F02B55/16 F01C1/344 F01C1/356 F02B53/08 F01L7/06 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям.

Известные роторные двигатели отличаются сложной формой корпуса или ротора и деталей, а также сложной кинематической связью взаимодействия между ними, что затрудняет их использование.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению по п.1 формулы изобретения является патент RU №2084659. Данный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с полостью цилиндрической формы и ротор цилиндрической формы, на поверхности которого параллельно оси его вращения выполнены площадки с радиусом кривизны, большим радиуса ротора, и разделительные пластины с приводом от распределительного вала, образующие рабочий и сжатия объемы, разделенные кольцом с перепускными окнами, снабженными обратными клапанами.

В данном двигателе из-за изменения площади контакта разделительных пластин с поверхностью ротора при его вращении и сложности кинематической связи, обеспечивающей радиальное перемещение их, трудно обеспечить необходимую герметичность в камерах сжатия и рабочей. Кроме того, кольцо с перепускными окнами при работе двигателя находится в условиях повышенных температур, что ухудшает надежность работы обратных клапанов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению по п.3 формулы изобретения является патент RU №2178824, содержащий корпус с полостью овалообразного поперечного сечения и круговой цилиндрический ротор с лопастями, опирающимися своими концами на внутреннюю поверхность полости, образуя отсеки. К корпусу двигателя жестко закреплен золотник с отверстиями, соединяющими камеры под лопастями с масляным насосом, а на его периферии имеются окна, связывающие отсеки двигателя с атмосферой и нагнетателем.

Недостатком этого двигателя является наличие лопастей больше двух. Увеличение количества лопастей приводит к уменьшению объема рабочего отсека и уменьшению крутящего момента двигателя из-за сокращения полезной площади лопастей, участвующих в образовании сил вращения ротора под воздействием давления газов при сгорании топлива. При этом из-за изменения площади контакта лопастей с поверхностью полости трудно обеспечить необходимую герметичность в рабочих отсеках. Из описания и иллюстраций изобретения непонятно также, как происходят процессы всасывания, сжатия, воспламенения и расширение горючей смеси в одном отсеке, обеспечивающие вращение ротора.

Задачей данного изобретения является усовершенствование конструкции роторного двигателя с целью повышения его надежности, удельной мощности и функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что в двигателе, содержащем корпус с полостью и ротор, закрепленный на валу соосно оси симметрии полости и оси вращения вала, полость корпуса закрыта закрепленными к корпусу с одной стороны крышкой с двумя окнами впуска, а с другой крышкой с двумя окнами выпуска и между крышкой с окнами впуска и ротором установлен прилегающий к ним распределительный диск с двумя окнами и возможностью синхронного вращения с ротором.

По п.1 и 2 формулы изобретения корпус с цилиндрической полостью имеет два радиальных противоположно расположенных канала, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещены ползуны, прилегающие с одной стороны к крышке, а с другой к распределительному диску, опирающиеся на поверхность ротора и разделяющие полость при их стремлении к оси вала на две равные полуполости, ротор же эллипсообразного поперечного сечения, образованный двумя цилиндрическими поверхностями диаметром, равным диаметру полости, и двумя цилиндрическими поверхностями диаметром больше диаметра полости, соприкасается с поверхностью полости цилиндрическими поверхностями меньшего радиуса и разделяет каждую полуполость на две камеры изменяющихся при вращении ротора объемов. При этом окна в крышках и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения, причем впускные окна крышки повернуты по окружности относительно ползунов, например, на угол α по ходу вращения ротора, а выпускные окна крышки - на угол α против вращения ротора, окна же распределительного диска повернуты по окружности относительно большой оси эллипсообразного сечения ротора против его вращения, например, на угол β. Ползуны опираются на поверхность ротора цилиндрическими вогнутыми поверхностями башмаков, радиус которых равен большему радиусу цилиндрических поверхностей ротора, при этом башмаки закреплены на концах ползунов с возможностью поворота на оси, параллельной образующей поверхности ротора, и кромки ротора, образованные пересечениями цилиндрических поверхностей большего и меньшего диаметров, закруглены.

По п.3 и 4 формулы изобретения в полости корпуса, выполненной овалообразного поперечного сечения в виде двух полуокружностей одинакового диаметра, сопряженных прямыми линиями, размещен цилиндрический ротор, который соприкасается своей поверхностью с плоскостями полости, разделяет полость корпуса на две равные полуполости и имеет два радиальных противоположно расположенных паза, в которых расположены лопасти с возможностью возвратно-поступательного перемещения и плотно прилегающие с одной стороны к крышке, а с другой к распределительному диску, опирающиеся на поверхность полости и разделяющие каждую полуполость на две камеры изменяющихся при вращении ротора объемов, при этом окна в крышках и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения, причем впускные окна крышки повернуты по окружности относительно плоскости симметрии, проведенной через ось вращения вала и перпендикулярной прямой, соединяющей центры полуокружностей поперечного сечения полости, например, на угол α по ходу вращения ротора, а выпускные окна крышки на угол α против вращения ротора, окна же распределительного диска повернуты по окружности относительно лопастей, например, на угол β против вращения ротора. Лопасти опираются на поверхность полости цилиндрическими, выпуклыми поверхностями башмаков радиусом, равным радиусу цилиндрических поверхностей полости, при этом башмаки закреплены на концах лопастей с возможностью поворота на оси, параллельной образующей поверхности полости.

В роторном двигателе по п.1 и 2 или п.3 и 4 формулы изобретения перед двигателем закреплен компрессор с возможностью соосного и синхронного вращения роторов, состоящий из таких же деталей двигателя, при этом поперечные сечения роторов совмещены, а между корпусами компрессора и двигателя вместо их крышек расположен корпус с двумя камерами сгорания, имеющими окно впуска и выпуска каждая, которые противоположно расположены на окружности одинакового диаметра, что и окна распределительных дисков и окна крышек, и закрываются с одной стороны распределительным диском компрессора, а с другой распределительным диском двигателя, причем корпус двигателя установлен так, что его радиальные каналы или плоскость, проведенная через ось вращения вала и перпендикулярная прямой, соединяющей центры полуокружностей поперечного сечения полости, оказываются повернутыми на оси относительно таких же элементов корпуса компрессора, например, на угол 2α против вращения вала, окна же камер сгорания повернуты относительно окон впуска компрессора на угол 2α против вращения вала, окна распределительного диска компрессора повернуты по окружности относительно большой оси эллипсообразного поперечного сечения ротора или лопастей, например, на угол β по ходу вращения вала, а окна распределительного диска двигателя на угол β против вращения вала, окна же выпуска двигателя на угол 2α против вращения вала относительно окон камер сгорания.

На фиг.1-4 показана общая схема двигателя по п.1, 2 формулы изобретения, содержащего корпус 1 с цилиндрической полостью и ротор 2 эллипсообразной формы поперечного сечения, закрепленной на валу 3 соосно оси симметрии полости и оси вращения вала. Полость корпуса закрыта закрепленными к корпусу крышкой 4 с двумя окнами 5 и крышкой 6 с двумя окнами 7. Между крышкой 4 и ротором 2 установлен распределительный диск 8 с окнами 9 с возможностью синхронного вращения с ротором. Окна в каждой крышке и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения вала. В корпусе имеются два радиальных, противоположно расположенных канала 10, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещены ползуны 11 с башмаками 12, опирающимися на поверхность ротора цилиндрическими вогнутыми поверхностями с возможностью поворота на оси, параллельной образующей поверхности ротора. В камерах 13 происходит расширение газов (продуктов горения) или пара, поступающих через окна 5 крышки 4 и окна 9 распределительного диска 8, которые создают на валу двигателя крутящий момент, а в камерах 14 отработанные газы или пар вытесняются через окна 7 крышки 6.

На фиг.5-8 показана общая схема двигателя по п.3, 4 формулы изобретения, содержащего корпус 15 с полостью, выполненной овалообразного поперечного сечения, цилиндрический ротор 16, закрепленный на валу 3 соосно оси симметрии полости и оси вращения вала, крышку 4 с окнами 5 и крышку 6 с окнами 7, закрывающие полость корпуса и жестко скрепленные с ним. Между крышкой 4 и ротором 16 установлен плотно прилегающий к ним распределительный диск 8 с окнами 9 с возможностью синхронного вращения с ротором. Окна в каждой крышке и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения вала. Ротор имеет два радиальных противоположно расположенных паза 17, в которых расположены лопасти 18 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и плотно прилегающие с одной стороны к крышке 6, а с другой к распределительному диску 8. Лопасти 18 опираются на поверхность полости цилиндрическими, выпуклыми поверхностями башмаков 19, которые закреплены на концах лопастей 18 с возможностью поворота на оси, параллельной образующей поверхности полости. В камерах 20 происходит расширение газов (продуктов горения) или пара, поступающих через окна 5 крышки 4 и окна 9 распределительного диска 8, которые создают на валу двигателя крутящий момент, а в камерах 21 отработанные газы или пар вытесняются через окна 7 крышки 6.

На фиг.9-14 показана общая схема двигателя 22 с компрессором 23, закрепленным перед ним с возможностью соосного и синхронного вращения роторов 24 на валу 25, состоящих из таких же деталей двигателя. При этом поперечные сечения роторов 24 совмещены и между корпусом 26 компрессора 23 и корпусом 26 двигателя 22 расположен жестко закрепленный к ним корпус 27 с двумя камерами сгорания 28, имеющими окно впуска 29 и окно выпуска 30 каждая, которые плотно закрываются с одной стороны распределительным диском 8 компрессора 23, а с другой распределительным диском 8 двигателя 22. При этом корпус 26 двигателя 22 установлен так, что его радиальные каналы или плоскость, проведенная через ось вращения вала и перпендикулярная прямой, соединяющей центры полуокружности поперечного сечения полости, оказываются повернутыми относительно таких же элементов корпуса 26 компрессора 23 на угол 2α против вращения вала. Окна 7 крышки 6 компрессора 23 и окна 7 крышки 6, двигателя 22, окна 9 распределительных дисков 8 и окна 29 и 30 камер сгорания 28 диаметрально противоположно распределены на окружности и равноудалены от оси вращения. Окна 29 и 30 камер сгорания 28 повернуты на оси относительно окон 7 крышки 6 компрессора 23 на угол 2α против вращения вала, окна 9 распределительного диска 8 компрессора 23 повернуты на валу относительно большой оси эллипсообразного поперечного сечения ротора или лопастей, например, на угол β по ходу вращения вала, а окна 9 распределительного диска 8 двигателя 22 - на угол β против вращения вала, окна же 7 крышки 6 двигателя 22 - на угол 2α против вращения вала относительно окон 29 и 30 камер сгорания 28.

Окна 7 крышки 6 компрессора 23 соединяют камеры 31 с атмосферой. Камеры 32 соединяются с камерами сгорания 28 через окна 9 распределительного диска 8 и окна 29. Камеры сгорания 28 соединяются с камерами 33 через окна 30 камер сгорания 28 и окна 9 распределительного диска 8 двигателя 22. Окна 7 крышки 6 двигателя 22 служат для выпуска отработанных газов из камер 34.

Роторные двигатели, общие схемы которых изображены на фиг.1-4 и фиг.5-8, работают от подаваемого в камеры 13, 20 под давлением газа (продуктов горения топлива) или пара следующим образом.

На фиг.1-4 ползуны 11 под воздействием сил Р, например, пружин и давления поступающих газов или пара в камеры 13 прижимаются башмаками 12 к поверхности ротора 2. Камеры 13 и 14 образуются поверхностями ротора, ползунов с башмаками, полости корпуса, крышки и распределительного диска, и их объемы при вращении ротора 2 изменяются. Газ или пар под давлением поступает в камеры 13 через окна 5 крышки 4, которые открываются окнами 9 распределительного диска 8. Объем поступающего газа или пара в камеры 13 зависит от его давления, скорости вращения ротора и площади окон 5 и окон 9 распределительного диска 8. В камерах 13 газ или пар при закрытых распределительным диском 8 окон 5 расширяется и совершает работу, вращая ротор. Одновременно вращающийся ротор выталкивает из камер 14 через окна 7 крышки 6 совершивший работу (отработанный) газ или пар. Полный рабочий цикл двигателя осуществляется за полоборота вращения ротора. При дальнейшем вращении ротора окна 9 распределительного диска 8 открывают окна 5 крышки 4 и новая порция газа или пара под давлением поступает в камеры 13, и рабочий цикл повторяется.

На фиг.5-8 лопасти 18 под воздействием, например, пружин, центробежных сил и давления поступающих газов или пара в камеры 20 прижимаются башмаками 19 к поверхностям полости корпуса 15. Камеры 20 и 21 образуются поверхностями ротора, лопастей с башмаками, полости корпуса крышки и распределительного диска, и их объемы при вращении ротора 16 изменяются. Газ или пар под давлением поступает в камеры 20 через окна 5 крышки 4, которые открываются окнами 9 распределительного диска 8. В камерах 20 газ или пар при закрытых распределительным диском 8 окнах 5 расширяется и совершает работу, вращая ротор. Одновременно вращающийся ротор выталкивает из камер 21 через окна 7 крышки 6 совершивший работу (отработанный) газ или пар. Полный рабочий цикл двигателя совершается за полоборота вращения ротора. При дальнейшем вращении ротора 16 окна 9 распределительного диска 8 открывают впускные окна 5 крышки 4 и новая порция газа или пара под давлением поступает в камеры 20, и рабочий цикл повторяется.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, общая схема которого изображена на фиг.9-15, работает следующим образом.

При вращении вала 25 с роторами 24 в камеры 31 компрессора 23 через окна 7 крышки 6 всасывается воздух. Заполнение камер 31 воздухом продолжается до закрытия окон 7 торцом ротора 24 компрессора 23. Поступивший в компрессор воздух в камерах 32 при закрытых окнах 29 камер сгорания 28 распределительным диском 8 компрессора 23 сжимается ротором 24 компрессора 23, а затем через окна 9 распределительного диска 8 компрессора 23 и открытые ими окна 29 переходит в камеры сгорания 28, в которые после закрытия распределительными дисками 8 окон 29 и 30 подают горючее. В камерах сгорания 28 горючая смесь воспламеняется, например, от свечи зажигания и через окна 9 распределительного диска 8 двигателя 22 продукты горения поступают в камеры 33 двигателя 22, где, расширяясь, совершают работу, вращая ротор. Отработанный газ в камерах 34 выталкивается ротором 24 двигателя 22 через окна 7 крышки 6. Процессы всасывания и сжатия в компрессоре, а также расширение продуктов горения и выталкивание отработанных газов в двигателе происходят одновременно. При дальнейшем вращении роторов цикл повторяется.

Перечень принятых обозначений на чертежах.

1 - корпус с цилиндрической полостью

2 - ротор эллипсообразной формы поперечного сечения

3 - вал

4 - крышка

5 - окна

6 - крышка

7 - окна

8 - распределительный диск

9 - окна распределительного диска

10 - каналы

11 - ползуны

12 - башмаки ползунов

13 - камеры расширения газов или пара

14 - камеры отработанных газов или пара

15 - корпус с полостью овалообразного поперечного сечения

16 - ротор цилиндрический

17 - пазы

18 - лопасти

19 - башмаки лопастей

20 - камеры расширения газов или пара

21 - камеры отработанных газов или пара

22 - двигатель по п.1, 2 или по п.3, 4 формулы изобретения

23 - компрессор, состоящий из таких же деталей, что и двигатель 22

24 - ротор эллипсообразной формы поперечного сечения по п.1, 2 или цилиндрический по п.3, 4 формулы изобретения

25 - вал

26 - корпус с цилиндрической полостью по п.1, 2 или овалообразного поперечного сечения по п.3, 4 формулы изобретения

27 - корпус с камерами сгорания

28 - камеры сгорания

29 - окно впуска камеры сгорания

30 - окно выпуска камеры сгорания

31 - камеры всасывания воздуха

32 - камеры сжатия воздуха

33 - камеры расширения продуктов сгорания

34 - камеры отработанных газов

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель содержит корпус с полостью и ротор, закрепленный на валу соосно оси симметрии полости и оси вращения вала. Полость корпуса закрыта закрепленными к корпусу с одной стороны крышкой с двумя окнами впуска, а с другой крышкой с двумя окнами выпуска. Между крышкой с окнами впуска и ротором установлен прилегающий к ним распределительный диск с двумя окнами и возможностью синхронного вращения с ротором. Корпус с цилиндрической полостью имеет два радиальных противоположно расположенных канала, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещены ползуны. Ползуны прилегают с одной стороны к крышке, а с другой к распределительному диску, опираются на поверхность ротора и разделяют полость при их стремлении к оси вала на две равные полуполости. Ротор же эллипсообразного поперечного сечения образован двумя цилиндрическими поверхностями диаметром больше диаметра полости и двумя цилиндрическими поверхностями диаметром, равным диаметру полости. Ротор соприкасается с поверхностью полости цилиндрическими поверхностями меньшего радиуса и разделяет каждую полуполость на две камеры изменяющихся при вращении ротора объемов. Окна в крышках и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения. Техническим результатом является повышение надежности и удельной мощности двигателя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Роторный двигатель, содержащий корпус с полостью и ротор, закрепленный на валу соосно оси симметрии полости и оси вращения вала, отличающийся тем, что полость корпуса закрыта закрепленными к корпусу с одной стороны крышкой с двумя окнами впуска, а с другой крышкой с двумя окнами выпуска и между крышкой с окнами впуска и ротором установлен прилегающий к ним распределительный диск с двумя окнами и возможностью синхронного вращения с ротором, а корпус с цилиндрической полостью имеет два радиальных, противоположно расположенных канала, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещены ползуны, прилегающие с одной стороны к крышке, а с другой к распределительному диску, опирающиеся на поверхность ротора и разделяющие полость при их стремлении к оси вала на две равные полуполости, ротор эллипсообразного поперечного сечения, образованный двумя цилиндрическими поверхностями диаметром, большим диаметра полости, и двумя цилиндрическими поверхностями диаметром, равным диаметру полости, соприкасается с поверхностью полости цилиндрическими поверхностями меньшего радиуса и разделяет каждую полуполость на две камеры изменяющихся при вращении ротора объемов, при этом окна в крышках и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения, причем впускные окна крышки повернуты по окружности относительно ползунов, например, на угол α по ходу вращения ротора, а выпускные окна крышки на угол α против вращения ротора, окна распределительного диска повернуты по окружности относительно большой оси эллипсообразного сечения ротора против его вращения.

2. Роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ползуны опираются на поверхность ротора цилиндрическими вогнутыми поверхностями башмаков, радиус которых равен большему радиусу цилиндрических поверхностей ротора, при этом башмаки закреплены на концах ползунов с возможностью поворота на оси, параллельной образующей поверхности ротора, и кромки ротора, образованные пересечением цилиндрических поверхностей большего и меньшего диаметров, закруглены.

3. Роторный двигатель, содержащий корпус с полостью и ротор, закрепленный на валу соосно оси симметрии полости и оси вращения вала, отличающийся тем, что полость корпуса закрыта закрепленными к корпусу с одной стороны крышкой с двумя окнами впуска, а с другой крышкой с двумя окнами выпуска и между крышкой с окнами впуска и ротором установлен прилегающий к ним распределительный диск с двумя окнами и возможностью синхронного вращения с ротором, а в полости корпуса, выполненной овалообразного поперечного сечения в виде двух полуокружностей одинакового диаметра, сопряженных прямыми линиями, размещен цилиндрический ротор, который соприкасается своей поверхностью с плоскостями полости, разделяет полость корпуса на две равные полуполости и имеет два радиальных, противоположно расположенных паза, в которых расположены лопасти с возможностью возвратно-поступательного перемещения и плотно прилегающие с одной стороны к крышке, а с другой к распределительному диску, опирающиеся на поверхность полости и разделяющие каждую полуполость на две камеры изменяющихся при вращении ротора объемов, при этом окна в крышках и распределительном диске диаметрально противоположно расположены и равноудалены от оси вращения, причем впускные окна крышки повернуты по окружности относительно плоскости, проведенной через ось вращения вала и перпендикулярной прямой, соединяющей центры полуокружностей поперечного сечения полости, например, на угол α по ходу вращения ротора, а выпускные окна крышки на угол α против вращения ротора, окна распределительного диска повернуты по окружности относительно лопастей против вращения ротора.

4. Роторный двигатель по п.3, отличающийся тем, что лопасти опираются на поверхности полости цилиндрическими выпуклыми поверхностями башмаков радиусом, равным радиусу цилиндрических поверхностей полости, при этом башмаки закреплены на концах лопастей с возможностью поворота на оси, параллельной образующей поверхности полости.