Роторный дизельный двигатель "РДМ" Российский патент 2017 года по МПК F02B53/08 

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.

Роторный дизельный двигатель, включающий стальной цилиндрический корпус с прорезями охлаждения, с двумя отдельными блоками в кожухе, изображенный на фигуре 1, из четырех камер каждый в виде секторов цилиндров с проточками канавок по окружности на торцах камер. Всасывающий (сжимающий, запускающий) блок и выхлопной блок (рабочий), отделенные разделительным диском 6, стянутые болтами 3 на втулках 2, в кожухе 7, с окнами всасывания и прорезями охлаждения в опорных дисках двигателя, с входными проемами камер, обращенными к центру (вращения) на коленчатом валу роторов крестообразной конструкции 17, фигура 2. Составной коленчатый вал 8, соединенный жесткой муфтой 10, из вала всасывающего блока и вала выхлопного блока, с центральным осевым продольным и поперечными отверстиями распределения пульсирующей подачи масла в каналы смазки узлов трения и охлаждения стягивающих болтов корпуса двигателя. Грузы 9, противовесов, закрепленные на коленчатых валах, вращающихся в подшипниках скольжения 11, по масленой пленке, в двух опорных дисках 12 и в разделяющем опорном диске 6, с прямыми переходными каналами 13, фигура 2, дозированными отверстиями закачивания сжатого воздуха и обратными клапанами 46. Подвижные заслонки газового давления 14, с поршнями 15 и пружинами в каналах неподвижных корпусов, под давлением масла прижаты уплотнителями к вогнутым поверхностям при вращении крестообразных роторов, изменяя объем рабочих камер, сжимая воздух прижатыми роликами 18 роторов и роликовыми уплотнителями заслонок 16 к округлым стенкам камер. Каналы подачи масла к поршням уплотнителей и смазки на стенки камер. Крестообразные роторы на шейках 31 вала, с уплотнителями (18), оконечностей роторов с вогнутыми уплотнителями роликов 19 и пружинами поршней в каналах роторов с возможностью выхода масла на стенки и в канавки камер через зазоры скольжения. Крестообразные плоские клапаны, установленные на плоские стенки роторов, по осевым сторонам 23, с расширенными кромками 20, фигура 2, с крестообразными бортами упора и фиксации клапанов от сдвига в крестообразных канавках, под действием движения роторов. Двойные поршни и пружины в сквозных каналах прижатия клапанов, перекрывающих круговым движением роторов окна 24. Зауженные кромки стенок подвижных корпусов заслонок, в части выступающих роликов 21, с ребрами упора в стенки канавок, прорезанных на поверхностях опорных дисков, соприкасающиеся с кромками расширенных стенок роторов. Каналы отвода масла 22, открывающиеся в канавках уплотнения, в секторах движения роторов с пониженным давлением. Трубчатый коллектор 25 передачи давления масла между каналами заслонок с клапаном 26, фигура 1, подпитывающим давление масла в коллекторе передачи движения заслонок, передающем давление масла на поршни заслонок, в дополнение к усилию прижатия пружин. Втулка 27 установки пульсаций, синхронно с рабочими ходами, давления масла в осевом канале выхлопного блока, и две втулки 28 распределения пульсаций на шейках валов. Управляемый (векторный) сцепляющий механизм редуктора передачи вращения - «УВСР» 29. Трехскоростной редуктор по фигуре 8, со шлицевым механизмом 42 переключения передачи вращения с возможностью реверса 50 на промежуточный вал нагрузки посредством цепной передачи 45. Осевой канал подачи масла 30, проложенный внутри коленчатых валов и шеек, с входным отверстием 51. Крыльчатка вентилятора 32 наддува с шестернями повышающего привода 33, относительно вращения на подшипнике, на коленчатом валу всасывающего блока с заслонкой 34, продувки кожуха двигателя. Двойные, верхние разрезные, накладные жалюзи 59, каналы с потоками воздуха 35, каналы 36 закачивания от 10 атмосфер сжатого воздуха в пусковую емкость через дозированные отверстия с клапанами, датчиком давления и запорными кранами. Механизм пневматического запуска по фигуре 12 с тремя пружинами, защелкой клапана 37 с фиксатором и спиралями 38, электрического подогрева засасываемого воздуха и масла в коллекторе. Трос 40 управления воздушными заслонками камер всасывающего блока, механизм 41 открытия клапанов пневматического запуска двигателя и подачи топлива. Топливный насос высокого давления 53 с регулятором и муфтой опережения оборотов вала двигателя, вибрационный насос и клапан подачи топлива из бака, маслонасос 52. Шестерни 49 привода насосов на валу выхлопного блока. Форсунки 39 распыления топлива. Стартер и генератор 43 переменного тока в кожухе управляемого векторного сцепляющего редуктора.

Технический результат заключается в возникающем дополнительном усилии за счет совпадающих направлений инерции движения роторов и направления вращающего усилия, преобразованного роторным механизмом из усилия расширения газов горения топлива и повышающегося в механизме передачи вращения (ролики ротора - шейки вала).

Изобретение относится к области дизелестроения и может найти применение на тракторах, автомобилях, стационарных силовых установках и легкомоторной авиации.

Известный из патента US 1277437 A, F02B 53/00, 1918 роторный двигатель - ближайший аналог. Недостатки известных двигателей те же, как и у «РДД», образующегося из двух прототипов с применением отличающихся деталей: рабочие камеры неподвижны, вращающийся коленчатый вал с двумя роторами на шейках вала и противовесами к ним. Роторы, свободно вращающиеся на шейках коленчатого вала, двигаются по линии круга, описываемой вращением шеек двухколенного вала, и прижимаются в пределах зазоров к округлым стенкам камер соразмерно центробежной силе, воспринимая давление газов свободно вращающимися роликами на оконечностях роторов, прижатые к внутренним округлым поверхностям трех рабочих камер. Значительная часть выделенной энергии горения газов современных двигателей внутреннего сгорания, расходуемая бесполезно, определяется по громкому выхлопу газов. Оконечности роторов «РДД», совершающие движение значительно длиннее пути кругового движения шеек коленчатого вала и повышающие усилие передачи вращения на шейки вала, выделенное роторным механизмом в рабочих камерах выхлопного блока, снижают шум выхлопа широкими и продолжительно открытыми выхлопными окнами.

Задачей настоящего двигателя является повышение технических характеристик роторного двигателя применением: устройства канавок в конструкции уплотнителей рабочих камер, обеспечивающих необходимое сжатие; повышенных оборотов крыльчатки воздушного охлаждения и порядка рабочих ходов с продувкой камер выхлопного блока. Применением: преобразования энергии расширения газов во вращательное движение, выполняющееся роторным механизмом, без возвратно-поступательных движений деталей поршневого механизма преобразования; отставанием шейки вала выхлопного блока на 90 градусов вращения от шейки вала всасывающего блока; совмещенными операциями в камерах всасывающего блока, всасывание-сжатие, а в камерах выхлопного блока, рабочий ход-выхлоп 55. Впрыском топлива в рабочие камеры в соответствии с графиком по фигуре 11, по направлению открывающихся переходных каналов. Совпадающими пульсациями давления масла в каналах по таблице пульсаций, с операциями всасывания/рабочих ходов и провалами давления пульсаций, с рабочими операциями наддув/продувка газов, через втулку установки пульсаций, распределенных в каналы противоположных оконечностей роторов через втулки 28, по фигуре 1, подающими смазку трущихся поверхностей роторов через зазоры движения. Применением плоских клапанов газораспределения с крестообразными упорами в крестообразные направляющие канавки уплотнения с поршнями и пружинами, в сквозных каналах каркасов роторов, прижимающих давлением масла подвижные пластины - клапаны, к стенкам рабочих камер и аналогичных по форме плоских клапанов и стенок роторов, движущихся в прорезях канавок на округлых стенках рабочих камер 4. Кромками расширенных стенок роторов, скользящих в канавках 5, с проточенными кольцевыми выточками уплотнения роликов. Подвижными корпусами заслонок газового давления, с узкими кромками 21, и ребрами упора 48. Заслонками, отделяющими камеры и упирающимися в стенки канавок 47, прорезанных на опорных дисках двигателя. Применением вогнутых уплотнителей 19, контактных поверхностей роликов с поршнями и пружинами в каналах передачи усилия масленым давлением, передающимся через каналы масленого коллектора, передающего усилие давления масла между каналами заслонок на прижатие заслонок. Понижением передачи вращательного движения оконечностей роторов на шейки 31, составного коленчатого вала, понижением передачи вращения в редукторе «УВСР» и в трехскоростном редукторе трансмиссии выхлопного блока с цепной передачей.

Применением пневматического запуска двигателя с подключением электрического стартера через механизм редуктора «УВСР» по фигуре 10.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-25:

фигура 1 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «А-А», с наложенными штриховыми контурами роторов, смещенными относительно их положения,

фигура 2 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «В-В», с наложенными штриховыми контурами изображения роторов выхлопного блока,

фигура 3 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «С-С», с наложенными штриховыми контурами изображения роторов всасывающего блока,

фигура 4 - втулка установки пульсаций давления масла двигателя «РДД»,

фигура 5 - схема распределения пульсаций давления масла двигателя «РДД»,

на фигуре 6 изображена кинематическая схема работы двигателя «РДД»,

на фигуре 7 изображена принципиальная схема работы двигателя «РДД»,

фигура 8 - передаточная трансмиссия выхлопного блока двигателя «РДД»,

на фигуре 9 изображена схема управляемого векторного сцепляющего редуктора «УВСР» и механизма блокировки вращения каретки, совмещенного со стартером и генератором,

фигура 10 - схема устройства электрического стартера и генератора переменного тока в общем корпусе редуктора «УВСР»,

на фигуре 11 изображен график «Порядок рабочих операций двигателя РДД»,

фигура 12 - схема механизма «Пневматический запуск двигателя «РДД»,

фигура 13 - канавки уплотнения газовых заслонок с упорами, двигатель «РДД»,

на фигуре 14 изображена схема движения масла в картерах редуктора переключения передач и маслонасоса двигателя «РДД»,

фигура 15 - схема редуктора «УВСР» и центробежного механизма включения сцепления, двигатель «РДД»,

фигура 16 - «Поворотный масленый клапан», в авиационных двигателях «РДД»,

фигура 17 - «Прорези охлаждения и отверстия на корпусе двигателя «РДД»,

фигура 18 - «Прорези охлаждения и отверстия на опорном диске двигателя «РДД»,

фигура 19 - «Механизм действия пускового клапана двигателя «РДД».

фигура 20 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «А-А», - с наложенными штриховыми контурами изображения ротора всасывающего блока,

фигура 21 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «В-В», без штриховых контуров изображения ротора выхлопного блока,

фигура 22 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «С-С»,

фигура 23 - схема топливного насоса высокого давления «ТНВД 200».

Изобретение основывается на применении: уплотнения контактных поверхностей плоских стенок роторов в канавках, прорезанных на стенках камер всасывающего блока для усиления сжатия; преобразования давления расширенных газов горения топлива в камерах выхлопного блока и передачи усилия вращения; уплотнения плоских клапанов газораспределения, изготавливающихся по расширенной конфигурации каркасов роторов, с крестообразными упорами в крестообразных канавках, предохраняющих клапаны от сдвига под действием движения роторов; коллектора передачи пульсирующего давления масла между каналами газовых заслонок; вогнутых уплотнителей и роликов с поршнями и пружинами; втулок установки и распределения пульсаций; газовых заслонок с ребрами уплотнения и упора в стенки уплотняющих канавок 47; масленого привода движения заслонок; управляемых редукторов передачи вращения «УВСР»; системы обдува и масленого охлаждения камер и наддува воздуха в камеры всасывающего блока с подогревом засасываемого воздуха 55; пневматического и электрического запуска двигателя с электрическим подогревом воздуха и масла в коллекторе 25.

Изобретение относится к роторному дизельному двигателю «РДД» по фигуре 1, состоящему из двух блоков рабочих камер с двумя крестообразными роторами, крестообразными клапанами и восемью заслонками газового давления, обеспечивающими с круговым движением роторов всасывание и сжатие воздуха в камерах всасывающего блока, пневматический запуск двигателя и переход сжатого воздуха в камеры выхлопного блока через переходные каналы разделительного диска с клапанами и каналами автоматического закачивания сжатого воздуха в емкость. Сбалансированный противовесами ротор на коленчатом валу (выхлопного блока) воспринимает давление газов горения через рабочие поверхности оконечностей ротора с роликами и передает усилие вращения на шейки двухсоставного коленчатого вала двигателя, с ведущей шестерней понижающего редуктора «УВСР», на движение ротора всасывающего блока и шестерни привода насосов подачи масла и топлива. Воздушное охлаждение рабочих камер выхлопного блока и заслонок газового давления регулируется заслонкой 34 в каналах 35 цилиндрического кожуха двигателя, и усиленный наддув в окна рабочих камер всасывающего блока, вращающейся на коленчатом валу двигателя крыльчаткой вентилятора 32. С повышенными относительно вала оборотами вращения, в механизме повышения вращения с неподвижным зубчатым венцом, двумя шестернями планетарной передачи, шестерней, скрепленной с крыльчаткой, и жестко посаженным на вал диском с полуосями сателлитов. С охлаждением рабочих камер и заслонок газового давления обдувом воздушными «струями», входящими через каналы 35 и в окна обдува в опорных дисках корпуса на крыльчатку. С охлаждением болтов, стягивающих блоки, пульсирующим протоком масла в трубках по каналам 56 с фильтром и радиатором охлаждения. С удалением масла из рабочих камер по сливным каналам 22, в опорных дисках, открывающимся при движении роторов в секторах низкого давления сжатия, (ниже давления пульсаций масла), из канавок уплотнения, размещенных на округлых стенках рабочих камер. С возможностью запуска работы двигателя давлением предварительно сжатого воздуха, поданного из пусковой емкости на рабочие поверхности ротора всасывающего блока и подогревающегося электрическими спиралями 38, в камеры всасывающего блока через пусковой клапан в радиальный канал, по таблице открытия клапанов 23, с закрытой воздушной заслонкой 40, через окна 24. С увеличением оборотов коленчатого вала, за счет усилия электрического стартера и последующей самостоятельной работой выхлопного блока при открытой воздушной заслонке 40.

Возможность сжатия воздуха под давлением в 17 атмосфер достигается: уплотнением рабочих камер с применением канавок 5, для движения расширенных плоских стенок роторов с плоскими крестообразными клапанами на двух сторонах роторов; уплотнением подвижных корпусов заслонок газового давления с применением канавок 47, прорезанных на поверхностях опорных дисков на длину хода заслонок; расточкой стенок корпусов заслонок для роликов; применением вогнутых вкладышей для передачи давления на прижатие поверхности роликов роторов к округлым стенкам рабочих камер; прижатием плоских клапанов газораспределения поршнями и пружинами с пульсирующим давлением масла в каналах и канавках 58, распределения смазки; давлением сжатия в камерах всасывающего блока за счет наддува. Последовательность работы двигателя: В исходном положении заслонка 40 открывается, запорные краны в емкость и заслонка 34 закрываются, фиксатор 37 запирается, питание возбуждения генератора, насос топлива и спираль отключаются. Обратные просечки (верхние жалюзи) 59, регулировки охлаждения, относительно нижних, перекрывают прямой поток воздуха в зимнее время.

При запуске тросом 41, по фигуре 12, закрывается заслонка 40 и открывается запорный кран емкости воздуха. Включаются сцепление редуктора «УВСР», спираль подогрева воздуха и масла в коллекторе. Открывается фиксатор защелки клапана 37, и подается сжатый воздух в радиальный распределяющий канал. Включается контактор стартера и насос, подающий топливо через клапан подачи топлива в «ТНВД».

При оборотах «холостого хода»: открывается заслонка 40, закрывается запорный кран емкости, защелкивается фиксатор клапана 37 и отключается стартер.

При остановке работы двигателя: закрываются клапан подачи топлива и заслонка 40, выключается насос подачи, отключается питание возбуждения обмоток генератора.

При задании изменения передачи вращения на промежуточный вал нагрузки, по фигуре 9, управляемый редуктор «УВСР» (с указателем направления вектора) включает нужную скорость (и стояночный тормоз, через включенную передачу вращения вала привода). Управляя колодками привода выключения сцепления, изменяют передачу вращения включением сцепления и изменением силы прижатия колодок к диску передачи (векторной) опоры сцепления, укрепленному на кожухе каретки, и включением четвертой скорости, выключением катушки (к), задержки грузов, фигура 15.

Понижающий редуктор переключения передачи вращения по фигуре 8, с центральной смазкой подшипников и сливом излишков масла в картер маслонасоса, с соленоидом движения вилки 57, «влево», «вправо», с пружинкой возврата муфты и цепной передачей вращения.

Изобретение, создающее: дополнительное усилие на коленчатом валу, за счет применения роторного механизма преобразования усилия и передачи вращения; снижающее вредность отработанных выбросов газа и шума выхлопа удлинением операций рабочего хода, выхлопа и широкой формой выхлопных окон; уменьшающее вес двигателя отсутствием водяного охлаждения и применением в конструкции двигателя двух компактных редукторов «УВСР», в которых плавно повышается пусковой момент передачи с уменьшением оборотов вала нагрузки изменением передачи вращения.

Изобретение относится к роторным дизельным двигателям «РДМ». Техническим результатом является повышение экономичности. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель включает всасывающий и выхлопной блоки камер, выполненные в виде цилиндров с установленными в них на составном двухколенном валу крестообразными роторами с роликами уплотнения. Опорный диск разделяет рабочие камеры выхлопного и всасывающего блока. Клапаны газораспределения выполнены плоскими, крестообразными. 9 з.п. ф-лы, 23 ил., 1 табл.

1. Роторный дизельный двигатель, включающий цилиндрический корпус с прорезями воздушного охлаждения, всасывающий и выхлопной блоки камер, выполненные в виде цилиндров с проемами и канавками уплотнения подвижных крестообразных роторов, скрепленные с опорными дисками двигателя, ролики уплотнения крестообразных роторов, заслонки давления газов с кромками стенок подвижных корпусов заслонок, срезанных в местах соприкосновения их с роторами, вогнутые уплотнители роликов с канавками опоры и уплотнения подвижных заслонок давления газов, опорный диск, разделяющий рабочие камеры выхлопного и всасывающего блока, переходные каналы с клапанами и выводами в пусковую емкость воздуха, сливные каналы для отвода масла из канавок, подшипники вращения составного двухколенного вала с центральным осевым каналом подачи и распределения смазки, втулки установки и распределения пульсаций давления масла, плоские крестообразные клапаны газораспределения, шестерни повышения оборотов вращения крыльчатки вентилятора, электрическую спираль подогрева масла и воздуха, клапан пневматического запуска двигателя с приводом механизма открывателя защелки и заслонкой подачи воздуха, управляемый редуктор передачи вращения, понижающий редуктор переключения трех цепных передач, электрический стартер и генератор тока в общем кожухе с редуктором, насосы подачи масла и топлива, топливный насос высокого давления с форсунками, коллектор передачи давления между поршнями в каналах газовых заслонок с поршнями, пружинами и клапаном подпитки давления масла.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что плоские крестообразные клапаны перекрывают окна всасывания и выхлопа в рабочих камерах и выполнены с пружинами и поршнями в масляных каналах с пульсирующей подачей масла на уплотнители.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рабочие камеры расположены в кожухе с применением обдува и наддувом в камеры всасывающего блока.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что масло отводится по каналам в рабочих камерах обоих блоков.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что передача вращения изменяется за счет изменения силы сцепления в механизме редуктора и переключения передач.

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что запуск двигателя осуществляется пневматически и электрически с возможностью подогрева воздуха и масла в каналах коллектора.

7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что топливо впрыскивается через форсунки в рабочие камеры выхлопного блока по графику работы.

8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что масло подается в каналы охлаждения болтов, стягивающих корпус.

9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что обмотки статоров электрического стартера и генератора переменного тока соединены и размещены в кожухе редуктора.

10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газовые заслонки прижаты к вогнутым стенкам роторов под давлением масла в коллекторе при помощи механизма прижатия с пружинами на поршнях в каналах заслонок давления газов.