Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить мощность, надежность, КПД и ресурс двигателя, а также уменьшить его вес и габариты. Двухсекционный роторный двигатель состоит из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения. Каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции. Двигатель содержит заслонки, прилегающие к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенные радиально. Двигатель состоит из камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками. Также двигатель имеет камеру сжатой горючей смеси на корпусе, перепускной клапан из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускные окна из камеры вытеснения, двуплечие рычаги, оси рычагов. Поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей. Секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения. 2 ил. 
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано во всех областях, где применяются двигатели внутреннего сгорания.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, который состоит из корпуса, ротора с выступами-поршнями, прилегающими к внутренней поверхности корпуса, заслонок, расположенных радиально и прилегающих к внешней поверхности ротора и внутренней поверхности корпуса, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью ротора и заслонками, камер сжатой горючей смеси на корпусе, клапанов перепускных из камер сжатия в камеры сжатой горючей смеси, окон впускных в камеры впуска, окон выпускных из камер вытеснения (см. патент РФ №2161708, опубл. 10.01.2001).
Этому техническому решению присущи следующие недостатки. Давления, температуры в периоды рабочих циклов в камерах создают расклинивающие усилия между заслонками и внешней поверхностью ротора. Прижатие заслонок к внешней поверхности ротора пружинами с высоким давлением не обеспечивает достаточной надежности прилегания заслонок к внешней поверхности ротора. В образованных камерах в периоды рабочих циклов возможна утечка, перетекание заряда из камер сгорания, сжатия. Для исключения утечек, перетекания заряда из камер необходимо приложение больших сил на прижатие заслонок к внешней поверхности ротора, что приводит к повышенным механическим потерям.
Высокая скорость перемещения заслонок в периоды образования камер обуславливает большие периметры, низкие окружные скорости ротора.
Известен двигатель, в котором камеры впуска и сжатия выполнены кривошипно-шатунным поршневым механизмом. Секция камер сгорания и вытеснения выполнена ротором с двумя выступами-поршнями и двумя заслонками (см. патент США №5681157, опубл. 28.10.1997).
Этому техническому решению также присущи недостатки. Кривошипно-шатунная поршневая конструкция камер впуска и сжатия по сравнению с роторно-поршневой обуславливает усложнение конструкции, увеличение габаритных размеров, массы, механических потерь. В секции камер сгорания и вытеснения конструкция образованных камер переменного объема не создает постоянного равномерного плотного прилегания заслонок к внешней поверхности выступов-поршней ротора. При изменении объемов в камерах сгорания в начале рабочих циклов воспламенение горючей смеси происходит при некоторых начальных объемах в камерах сгорания, что приводит к потере рабочего давления воспламененной горючей смеси, снижению термического КПД, мощности двигателя. Для уменьшения начальных объемов в образованных камерах сгорания необходимо повышение скорости перемещения заслонок в периоды образования камер переменного объема, что вызывает значительные знакопеременные инерционные нагрузки, повышенные износы, наклепы, усиленную вибрацию, обуславливает большой периметр, низкие окружные скорости ротора, снижение ресурса работы двигателя. Прижатие заслонок пружинами к внешней поверхности ротора недостаточно надежно, возможны утечки, перетекания заряда из камер сгорания. Для исключения утечек необходимо приложение больших сил на прижатие заслонок к внешней поверхности ротора, что приводит к повышенным механическим потерям, снижению КПД.
Задачей изобретения является повышение надежности, мощности, коэффициента полезного действия, ресурса при снижении веса, габаритов двигателя.
Задача достигается в двухсекционном роторном двигателе, состоящем из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения, каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции, заслонок, прилегающих к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенных радиально, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками, камеры сжатой горючей смеси на корпусе, перепускного клапана из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускных окон из камеры вытеснения, двуплечих рычагов, осей рычагов, при этом поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей, равномерно, плотно прилегающие в местах их соприкосновения. Согласно изобретению секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения.
Технологически две заслонки и рычаг между ними могут быть выполнены одной общей деталью.
Возможность утечки заряда из образованных камер исключается условиями постоянного равномерного плотного прилегания поверхностей профилей заслонок к внешним поверхностям выступов-поршней, устройством простых надежных уплотнений профилей заслонок к профилям поверхностей выступов-поршней роторов, как вариант это могут быть подпружиненные пластины, изогнутые в форме дуг окружностей. При этом не требуется приложение больших сил на прижатие заслонок к внешним поверхностям роторов, что повышает надежность, значительно снижает механические потери на трение заслонок с внешней поверхностью роторов.
Возникающие инерционные знакопеременные силы от масс перемещающихся заслонок значительно снижаются при выполнении перемещения заслонок в камерах секций впуска и сжатия и камерах секций сгорания и вытеснения в противоположенных направлениях. Уравновешивание рычажным соединением заслонок камер секции впуска и сжатия и заслонками камер секций сгорания и вытеснения снижает наклепы, износы соприкасающихся поверхностей роторов, заслонок, вибрацию, механические потери двигателя.
Выполнение соединения двуплечим рычагом заслонок секций с осью качания рычага, выполненной между заслонками, значительно уравновешивает давления на заслонки в камерах. Оставшаяся разность сил давления на заслонки в камерах передается на оси качания рычагов между заслонками. Расклинивающие усилия от давлений в камерах между внешней поверхностью выступов-поршней и заслонками в определенной мере уравновешиваются рычажной связью между заслонками и могут быть сведены к минимуму изменением плеч рычагов, что снижает механические потери, повышает ресурс работы двигателя. Плавный изгиб профилей внешних поверхностей роторов, соприкасающихся с заслонками в периоды образования камер переменного объема в секциях, позволяет снизить скорости перемещения заслонок в периоды образования камер переменного объема в секциях.
Чертежи, поясняющие изобретение:
фиг.1 - продольный ступенчатый разрез А-А половины секции впуска и сжатия и половины секции сгорания и вытеснения, секции одинаковой симметричной конструкции;
фиг.2 - разрез Б-Б, где видны разрезы секции впуска и сжатия, разрез камеры сжатой горючей смеси, разрез секции сгорания и вытеснения, в которых видны разрезы ротора, заслонки секции впуска и сжатия, ротора, заслонки секции сгорания и вытеснения, перепускного клапана из камер сжатия в камеру сжатой горючей смеси, выпускного окна в камеру сгорания.
На чертежах разность начальных объемов камер в секции впуска и сжатия и секции сгорания и вытеснения показана вариантом меньшей ширины выступов-поршней ротора секции сгорания.
Двигатель состоит из неподвижных секций 1 и 2 роторов 3 и 4, заслонок 5 и 6, рычагов заслонок 7, камеры сжатой горючей смеси 8, перепускного клапана 9, впускных окон в камеру сгорания 10, свечи или форсунки 11, камер переменного объема 12, впускных окон 13 секции 1, выпускных окон 14, вала роторов 15 осей рычагов 16.
Работа двигателя осуществляется следующим образом.
При вращении вала 15 приводятся в движение роторы 3 и 4 с выступами-поршнями, прилегающими к внутренним цилиндрическим поверхностям секции впуска и сжатия 1, секции сгорания и вытеснения 2, к боковым стенкам секций, перемещают радиально в секциях 1 и 2 заслонки 5 и 6, прилегающие к внутренним поверхностям секции 1 и 2, внешним поверхностям роторов 3 и 4, и создаются камеры переменного объема 12.
Так, при вращении валом роторов 3 и 4 по часовой стрелке объем левой нижней и правой верхней камеры увеличивается в секции 1, через впускные окна 13 происходит впуск горючей смеси. Эта смесь сжимается в левой верхней, правой нижней камере секции 1 и через перепускной клапан 9 заполняет камеру сжатой горючей смеси 8. В период заполнения камер сжатой горючей смесью впускные окна 10 в камеру сгорания секции 2 закрыты поверхностью выступов поршней ротора 4 секции 2. Горючая смесь из камеры сжатой горючей смеси через начинающие открываться впускные окна 10 перемещением выступов поршней ротора 4 секции 2 поступает в правую верхнюю и левую нижнюю камеры 12 секции 2. Воспламеняется свечой 11, расширяясь, действует на выступы-поршни ротора 4 и вращает вал ротора 15 ротор 3 секции 1. При дальнейшем повороте ротора открываются выпускные окна 14 и происходит выпуск отработанных газов. Затем поршни-выступы ротора 4 секции 2 из правой верхней, левой нижней через выпускные окна 14 выталкивают оставшиеся отработанные газы.
Для равномерного плотного прилегания профилей соприкасающихся поверхностей выступов-поршней и заслонок в образованных камерах каждая заслонка 5 и 6 соединена с двуплечим рычагом 7, с осью качания рычага 16.
Таким образом, в 8 камерах 12, образуемых четырьмя выступами-поршнями роторов 3 и 4, четырьмя заслонками 5 и 6 и внутренними поверхностями секций 1 и 2, происходит последовательно впуск горючей смеси, сжатие, воспламенение, расширение продуктов сгорания, очистка от отработанных газов, т.е. осуществляются все процессы, происходящие в ДВС.
Двухсекционный роторный двигатель, состоящий из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения, каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции, заслонок, прилегающих к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенных радиально, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками, камеры сжатой горючей смеси на корпусе, перепускного клапана из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускных окон из камеры вытеснения, двуплечих рычагов, осей рычагов, при этом поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей, равномерно, плотно прилегающие в местах их соприкосновения, отличающийся тем, что секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить мощность, надежность, КПД и ресурс двигателя, а также уменьшить его вес и габариты. Двухсекционный роторный двигатель состоит из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения. Каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции. Двигатель содержит заслонки, прилегающие к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенные радиально. Двигатель состоит из камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками. Также двигатель имеет камеру сжатой горючей смеси на корпусе, перепускной клапан из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускные окна из камеры вытеснения, двуплечие рычаги, оси рычагов. Поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей. Секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения. 2 ил.
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано во всех областях, где применяются двигатели внутреннего сгорания.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, который состоит из корпуса, ротора с выступами-поршнями, прилегающими к внутренней поверхности корпуса, заслонок, расположенных радиально и прилегающих к внешней поверхности ротора и внутренней поверхности корпуса, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью ротора и заслонками, камер сжатой горючей смеси на корпусе, клапанов перепускных из камер сжатия в камеры сжатой горючей смеси, окон впускных в камеры впуска, окон выпускных из камер вытеснения (см. патент РФ №2161708, опубл. 10.01.2001).
Этому техническому решению присущи следующие недостатки. Давления, температуры в периоды рабочих циклов в камерах создают расклинивающие усилия между заслонками и внешней поверхностью ротора. Прижатие заслонок к внешней поверхности ротора пружинами с высоким давлением не обеспечивает достаточной надежности прилегания заслонок к внешней поверхности ротора. В образованных камерах в периоды рабочих циклов возможна утечка, перетекание заряда из камер сгорания, сжатия. Для исключения утечек, перетекания заряда из камер необходимо приложение больших сил на прижатие заслонок к внешней поверхности ротора, что приводит к повышенным механическим потерям.
Высокая скорость перемещения заслонок в периоды образования камер обуславливает большие периметры, низкие окружные скорости ротора.
Известен двигатель, в котором камеры впуска и сжатия выполнены кривошипно-шатунным поршневым механизмом. Секция камер сгорания и вытеснения выполнена ротором с двумя выступами-поршнями и двумя заслонками (см. патент США №5681157, опубл. 28.10.1997).
Этому техническому решению также присущи недостатки. Кривошипно-шатунная поршневая конструкция камер впуска и сжатия по сравнению с роторно-поршневой обуславливает усложнение конструкции, увеличение габаритных размеров, массы, механических потерь. В секции камер сгорания и вытеснения конструкция образованных камер переменного объема не создает постоянного равномерного плотного прилегания заслонок к внешней поверхности выступов-поршней ротора. При изменении объемов в камерах сгорания в начале рабочих циклов воспламенение горючей смеси происходит при некоторых начальных объемах в камерах сгорания, что приводит к потере рабочего давления воспламененной горючей смеси, снижению термического КПД, мощности двигателя. Для уменьшения начальных объемов в образованных камерах сгорания необходимо повышение скорости перемещения заслонок в периоды образования камер переменного объема, что вызывает значительные знакопеременные инерционные нагрузки, повышенные износы, наклепы, усиленную вибрацию, обуславливает большой периметр, низкие окружные скорости ротора, снижение ресурса работы двигателя. Прижатие заслонок пружинами к внешней поверхности ротора недостаточно надежно, возможны утечки, перетекания заряда из камер сгорания. Для исключения утечек необходимо приложение больших сил на прижатие заслонок к внешней поверхности ротора, что приводит к повышенным механическим потерям, снижению КПД.
Задачей изобретения является повышение надежности, мощности, коэффициента полезного действия, ресурса при снижении веса, габаритов двигателя.
Задача достигается в двухсекционном роторном двигателе, состоящем из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения, каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции, заслонок, прилегающих к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенных радиально, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками, камеры сжатой горючей смеси на корпусе, перепускного клапана из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускных окон из камеры вытеснения, двуплечих рычагов, осей рычагов, при этом поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей, равномерно, плотно прилегающие в местах их соприкосновения. Согласно изобретению секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения.
Технологически две заслонки и рычаг между ними могут быть выполнены одной общей деталью.
Возможность утечки заряда из образованных камер исключается условиями постоянного равномерного плотного прилегания поверхностей профилей заслонок к внешним поверхностям выступов-поршней, устройством простых надежных уплотнений профилей заслонок к профилям поверхностей выступов-поршней роторов, как вариант это могут быть подпружиненные пластины, изогнутые в форме дуг окружностей. При этом не требуется приложение больших сил на прижатие заслонок к внешним поверхностям роторов, что повышает надежность, значительно снижает механические потери на трение заслонок с внешней поверхностью роторов.
Возникающие инерционные знакопеременные силы от масс перемещающихся заслонок значительно снижаются при выполнении перемещения заслонок в камерах секций впуска и сжатия и камерах секций сгорания и вытеснения в противоположенных направлениях. Уравновешивание рычажным соединением заслонок камер секции впуска и сжатия и заслонками камер секций сгорания и вытеснения снижает наклепы, износы соприкасающихся поверхностей роторов, заслонок, вибрацию, механические потери двигателя.
Выполнение соединения двуплечим рычагом заслонок секций с осью качания рычага, выполненной между заслонками, значительно уравновешивает давления на заслонки в камерах. Оставшаяся разность сил давления на заслонки в камерах передается на оси качания рычагов между заслонками. Расклинивающие усилия от давлений в камерах между внешней поверхностью выступов-поршней и заслонками в определенной мере уравновешиваются рычажной связью между заслонками и могут быть сведены к минимуму изменением плеч рычагов, что снижает механические потери, повышает ресурс работы двигателя. Плавный изгиб профилей внешних поверхностей роторов, соприкасающихся с заслонками в периоды образования камер переменного объема в секциях, позволяет снизить скорости перемещения заслонок в периоды образования камер переменного объема в секциях.
Чертежи, поясняющие изобретение:
фиг.1 - продольный ступенчатый разрез А-А половины секции впуска и сжатия и половины секции сгорания и вытеснения, секции одинаковой симметричной конструкции;
фиг.2 - разрез Б-Б, где видны разрезы секции впуска и сжатия, разрез камеры сжатой горючей смеси, разрез секции сгорания и вытеснения, в которых видны разрезы ротора, заслонки секции впуска и сжатия, ротора, заслонки секции сгорания и вытеснения, перепускного клапана из камер сжатия в камеру сжатой горючей смеси, выпускного окна в камеру сгорания.
На чертежах разность начальных объемов камер в секции впуска и сжатия и секции сгорания и вытеснения показана вариантом меньшей ширины выступов-поршней ротора секции сгорания.
Двигатель состоит из неподвижных секций 1 и 2 роторов 3 и 4, заслонок 5 и 6, рычагов заслонок 7, камеры сжатой горючей смеси 8, перепускного клапана 9, впускных окон в камеру сгорания 10, свечи или форсунки 11, камер переменного объема 12, впускных окон 13 секции 1, выпускных окон 14, вала роторов 15 осей рычагов 16.
Работа двигателя осуществляется следующим образом.
При вращении вала 15 приводятся в движение роторы 3 и 4 с выступами-поршнями, прилегающими к внутренним цилиндрическим поверхностям секции впуска и сжатия 1, секции сгорания и вытеснения 2, к боковым стенкам секций, перемещают радиально в секциях 1 и 2 заслонки 5 и 6, прилегающие к внутренним поверхностям секции 1 и 2, внешним поверхностям роторов 3 и 4, и создаются камеры переменного объема 12.
Так, при вращении валом роторов 3 и 4 по часовой стрелке объем левой нижней и правой верхней камеры увеличивается в секции 1, через впускные окна 13 происходит впуск горючей смеси. Эта смесь сжимается в левой верхней, правой нижней камере секции 1 и через перепускной клапан 9 заполняет камеру сжатой горючей смеси 8. В период заполнения камер сжатой горючей смесью впускные окна 10 в камеру сгорания секции 2 закрыты поверхностью выступов поршней ротора 4 секции 2. Горючая смесь из камеры сжатой горючей смеси через начинающие открываться впускные окна 10 перемещением выступов поршней ротора 4 секции 2 поступает в правую верхнюю и левую нижнюю камеры 12 секции 2. Воспламеняется свечой 11, расширяясь, действует на выступы-поршни ротора 4 и вращает вал ротора 15 ротор 3 секции 1. При дальнейшем повороте ротора открываются выпускные окна 14 и происходит выпуск отработанных газов. Затем поршни-выступы ротора 4 секции 2 из правой верхней, левой нижней через выпускные окна 14 выталкивают оставшиеся отработанные газы.
Для равномерного плотного прилегания профилей соприкасающихся поверхностей выступов-поршней и заслонок в образованных камерах каждая заслонка 5 и 6 соединена с двуплечим рычагом 7, с осью качания рычага 16.
Таким образом, в 8 камерах 12, образуемых четырьмя выступами-поршнями роторов 3 и 4, четырьмя заслонками 5 и 6 и внутренними поверхностями секций 1 и 2, происходит последовательно впуск горючей смеси, сжатие, воспламенение, расширение продуктов сгорания, очистка от отработанных газов, т.е. осуществляются все процессы, происходящие в ДВС.
Двухсекционный роторный двигатель, состоящий из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения, каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции, заслонок, прилегающих к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенных радиально, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками, камеры сжатой горючей смеси на корпусе, перепускного клапана из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускных окон из камеры вытеснения, двуплечих рычагов, осей рычагов, при этом поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей, равномерно, плотно прилегающие в местах их соприкосновения, отличающийся тем, что секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок с двумя цилиндрическими полостями. В полостях размещены первый и второй роторы. Роторы установлены в полостях статора с эксцентриситетом и соединены общим валом. В радиальных пазах роторов установлены лопасти. В цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы. Смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия. Смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания. Камера всасывания-сжатия первого ротора соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора. На концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения. Контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну. Контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну. Изобретение направлено на повышение удельной мощности, КПД и надежности двигателя. 2 ил. 
Устройство относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в составе силовой установки авиационного, водного и наземного транспорта.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство № 1665052 F02B 53/02, Бюл. № 27, 1991 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные машины, каждая из которых имеет корпус с газораспределительными каналами, цилиндрической полостью и выемкой на ее поверхности, рабочий вал и установленный на валу ротор с рычагами-поршнями, шарнирно связанными между собой ротором и неподвижной осью, закрепленной в корпусе, причем ротор каждой машины размещен в полости корпуса эксцентрично с возможностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, а выемки в корпусе обеих машин выполнены с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их роторов, шарнир связи ротора и рычагов-поршней выполнен в виде установленной в роторе втулки с диаметральным отверстием, сопряженным с поршнем-рычагом, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, одну камеру сгорания, выполненную с возможностью периодического сообщения с форсункой и через нагнетательный газораспределительный канал с нагнетательной машиной.
Недостатками известного устройства, препятствующими достижению технического результата, являются конструктивная сложность, обусловленная наличием рычагов-поршней, шарнирной связи с неподвижной осью, сложность изготовления, регулировки и настройки, значительные потери на трение между ротором и рычагами-поршнями, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания (Пат. RU № 2260130, 7 F02B 53/08, F01C 1/332, бюл. № 26, 2005 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема, основная камера сгорания образована цилиндрической полостью корпуса, наружной поверхностью ротора и качающимися заслонками, в которых смонтированы уплотнительные пластины и шарниры, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами, при этом каждая из камер поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик, смонтированный на рабочем валу, который взаимодействует с роликом, установленным на оси кронштейна, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу крепления качающихся заслонок, при этом регулировка зазоров между шарнирами качающихся заслонок и роторами осуществляется посредством кронштейна, регулировочного винта и рычага, а газораспределительные каналы связаны с всасывающими и выхлопными клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом, кинематически связанным с рабочим валом.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются: роторные - нагнетательная и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема.
Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная необходимостью принудительного управления заслонками и наличием газораспределительного механизма с кулачковым валом, необходимость точной регулировки и настройки качающихся заслонок, а также значительные потери на трение между ротором и качающимися заслонками, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и удельную мощность двигателя.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности уплотнений в камерах двигателя, связанное с уменьшением перетечек газов из смежных камер, при одновременном уменьшении трения в уплотнениях, что в совокупности ведет к повышению удельной мощности, повышению КПД и надежности двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в двухсекционном роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой цилиндрической полости образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй цилиндрической полости образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема роторного двигателя внутреннего сгорания, а на фиг.2 изображена схема угловых скоростей вращающихся деталей двигателя, поясняющая уменьшение трения при введении свободно вращающейся обоймы.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок 1 с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый 2 и второй 3 лопастные роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом 4, в радиальных пазах роторов установлены лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 на концах лопастей, в цилиндрических полостях статора между шарнирными уплотнениями лопастей роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая 7 и вторая 8 свободно вращающиеся обоймы, смежные лопасти с шарнирными уплотнениями первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры 9 всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы 10 всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы 8 образуют камеры 11 сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока 1, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема полостей выполнены, каналы 12 удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, в той части, где, при вращении роторов, происходит увеличение объема камер 11 сгорания, установлены две свечи зажигания 13, камера 9 всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора 2 минимальный объем, соединена перепускным каналом 14 с камерой сгорания 11 второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания 11 еще не достиг минимального объема.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении по часовой стрелке вала 4 от внешнего стартового устройства (стартера) по каналам 10 происходит всасывание топливовоздушной смеси в камеры 9 всасывания-сжатия, так как объем этих камер при вращении первого лопастного ротора 2 увеличивается. Как только последняя по ходу вращения лопасть 5, замыкающая камеру 9, пройдет последний канал 10, в силу эксцентриситета первого лопастного ротора 2, объем камеры 9 начнет уменьшаться, т.е. в камере 9 будет происходить сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении первой по ходу вращения лопасти 5 камеры 9 канала 14 топливовоздушная смесь начнет выдавливаться в камеру 11 сгорания второго лопастного ротора 3, поскольку лопастные роторы 2 и 3 связаны общим валом 4, а по каналу 14 топливовоздушная смесь попадает в камеру 11 сгорания, когда ее объем не достиг еще минимальной величины, то при вращении лопастного ротора 3 в камере 11 сгорания происходит дожатие топливовоздушной смеси, компенсирующее падение давления при соединении камеры 9 всасывания-сжатия с камерой 11 сгорания. При перемещении камеры 11 в зону увеличения ее объема к двум оппозитным свечам 13 зажигания в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, подается импульс высокого напряжения, вызывающий воспламенение топливовоздушной смеси. Высокотемпературные газы, расширяясь в возрастающем объеме камеры 11 сгорания, совершают полезную работу. При дальнейшем вращении лопастного ротора 3 первая по ходу вращения лопасть 5 камеры 11 сгорания достигает каналов 12 удаления выхлопных газов, через которые они вытесняются, так как в этой зоне объем камер 11 сгорания уменьшается. При дальнейшем вращении ротора 3 камера 11 сгорания снова соединяется перепускным каналом 14 с камерой 9 всасывания-сжатия и в камеру 11 сгорания происходит нагнетание новой порции топливовоздушной смеси и цикл повторяется. Описанные процессы четырехтактного цикла двигателей внутреннего сгорания повторяются во всех шести камерах 9 всасывания-сжатия и шести камерах 11 сгорания лопастных роторов 2 и 3. Таким образом, на один оборот вала 4 приходится шесть рабочих тактов двигателя, что обеспечивает высокий крутящий момент двигателя и высокую удельную мощность.
Для роторных двигателей внутреннего сгорания существует две взаимосвязанных проблемы. Это уплотнение в зоне контакта ротора и статора и трение в этой зоне. Увеличение силы прижатия уплотнения ведет к уменьшению перетечек газов в полостях ротора, но в то же время приводит к возрастанию силы трения и износу уплотняющих элементов. В предлагаемой конструкции это противоречие разрешается введением свободно вращающихся обойм 7 и 8, а также введением шарнирных уплотнений 6. Уменьшение силы трения является следствием уменьшения относительной скорости движения шарнирного уплотнения 6 по поверхности свободно вращающейся обоймы 7 по сравнению с ситуацией, когда шарнирное уплотнение 6 двигалось бы по неподвижной внутренней цилиндрической поверхности статорного блока 1. При полностью вдвинутой в ротор 2 лопасти 5 с шарнирным уплотнением 6 линейная скорость уплотнения 6 определяется как произведение угловой скорости ротора 
на величину радиуса r, а при полностью выдвинутой лопасти с шарнирным уплотнением 6 его линейная скорость определяется как произведение *R (Фиг.2). Поскольку шарнирные уплотнения 6 контактируют со свободно вращающейся обоймой 7, она имеет возможность перемещаться относительно шарнирных уплотнений с разностной скоростью *(R-r) или *
, где - эксцентриситет ротора. Очевидно, что разностная скорость меньше максимальной и минимальной почти на порядок, а поскольку сила трения пропорциональна квадрату скорости, то в результате сила трения уменьшается на два порядка.
Шарнирные уплотнения 6 имеют возможность поворачиваться в пазах лопастей 5, что позволяет сделать поверхность контакта уплотнения с кривизной, равной кривизне внутренней цилиндрической поверхности свободно вращающейся обоймы 7. Аналогичные процессы происходят и в секции сгорания-выхлопа, где шарнирные уплотнения 6 второго ротора 3 контактируют со свободно вращающейся обоймой 8. В результате область уплотнений камер 9 всасывания-сжатия и камер 11 сгорания имеет вид площадки, а не линии, как в двигателях аналоге и прототипе и в известном двигателе Ванкеля.
Таким образом, предлагаемое техническое решение роторного двигателя внутреннего сгорания позволяет осуществить конструкцию двигателя с минимально необходимым количеством элементов, в нем отсутствует клапанная система с механизмом управления и механизм принудительного управления положением заслонок, а введение свободно вращающихся обойм и шарнирных уплотнений с уплотняющими элементами позволяет снизить трение в уплотнениях и повысить их эффективность. Уменьшение трения и повышение эффективности уплотнений ведет к повышению КПД, удельной мощности и ресурса двигателя.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора, минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, отличающийся тем, что в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок с двумя цилиндрическими полостями. В полостях размещены первый и второй роторы. Роторы установлены в полостях статора с эксцентриситетом и соединены общим валом. В радиальных пазах роторов установлены лопасти. В цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы. Смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия. Смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания. Камера всасывания-сжатия первого ротора соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора. На концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения. Контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну. Контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну. Изобретение направлено на повышение удельной мощности, КПД и надежности двигателя. 2 ил.
Устройство относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в составе силовой установки авиационного, водного и наземного транспорта.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство №1665052 F02B 53/02, Бюл. №27, 1991 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные машины, каждая из которых имеет корпус с газораспределительными каналами, цилиндрической полостью и выемкой на ее поверхности, рабочий вал и установленный на валу ротор с рычагами-поршнями, шарнирно связанными между собой ротором и неподвижной осью, закрепленной в корпусе, причем ротор каждой машины размещен в полости корпуса эксцентрично с возможностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, а выемки в корпусе обеих машин выполнены с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их роторов, шарнир связи ротора и рычагов-поршней выполнен в виде установленной в роторе втулки с диаметральным отверстием, сопряженным с поршнем-рычагом, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, одну камеру сгорания, выполненную с возможностью периодического сообщения с форсункой и через нагнетательный газораспределительный канал с нагнетательной машиной.
Недостатками известного устройства, препятствующими достижению технического результата, являются конструктивная сложность, обусловленная наличием рычагов-поршней, шарнирной связи с неподвижной осью, сложность изготовления, регулировки и настройки, значительные потери на трение между ротором и рычагами-поршнями, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания (Пат. RU №2260130, 7 F02B 53/08, F01C 1/332, бюл. №26, 2005 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема, основная камера сгорания образована цилиндрической полостью корпуса, наружной поверхностью ротора и качающимися заслонками, в которых смонтированы уплотнительные пластины и шарниры, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами, при этом каждая из камер поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик, смонтированный на рабочем валу, который взаимодействует с роликом, установленным на оси кронштейна, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу крепления качающихся заслонок, при этом регулировка зазоров между шарнирами качающихся заслонок и роторами осуществляется посредством кронштейна, регулировочного винта и рычага, а газораспределительные каналы связаны с всасывающими и выхлопными клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом, кинематически связанным с рабочим валом.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются: роторные - нагнетательная и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема.
Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная необходимостью принудительного управления заслонками и наличием газораспределительного механизма с кулачковым валом, необходимость точной регулировки и настройки качающихся заслонок, а также значительные потери на трение между ротором и качающимися заслонками, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и удельную мощность двигателя.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности уплотнений в камерах двигателя, связанное с уменьшением перетечек газов из смежных камер, при одновременном уменьшении трения в уплотнениях, что в совокупности ведет к повышению удельной мощности, повышению КПД и надежности двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в двухсекционном роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой цилиндрической полости образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй цилиндрической полости образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема роторного двигателя внутреннего сгорания, а на фиг.2 изображена схема угловых скоростей вращающихся деталей двигателя, поясняющая уменьшение трения при введении свободно вращающейся обоймы.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок 1 с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый 2 и второй 3 лопастные роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом 4, в радиальных пазах роторов установлены лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 на концах лопастей, в цилиндрических полостях статора между шарнирными уплотнениями лопастей роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая 7 и вторая 8 свободно вращающиеся обоймы, смежные лопасти с шарнирными уплотнениями первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры 9 всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы 10 всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы 8 образуют камеры 11 сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока 1, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема полостей выполнены, каналы 12 удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, в той части, где, при вращении роторов, происходит увеличение объема камер 11 сгорания, установлены две свечи зажигания 13, камера 9 всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора 2 минимальный объем, соединена перепускным каналом 14 с камерой сгорания 11 второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания 11 еще не достиг минимального объема.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении по часовой стрелке вала 4 от внешнего стартового устройства (стартера) по каналам 10 происходит всасывание топливовоздушной смеси в камеры 9 всасывания-сжатия, так как объем этих камер при вращении первого лопастного ротора 2 увеличивается. Как только последняя по ходу вращения лопасть 5, замыкающая камеру 9, пройдет последний канал 10, в силу эксцентриситета первого лопастного ротора 2, объем камеры 9 начнет уменьшаться, т.е. в камере 9 будет происходить сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении первой по ходу вращения лопасти 5 камеры 9 канала 14 топливовоздушная смесь начнет выдавливаться в камеру 11 сгорания второго лопастного ротора 3, поскольку лопастные роторы 2 и 3 связаны общим валом 4, а по каналу 14 топливовоздушная смесь попадает в камеру 11 сгорания, когда ее объем не достиг еще минимальной величины, то при вращении лопастного ротора 3 в камере 11 сгорания происходит дожатие топливовоздушной смеси, компенсирующее падение давления при соединении камеры 9 всасывания-сжатия с камерой 11 сгорания. При перемещении камеры 11 в зону увеличения ее объема к двум оппозитным свечам 13 зажигания в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, подается импульс высокого напряжения, вызывающий воспламенение топливовоздушной смеси. Высокотемпературные газы, расширяясь в возрастающем объеме камеры 11 сгорания, совершают полезную работу. При дальнейшем вращении лопастного ротора 3 первая по ходу вращения лопасть 5 камеры 11 сгорания достигает каналов 12 удаления выхлопных газов, через которые они вытесняются, так как в этой зоне объем камер 11 сгорания уменьшается. При дальнейшем вращении ротора 3 камера 11 сгорания снова соединяется перепускным каналом 14 с камерой 9 всасывания-сжатия и в камеру 11 сгорания происходит нагнетание новой порции топливовоздушной смеси и цикл повторяется. Описанные процессы четырехтактного цикла двигателей внутреннего сгорания повторяются во всех шести камерах 9 всасывания-сжатия и шести камерах 11 сгорания лопастных роторов 2 и 3. Таким образом, на один оборот вала 4 приходится шесть рабочих тактов двигателя, что обеспечивает высокий крутящий момент двигателя и высокую удельную мощность.
Для роторных двигателей внутреннего сгорания существует две взаимосвязанных проблемы. Это уплотнение в зоне контакта ротора и статора и трение в этой зоне. Увеличение силы прижатия уплотнения ведет к уменьшению перетечек газов в полостях ротора, но в то же время приводит к возрастанию силы трения и износу уплотняющих элементов. В предлагаемой конструкции это противоречие разрешается введением свободно вращающихся обойм 7 и 8, а также введением шарнирных уплотнений 6. Уменьшение силы трения является следствием уменьшения относительной скорости движения шарнирного уплотнения 6 по поверхности свободно вращающейся обоймы 7 по сравнению с ситуацией, когда шарнирное уплотнение 6 двигалось бы по неподвижной внутренней цилиндрической поверхности статорного блока 1. При полностью вдвинутой в ротор 2 лопасти 5 с шарнирным уплотнением 6 линейная скорость уплотнения 6 определяется как произведение угловой скорости ротора ω на величину радиуса r, а при полностью выдвинутой лопасти с шарнирным уплотнением 6 его линейная скорость определяется как произведение ω*R (Фиг.2). Поскольку шарнирные уплотнения 6 контактируют со свободно вращающейся обоймой 7, она имеет возможность перемещаться относительно шарнирных уплотнений с разностной скоростью ω*(R-r) или ω*ε, где ε - эксцентриситет ротора. Очевидно, что разностная скорость меньше максимальной и минимальной почти на порядок, а поскольку сила трения пропорциональна квадрату скорости, то в результате сила трения уменьшается на два порядка.
Шарнирные уплотнения 6 имеют возможность поворачиваться в пазах лопастей 5, что позволяет сделать поверхность контакта уплотнения с кривизной, равной кривизне внутренней цилиндрической поверхности свободно вращающейся обоймы 7. Аналогичные процессы происходят и в секции сгорания-выхлопа, где шарнирные уплотнения 6 второго ротора 3 контактируют со свободно вращающейся обоймой 8. В результате область уплотнений камер 9 всасывания-сжатия и камер 11 сгорания имеет вид площадки, а не линии, как в двигателях аналоге и прототипе и в известном двигателе Ванкеля.
Таким образом, предлагаемое техническое решение роторного двигателя внутреннего сгорания позволяет осуществить конструкцию двигателя с минимально необходимым количеством элементов, в нем отсутствует клапанная система с механизмом управления и механизм принудительного управления положением заслонок, а введение свободно вращающихся обойм и шарнирных уплотнений с уплотняющими элементами позволяет снизить трение в уплотнениях и повысить их эффективность. Уменьшение трения и повышение эффективности уплотнений ведет к повышению КПД, удельной мощности и ресурса двигателя.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора, минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, отличающийся тем, что в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Двухсекционный роторно-поршневой двигатель с планетарным движением встречно вращающихся роторов содержит, по крайней мере, пару роторных секций с общим выходным валом, оппозитно которому установлены роторы - поршни этих секций, корпус статора. Двигатель выполнен в модульном исполнении. Корпус статора выполнен с цилиндрической внутренней поверхностью. Две роторные секции с общим выходным валом сопряжены друг с другом посредством редукторного узла или торсионного вала, имеющих закрепленную консольно шестерню внутреннего зацепления с зубчатым колесом внешнего зацепления соответствующего ротора. Каждый из встречно вращающихся вокруг соответствующей шестерни роторов с двумя выступами выполнен с гипоциклоидной образующей сторон при центральном угле 
45° и соответствующей круговой образующей внутренней поверхности статорной части. Улучшается технологичность изготовления ротора и статора. 2 ил. 
Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Для осуществления в двигателе процесса с воспламенением от сжатия, как известно /Н.С.Ханин, С.Б.Чистозвонов. Автомобильные роторно-поршневые двигатели. М., Машгиз, 1964, 184 с./, степень сжатия необходимо довести по крайней мере до 14. Чтобы повысить степень сжатия в роторно-поршневом двигателе с планетарным движением ротора, дополнительно следует заменить круглый профиль боковых сторон ротора более сложными профилями, которые представляют собой огибающие совокупности положений профиля статора на плоскости, связанной с ротором. Применение ротора с тремя выступами теоретически позволяет получить достаточно высокую степень сжатия (до 15,5). При дальнейшем увеличении числа выступов ротора наибольшая степень сжатия быстро снижается. Уменьшение числа выступов ротора до 2 дает возможность увеличить степень сжатия до 140. В этом случае, однако, увеличивается степень неравномерности вращения вала двигателя, а необходимая для осуществления цикла поршневого двигателя последовательность работы отсеков не может быть обеспечена без применения золотниковых механизмов.
Тем не менее, наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является, по мнению заявителя, роторно-поршневой двигатель /патент РФ №2141044 (кл. F02B 53/08) от 04.07.1997/, содержащий, по крайней мере, пару роторных секций с общим выходным валом, оппозитно которому установлены роторы - поршни в виде трехгранной призмы, при этом с одной стороны внутренней криволинейной поверхности статора в каждой секции выполнены газовые впускное и выпускное окна, которые на внешней поверхности корпуса статора выходят в жестко укрепленные на нем газовые каналы с трубчатыми стенками, причем находящийся в корпусе статора объем рабочей полости двигателя содержит постоянные по объему камеры сгорания и снабжен двумя взаимно перекрещивающимися газовыми перепускными каналами, образующими собой общий для них рекуперативный теплообменник.
Недостаток известного технического решения состоит в технологической сложности выполнения профиля ротора в виде криволинейного треугольника и соответствующего ему эпитрохоидного профилирования внутренней поверхности статора, что следует, в частности, из работы /Дружинский И.А. Методы обработки сложных поверхностей на металлорежущих станках. М. - Л., «Машиностроение», 1965, 600 с./.
Задачей изобретения является улучшение технологичности изготовления ротора и статора роторно-поршневого двигателя высокой степени сжатия.
Указанная задача достигается тем, что двухсекционный роторно-поршневой двигатель с планетарным движением встречно вращающихся роторов, содержащий, по крайней мере, пару роторных секций с общим выходным валом, оппозитно которому установлены роторы - поршни этих секций, корпус статора, согласно изобретению, двигатель выполнен в модульном исполнении, а корпус статора - с цилиндрической внутренней поверхностью, при этом две роторные секции с общим выходным валом сопряжены друг с другом посредством редукторного узла или торсионного вала, имеющих закрепленную консольно шестерню внутреннего зацепления с зубчатым колесом внешнего зацепления соответствующего ротора, а каждый из встречно вращающихся вокруг соответствующей шестерни роторов с двумя выступами выполнен с гипоциклоидной образующей сторон при центральном угле 45° и соответствующей круговой образующей внутренней поверхности статорной части.
Изобретение поясняется фиг.1 и 2.
Принципиальная схема роторно-поршневого двигателя предлагаемой конструкции показана на фиг.1, где 1 - корпус статора с цилиндрической внутренней поверхностью, 2 и 3 - отверстия для впуска горючей смеси и выпуска продуктов сгорания, 4 - ротор с двумя выступами 5 и 6 (уплотнения не показаны), 7 - зубчатое колесо внешнего зацепления ротора 4, 8 - шестерня внутреннего зацепления, закрепленная консольно на выходном валу редукторного узла (поз.9 фиг.2) или торсионном валу.
Принципиальная схема зубчатого зацепления роторно-поршневого двигателя предлагаемой конструкции показана на фиг.2, где 4 и 10 - роторы, 7 и 11 - зубчатые колеса внешнего зацепления роторов, 8 и 12 - шестерни внутреннего зацепления, закрепленные консольно на выходном валу редукторного узла 9 или терсионного вала (не показан), 13 и 14 - эксцентриковые валы соответственно секций I и II.
Работает двухсекционный роторно-поршневой двигатель с планетарным движением встречно вращающихся роторов следующим образом.
При синхронном вращении встречно вращающихся роторов 4 и 10 вокруг соответствующих шестерен 8 и 12, консольно закрепленных на выходном валу редукторного узла 9 или эквивалентного ему торсионного вала (который на фиг. не показан), происходит расчетное удваивание крутящего момента на общем выходном валу двигателя. При этом двигатель работает более равномерно, чем однороторный, в силу предлагаемой схемы синхронизирующих шестерен 8 и 12 и общей модульной компоновки двигателя. При этом каждый из роторов 4 и 10 в предлагаемом техническом решении вращается вокруг своей оси, которая, в свою очередь, синхронно вращается вокруг оси вала соответственно 13 и 14 отбора мощности. Такое движение роторов обеспечивается путем дезаксиального расположения их на эксцентриковых валах и использования пар синхронизирующих шестерен соответственно 7 и 8 и 11 и 12, объединенных посредством, например, редукторного узла 9 или торсионного вала (на фиг. не показан).
При вращении роторов объем отсеков между боковыми сторонами ротора и внутренней рабочей поверхностью статора (см. фиг.1) в каждой из секций непрерывно циклически меняется от максимального значения до минимального синхронно в силу объединения секций посредством, например, редукторного узла 9 или торсионного вала (на фиг. не показан).
Изготовление роторов и статоров для предлагаемой конструкции двухсекционного роторно-поршневого двигателя возможно на широко распространенных станках с ЧПУ с большой степенью точности и с использованием простых программ, что повышает общий уровень технологичности роторно-поршневых двигателей высокой степени сжатия.
Двухсекционный роторно-поршневой двигатель с планетарным движением встречно вращающихся роторов, содержащий, по крайней мере, пару роторных секций с общим выходным валом, оппозитно которому установлены роторы - поршни этих секций, корпус статора, отличающийся тем, что двигатель выполнен в модульном исполнении, а корпус статора - с цилиндрической внутренней поверхностью, при этом две роторные секции с общим выходным валом сопряжены друг с другом посредством редукторного узла или торсионного вала, имеющих закрепленную консольно шестерню внутреннего зацепления с зубчатым колесом внешнего зацепления соответствующего ротора, а каждый из встречно вращающихся вокруг соответствующей шестерни роторов с двумя выступами выполнен с гипоциклоидной образующей сторон при центральном угле 45° и соответствующей круговой образующей внутренней поверхности статорной части.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок с двумя цилиндрическими полостями. В полостях размещены первый и второй роторы. Роторы установлены в полостях статора с эксцентриситетом и соединены общим валом. В радиальных пазах роторов установлены лопасти. В цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы. Смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия. Смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания. Камера всасывания-сжатия первого ротора соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора. На концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения. Контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну. Контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну. Изобретение направлено на повышение удельной мощности, КПД и надежности двигателя. 2 ил.
Устройство относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в составе силовой установки авиационного, водного и наземного транспорта.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство №1665052 F02B 53/02, Бюл. №27, 1991 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные машины, каждая из которых имеет корпус с газораспределительными каналами, цилиндрической полостью и выемкой на ее поверхности, рабочий вал и установленный на валу ротор с рычагами-поршнями, шарнирно связанными между собой ротором и неподвижной осью, закрепленной в корпусе, причем ротор каждой машины размещен в полости корпуса эксцентрично с возможностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, а выемки в корпусе обеих машин выполнены с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их роторов, шарнир связи ротора и рычагов-поршней выполнен в виде установленной в роторе втулки с диаметральным отверстием, сопряженным с поршнем-рычагом, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, одну камеру сгорания, выполненную с возможностью периодического сообщения с форсункой и через нагнетательный газораспределительный канал с нагнетательной машиной.
Недостатками известного устройства, препятствующими достижению технического результата, являются конструктивная сложность, обусловленная наличием рычагов-поршней, шарнирной связи с неподвижной осью, сложность изготовления, регулировки и настройки, значительные потери на трение между ротором и рычагами-поршнями, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания (Пат. RU №2260130, 7 F02B 53/08, F01C 1/332, бюл. №26, 2005 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема, основная камера сгорания образована цилиндрической полостью корпуса, наружной поверхностью ротора и качающимися заслонками, в которых смонтированы уплотнительные пластины и шарниры, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами, при этом каждая из камер поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик, смонтированный на рабочем валу, который взаимодействует с роликом, установленным на оси кронштейна, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу крепления качающихся заслонок, при этом регулировка зазоров между шарнирами качающихся заслонок и роторами осуществляется посредством кронштейна, регулировочного винта и рычага, а газораспределительные каналы связаны с всасывающими и выхлопными клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом, кинематически связанным с рабочим валом.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются: роторные - нагнетательная и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема.
Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная необходимостью принудительного управления заслонками и наличием газораспределительного механизма с кулачковым валом, необходимость точной регулировки и настройки качающихся заслонок, а также значительные потери на трение между ротором и качающимися заслонками, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и удельную мощность двигателя.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности уплотнений в камерах двигателя, связанное с уменьшением перетечек газов из смежных камер, при одновременном уменьшении трения в уплотнениях, что в совокупности ведет к повышению удельной мощности, повышению КПД и надежности двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в двухсекционном роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой цилиндрической полости образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй цилиндрической полости образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема роторного двигателя внутреннего сгорания, а на фиг.2 изображена схема угловых скоростей вращающихся деталей двигателя, поясняющая уменьшение трения при введении свободно вращающейся обоймы.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок 1 с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый 2 и второй 3 лопастные роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом 4, в радиальных пазах роторов установлены лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 на концах лопастей, в цилиндрических полостях статора между шарнирными уплотнениями лопастей роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая 7 и вторая 8 свободно вращающиеся обоймы, смежные лопасти с шарнирными уплотнениями первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры 9 всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы 10 всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы 8 образуют камеры 11 сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока 1, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема полостей выполнены, каналы 12 удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, в той части, где, при вращении роторов, происходит увеличение объема камер 11 сгорания, установлены две свечи зажигания 13, камера 9 всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора 2 минимальный объем, соединена перепускным каналом 14 с камерой сгорания 11 второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания 11 еще не достиг минимального объема.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении по часовой стрелке вала 4 от внешнего стартового устройства (стартера) по каналам 10 происходит всасывание топливовоздушной смеси в камеры 9 всасывания-сжатия, так как объем этих камер при вращении первого лопастного ротора 2 увеличивается. Как только последняя по ходу вращения лопасть 5, замыкающая камеру 9, пройдет последний канал 10, в силу эксцентриситета первого лопастного ротора 2, объем камеры 9 начнет уменьшаться, т.е. в камере 9 будет происходить сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении первой по ходу вращения лопасти 5 камеры 9 канала 14 топливовоздушная смесь начнет выдавливаться в камеру 11 сгорания второго лопастного ротора 3, поскольку лопастные роторы 2 и 3 связаны общим валом 4, а по каналу 14 топливовоздушная смесь попадает в камеру 11 сгорания, когда ее объем не достиг еще минимальной величины, то при вращении лопастного ротора 3 в камере 11 сгорания происходит дожатие топливовоздушной смеси, компенсирующее падение давления при соединении камеры 9 всасывания-сжатия с камерой 11 сгорания. При перемещении камеры 11 в зону увеличения ее объема к двум оппозитным свечам 13 зажигания в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, подается импульс высокого напряжения, вызывающий воспламенение топливовоздушной смеси. Высокотемпературные газы, расширяясь в возрастающем объеме камеры 11 сгорания, совершают полезную работу. При дальнейшем вращении лопастного ротора 3 первая по ходу вращения лопасть 5 камеры 11 сгорания достигает каналов 12 удаления выхлопных газов, через которые они вытесняются, так как в этой зоне объем камер 11 сгорания уменьшается. При дальнейшем вращении ротора 3 камера 11 сгорания снова соединяется перепускным каналом 14 с камерой 9 всасывания-сжатия и в камеру 11 сгорания происходит нагнетание новой порции топливовоздушной смеси и цикл повторяется. Описанные процессы четырехтактного цикла двигателей внутреннего сгорания повторяются во всех шести камерах 9 всасывания-сжатия и шести камерах 11 сгорания лопастных роторов 2 и 3. Таким образом, на один оборот вала 4 приходится шесть рабочих тактов двигателя, что обеспечивает высокий крутящий момент двигателя и высокую удельную мощность.
Для роторных двигателей внутреннего сгорания существует две взаимосвязанных проблемы. Это уплотнение в зоне контакта ротора и статора и трение в этой зоне. Увеличение силы прижатия уплотнения ведет к уменьшению перетечек газов в полостях ротора, но в то же время приводит к возрастанию силы трения и износу уплотняющих элементов. В предлагаемой конструкции это противоречие разрешается введением свободно вращающихся обойм 7 и 8, а также введением шарнирных уплотнений 6. Уменьшение силы трения является следствием уменьшения относительной скорости движения шарнирного уплотнения 6 по поверхности свободно вращающейся обоймы 7 по сравнению с ситуацией, когда шарнирное уплотнение 6 двигалось бы по неподвижной внутренней цилиндрической поверхности статорного блока 1. При полностью вдвинутой в ротор 2 лопасти 5 с шарнирным уплотнением 6 линейная скорость уплотнения 6 определяется как произведение угловой скорости ротора ω на величину радиуса r, а при полностью выдвинутой лопасти с шарнирным уплотнением 6 его линейная скорость определяется как произведение ω*R (Фиг.2). Поскольку шарнирные уплотнения 6 контактируют со свободно вращающейся обоймой 7, она имеет возможность перемещаться относительно шарнирных уплотнений с разностной скоростью ω*(R-r) или ω*ε, где ε - эксцентриситет ротора. Очевидно, что разностная скорость меньше максимальной и минимальной почти на порядок, а поскольку сила трения пропорциональна квадрату скорости, то в результате сила трения уменьшается на два порядка.
Шарнирные уплотнения 6 имеют возможность поворачиваться в пазах лопастей 5, что позволяет сделать поверхность контакта уплотнения с кривизной, равной кривизне внутренней цилиндрической поверхности свободно вращающейся обоймы 7. Аналогичные процессы происходят и в секции сгорания-выхлопа, где шарнирные уплотнения 6 второго ротора 3 контактируют со свободно вращающейся обоймой 8. В результате область уплотнений камер 9 всасывания-сжатия и камер 11 сгорания имеет вид площадки, а не линии, как в двигателях аналоге и прототипе и в известном двигателе Ванкеля.
Таким образом, предлагаемое техническое решение роторного двигателя внутреннего сгорания позволяет осуществить конструкцию двигателя с минимально необходимым количеством элементов, в нем отсутствует клапанная система с механизмом управления и механизм принудительного управления положением заслонок, а введение свободно вращающихся обойм и шарнирных уплотнений с уплотняющими элементами позволяет снизить трение в уплотнениях и повысить их эффективность. Уменьшение трения и повышение эффективности уплотнений ведет к повышению КПД, удельной мощности и ресурса двигателя.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора, минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, отличающийся тем, что в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
bankpatentov.ru
Устройство относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в составе силовой установки авиационного, водного и наземного транспорта.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (авторское свидетельство №1665052 F02B 53/02, Бюл. №27, 1991 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные машины, каждая из которых имеет корпус с газораспределительными каналами, цилиндрической полостью и выемкой на ее поверхности, рабочий вал и установленный на валу ротор с рычагами-поршнями, шарнирно связанными между собой ротором и неподвижной осью, закрепленной в корпусе, причем ротор каждой машины размещен в полости корпуса эксцентрично с возможностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, а выемки в корпусе обеих машин выполнены с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их роторов, шарнир связи ротора и рычагов-поршней выполнен в виде установленной в роторе втулки с диаметральным отверстием, сопряженным с поршнем-рычагом, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, одну камеру сгорания, выполненную с возможностью периодического сообщения с форсункой и через нагнетательный газораспределительный канал с нагнетательной машиной.
Недостатками известного устройства, препятствующими достижению технического результата, являются конструктивная сложность, обусловленная наличием рычагов-поршней, шарнирной связи с неподвижной осью, сложность изготовления, регулировки и настройки, значительные потери на трение между ротором и рычагами-поршнями, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания (Пат. RU №2260130, 7 F02B 53/08, F01C 1/332, бюл. №26, 2005 г.), содержащий роторные - нагнетательную и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема, основная камера сгорания образована цилиндрической полостью корпуса, наружной поверхностью ротора и качающимися заслонками, в которых смонтированы уплотнительные пластины и шарниры, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами, при этом каждая из камер поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик, смонтированный на рабочем валу, который взаимодействует с роликом, установленным на оси кронштейна, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу крепления качающихся заслонок, при этом регулировка зазоров между шарнирами качающихся заслонок и роторами осуществляется посредством кронштейна, регулировочного винта и рычага, а газораспределительные каналы связаны с всасывающими и выхлопными клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом, кинематически связанным с рабочим валом.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются: роторные - нагнетательная и расширительные секции с газораспределительными каналами и цилиндрическими полостями, рабочий вал и установленные на валу цилиндрические роторы, причем роторы размещены в полостях секций эксцентрично с образованием основных рабочих камер сгорания переменного объема.
Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная необходимостью принудительного управления заслонками и наличием газораспределительного механизма с кулачковым валом, необходимость точной регулировки и настройки качающихся заслонок, а также значительные потери на трение между ротором и качающимися заслонками, что снижает коэффициент полезного действия, надежность и удельную мощность двигателя.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности уплотнений в камерах двигателя, связанное с уменьшением перетечек газов из смежных камер, при одновременном уменьшении трения в уплотнениях, что в совокупности ведет к повышению удельной мощности, повышению КПД и надежности двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в двухсекционном роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой цилиндрической полости образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй цилиндрической полости образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема роторного двигателя внутреннего сгорания, а на фиг.2 изображена схема угловых скоростей вращающихся деталей двигателя, поясняющая уменьшение трения при введении свободно вращающейся обоймы.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок 1 с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый 2 и второй 3 лопастные роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом 4, в радиальных пазах роторов установлены лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 на концах лопастей, в цилиндрических полостях статора между шарнирными уплотнениями лопастей роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая 7 и вторая 8 свободно вращающиеся обоймы, смежные лопасти с шарнирными уплотнениями первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры 9 всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращения роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы 10 всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти 5 с шарнирными уплотнениями 6 второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы 8 образуют камеры 11 сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока 1, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема полостей выполнены, каналы 12 удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, в той части, где, при вращении роторов, происходит увеличение объема камер 11 сгорания, установлены две свечи зажигания 13, камера 9 всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора 2 минимальный объем, соединена перепускным каналом 14 с камерой сгорания 11 второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания 11 еще не достиг минимального объема.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении по часовой стрелке вала 4 от внешнего стартового устройства (стартера) по каналам 10 происходит всасывание топливовоздушной смеси в камеры 9 всасывания-сжатия, так как объем этих камер при вращении первого лопастного ротора 2 увеличивается. Как только последняя по ходу вращения лопасть 5, замыкающая камеру 9, пройдет последний канал 10, в силу эксцентриситета первого лопастного ротора 2, объем камеры 9 начнет уменьшаться, т.е. в камере 9 будет происходить сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении первой по ходу вращения лопасти 5 камеры 9 канала 14 топливовоздушная смесь начнет выдавливаться в камеру 11 сгорания второго лопастного ротора 3, поскольку лопастные роторы 2 и 3 связаны общим валом 4, а по каналу 14 топливовоздушная смесь попадает в камеру 11 сгорания, когда ее объем не достиг еще минимальной величины, то при вращении лопастного ротора 3 в камере 11 сгорания происходит дожатие топливовоздушной смеси, компенсирующее падение давления при соединении камеры 9 всасывания-сжатия с камерой 11 сгорания. При перемещении камеры 11 в зону увеличения ее объема к двум оппозитным свечам 13 зажигания в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора 3, подается импульс высокого напряжения, вызывающий воспламенение топливовоздушной смеси. Высокотемпературные газы, расширяясь в возрастающем объеме камеры 11 сгорания, совершают полезную работу. При дальнейшем вращении лопастного ротора 3 первая по ходу вращения лопасть 5 камеры 11 сгорания достигает каналов 12 удаления выхлопных газов, через которые они вытесняются, так как в этой зоне объем камер 11 сгорания уменьшается. При дальнейшем вращении ротора 3 камера 11 сгорания снова соединяется перепускным каналом 14 с камерой 9 всасывания-сжатия и в камеру 11 сгорания происходит нагнетание новой порции топливовоздушной смеси и цикл повторяется. Описанные процессы четырехтактного цикла двигателей внутреннего сгорания повторяются во всех шести камерах 9 всасывания-сжатия и шести камерах 11 сгорания лопастных роторов 2 и 3. Таким образом, на один оборот вала 4 приходится шесть рабочих тактов двигателя, что обеспечивает высокий крутящий момент двигателя и высокую удельную мощность.
Для роторных двигателей внутреннего сгорания существует две взаимосвязанных проблемы. Это уплотнение в зоне контакта ротора и статора и трение в этой зоне. Увеличение силы прижатия уплотнения ведет к уменьшению перетечек газов в полостях ротора, но в то же время приводит к возрастанию силы трения и износу уплотняющих элементов. В предлагаемой конструкции это противоречие разрешается введением свободно вращающихся обойм 7 и 8, а также введением шарнирных уплотнений 6. Уменьшение силы трения является следствием уменьшения относительной скорости движения шарнирного уплотнения 6 по поверхности свободно вращающейся обоймы 7 по сравнению с ситуацией, когда шарнирное уплотнение 6 двигалось бы по неподвижной внутренней цилиндрической поверхности статорного блока 1. При полностью вдвинутой в ротор 2 лопасти 5 с шарнирным уплотнением 6 линейная скорость уплотнения 6 определяется как произведение угловой скорости ротора ω на величину радиуса r, а при полностью выдвинутой лопасти с шарнирным уплотнением 6 его линейная скорость определяется как произведение ω*R (Фиг.2). Поскольку шарнирные уплотнения 6 контактируют со свободно вращающейся обоймой 7, она имеет возможность перемещаться относительно шарнирных уплотнений с разностной скоростью ω*(R-r) или ω*ε, где ε - эксцентриситет ротора. Очевидно, что разностная скорость меньше максимальной и минимальной почти на порядок, а поскольку сила трения пропорциональна квадрату скорости, то в результате сила трения уменьшается на два порядка.
Шарнирные уплотнения 6 имеют возможность поворачиваться в пазах лопастей 5, что позволяет сделать поверхность контакта уплотнения с кривизной, равной кривизне внутренней цилиндрической поверхности свободно вращающейся обоймы 7. Аналогичные процессы происходят и в секции сгорания-выхлопа, где шарнирные уплотнения 6 второго ротора 3 контактируют со свободно вращающейся обоймой 8. В результате область уплотнений камер 9 всасывания-сжатия и камер 11 сгорания имеет вид площадки, а не линии, как в двигателях аналоге и прототипе и в известном двигателе Ванкеля.
Таким образом, предлагаемое техническое решение роторного двигателя внутреннего сгорания позволяет осуществить конструкцию двигателя с минимально необходимым количеством элементов, в нем отсутствует клапанная система с механизмом управления и механизм принудительного управления положением заслонок, а введение свободно вращающихся обойм и шарнирных уплотнений с уплотняющими элементами позволяет снизить трение в уплотнениях и повысить их эффективность. Уменьшение трения и повышение эффективности уплотнений ведет к повышению КПД, удельной мощности и ресурса двигателя.
Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статорный блок с двумя цилиндрическими полостями, в которых размещены первый и второй роторы, установленные в полостях статора с эксцентриситетом, роторы соединены общим валом, в радиальных пазах роторов установлены лопасти, смежные лопасти первого ротора, внешняя поверхность первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы образуют камеры всасывания-сжатия, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении первого ротора происходит увеличение объема камер всасывания-сжатия, выполнены каналы всасывания топливовоздушной смеси, смежные лопасти второго ротора, внешняя поверхность второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы образуют камеры сгорания, объем которых меняется при вращении роторов вокруг оси, в боковой стенке статорного блока, в той ее части, где при вращении второго ротора происходит уменьшение объема камер сгорания, выполнены каналы удаления выхлопных газов, в боковых стенках статора, ограничивающих полость второго ротора, в той части, где при вращении роторов происходит увеличение объема камер сгорания, установлены свечи зажигания, камера всасывания-сжатия первого ротора, имеющая при вращения первого ротора, минимальный объем, соединена перепускным каналом с камерой сгорания второго ротора, в той части, где при вращении роторов объем камеры сгорания еще не достиг минимального объема, отличающийся тем, что в цилиндрических полостях статора между лопастями первого и второго роторов и внутренней цилиндрической поверхностью полостей статора установлены первая и вторая свободно вращающиеся обоймы, а на концах лопастей первого и второго роторов установлены шарнирные уплотнения, причем контактирующая часть шарнирных уплотнений первого ротора и внутренняя поверхность первой свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну, аналогично контактирующая часть шарнирных уплотнений второго ротора и внутренняя поверхность второй свободно вращающейся обоймы имеют равную кривизну.
edrid.ru
