Роторно-поршневой двигатель

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к транспортным двигателям, и может быть использовано на транспорте и спортивных средствах передвижения. Целью изобретения является повышение мощности и экономичности роторно - поршневых двигателей с одновременным уменьшением габаритов и массы и получение возможности изготовления многокамерных роторно - поршневых двигателей с высокой уравновешенностью системы, экологически чистых. Роторно - поршневой двигатель состоит из цилиндрического вала 1 с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами 2 и 3 разного диаметра с продольными Т-образными пластинами 5 с возможностью передвижения вдоль оси вала, прижимаемыми пружинами 6 к внутренним вогнуто - выпуклым поверхностям крышек статоров 7 и 8 с обеих сторон роторов 2 и 3. Кроме того, на валу 1 закреплен диск с углублением по окружности. В двигателе используются: отработавшие газы, парогазовая смесь, ударные волны, порожденные пульсациями давления, для получения дополнительной работы. 3 з. п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к транспортным двигателям, и может быть использовано на транспорте и спортивных средствах передвижения.

Известен двигатель "ЯМАЗ-238 НБ", содержащий картер, цилиндры, поршни, коленчатый вал и шатуны [1] .

Недостатком двигателя является наличие коленчатого вала и шатунов, вследствие чего вал расположен под углом 90^о к цилиндрам, а это создает неудобство компановки, сложную конструкцию картера, громоздкость.

Известен также роторно-поршневой двигатель, состоящий из корпуса (статора), золотника, роторов-поршней, сидящих на рабочем валу [2] . Сложное планетарное движение ротора-поршня преобразуется во вращательное движение рабочего вала.

Недостатком этого двигателя является сложная конструкция, заключающаяся в том, что на боковой стенке корпуса имеется шестерня с внешним зацеплением, установленная неподвижно, входящая в зацепление с зубчатым колесом, установленным на роторе-поршне, совершающем планетарное движение. Для увеличения числа камер сгорания более трех необходимо строить многосекционные двигатели, при этом резко возрастает вес и габаритная длина конструкции.

Целью изобретения является повышение мощности роторно-поршневых двигателей с одновременным уменьшением габаритов и массы двигателя, улучшение технологичности, получение возможности изготовления многокамерных, роторно-поршневых двигателей с высокой уравновешенностью системы, экономичных, экологически чистых.

Это достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе, содержащем роторы на рабочем валу, установленные в статоре, рабочий вал выполнен цилиндрическим с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами разного диаметра, снабженными двигающимися вдоль оси вала пластинами Т-образной формы, а крышки статоров выполнены вогнуто-выпуклыми с впускными и выпускными каналами. Кроме того, в двигателе между полками Т-образных пластин и полками Т-образных прорезей на роторах установлены ролики в сепараторах; Т-образные пластины снабжены пружинами, установленными с возможностью прижатия пластин к внутренним поверхностям крышек статора, а на валу дополнительно установлен диск с углублением, выполненным по окружности.

Отработавшие газы из ротора малого диаметра по выпускной трубе попадают в камеры ротора большего диаметра, где после их сжатия в камеру впрыскивается форсункой вода, смешиваясь с отработавшими газами, превращается в пар, производит работу и выходит во внутреннюю полость крышки статора, в которой размещен диск с кольцевым углублением.

Ударные волны, пораженные пульсациями давления, воздействуют на углубление на диске и также способствуют вращению рабочего вала.

Из внутренней полости крышки второго цилиндра парогазовая смесь выходит в глушитель.

Роторно-поршневой двгатель в разрезе и отдельно основные детали представлены на фиг. 1-12, а схемы газораспределения на фиг. 13-18, а именно: На фиг. 1 изображен роторно-поршневой двигатель ААП-2; на фиг. 2 - то же, в разрезе; на фиг. 3 - крышки роторов; на фиг. 4 - ротор; на фиг. 5 - крышка ротора; на фиг. 6 - торцовая крышка статора; на фиг. 7 - пластина-поршень; на фиг. 8 - уплотнительные подпружиненные пластины; на фиг. 9 - крышка статора; на фиг. 10 - ролики в сепараторе; на фиг. 11 - диск; на фиг. 12 - детали двигателя; на фиг. 13 - схема всасывания воздуха; на фиг. 14 - сжатие с одновременной подачей топлива; на фиг. 15 - воспламенение рабочей смеси; на фиг. 16 - рабочий ход; на фиг. 17 - выпуск; на фиг. 18 - продувка.

Роторно-поршневой двигатель состоит из цилиндрического рабочего вала 1 с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами 2 и 3 разного диаметра. Каждый ротор имеет продольные Т-образные прорези 4 вдоль оси рабочего вала, в которых размещены Т-образные пластины-поршни 5 с возможностью передвижения вдоль оси рабочего вала, прижимаемые пружинами 6 к внутренним сторонам вогнуто-выпуклой поверхности крышек статора 7 и 8, укрепленных с обеих сторон роторов 2 и 3 в статоре 9. Для уменьшения потерь на трение во время вращения роторов 2 и 3 между полками Т-образных продольных прорезей 4 и полками Т-образных пластин-поршней 5 уложены в сепараторах ролики 10. По наружной стороне и с торцов, прижимающихся к вогнуто-выпуклым поверхностям крышек статора 7 и 8, пластины-поршни 5 имеют прорези 11 для размещения в них подпружиненных уплотнительных пластин 12. Рабочий вал 1 с роторами 2 и 3 покоится на четырех подшипниках качения 13, размещенных в крышках 7 и 8. Крышки корпуса (статора) 7 и 8 имеют впускные каналы 14, выпускные каналы 15, отверстия для закрепления в них средств подачи топлива 16, отверстия для свечей зажигания 17. Во внутренней полости 19 наружной торцовой крышки 8 ротора 3 имеется второе выхлопное отверстие 20. Во внутренней полости 21 выполнена переборка 22 с отверстием 23 в переборке, разделяющей полости 19 и 21.

На рабочем валу 1 жестко закреплен диск 24 с углублением 25 по окружности. В корпусе 9 имеется отверстие для форсунки подачи воды 18.

Газораспределение в двигателе осуществляется роторами-поршнями 2 и 3. Охлаждение и смазка роторов 2 и 3 и пластин-поршней 5 осуществляется маслом, прокачиваемым под давлением через осевое отверстие рабочего вала 1. Роторы-поршни 2 и 3 разделяют внутренние полости между торцами роторов и вогнуто-выпуклыми поверхностями крышки 7 и 8 статора 9 в данном случае на восемь объемов с каждого торца Т-образными пластинами-поршнями 5, которые при вращении роторов перемещаются, причем в каждом из них происходят рабочие процессы цикла.

Торцы роторов 2 и 3 закрыты крышками 26 с прямоугольными прорезями 27 и камерами сгорания 28 на крышках ротора 2 и окислительными камерами 29 на крышках ротора 3.

Когда ротор-поршень 2 займет положение I (см. фиг. 13), в объеме происходит всасывание рабочей смеси; при дальнейшем вращении ротора-поршня 2 в этом же объеме происходит сжатие рабочей смеси и подготовка к ее сгоранию (см. фиг. 14). Повернувшись на определенный угол, ротор-поршень 2 займет положение (см. фиг. 15), при котором рабочая смесь, продолжая сжиматься, входит в зону действия свечи. Из-за так называемого периода запаздывания воcпламенение рабочей смеси произойдет за время передвижения ротора-поршня 2 на некоторый угол поворота рабочего вала 1. Далее происходит рабочий ход (см. фиг. 16), выпуск (см. фиг. 17) и перекрытие (продувка) (см. фиг. 18). Такие же процессы в той же последовательности имеют место и в других объемах с обеих торцов роторов 2 и 3, ограниченных пластинами-поршнями 5.

Крышки 7 ротора 2 и крышки 8 ротора 3 развернуты на 180^о, так, что, когда с одного торца ротора происходит сжатие рабочей смеси, то с другого в это же время - рабочий ход.

Ротор-поршень 3 работает аналогично ротору-поршню 2 со сдвигом по фазе, когда в роторе-поршне 2 происходит выпуск отработанных газов, в роторе-поршне 3 начинается процесс всасывания, таким образом из выпускных каналов 15 по трубопроводу отработавшие газы через впускные каналы 14, всасываются ротором-поршнем 3, сжимаются, температура их повышается, в сжатые отработавшие газы впрыскивается форсункой вода, превращаясь в пар, смешивается с отработавшими газами, производит работу и отработавшая парогазовая смесь через канал 15 попадает во внутреннюю полость 19 крышки 8 и через выхлопное отверстие 20 - в глушитель.

Выпускные отверстия 15 направлены под углом в сторону с вращения рабочего вала 1 в полость 21. В перегородке 22, разделяющей внутреннюю полость 21 с полостью 19, имеется отверстие 23. Во внутренней полости 21 на рабочем валу 1 закреплен диск (маховик) 24 с углублением 25 по окружности. Ударные волны, пораженные пульсациями давления, воздействуют на углубление 25 на диске 24 и способствуют вращению рабочего вала 1.

Таким образом, за полный оборот рабочего вала по своему действию данный роторно-поршневой двигатель, аналогичен 32-цилиндровому двухтактному двигателю. За полный цикл происходит 32 рабочих хода.

Двигатель прост в изготовлении, может быть изготовлен при помощи токарного, фрезерного, шлифовального станков. В основном предназначен для автомобильного транспорта. Может быть использован на морском и речном транспорте.

Основные отличия двигателя от обычных поршневых двигателей заключаются в отсутствии кривошипно-шатунного механизма, создающего большие инерционные силы при высоких оборотах вала двигателя.

Кроме того, система имеет уравновешенность более высокую, чем двигатель "О. С. Макс-НСУ (Ванкель), что ведет к максимальному уменьшению вибраций и шума, возникающих при работе двигателя.

Двигатель экономичен, так как работа второго ротора-поршня 3 происходит на парогазовой смеси, экологически чист. (56) 1. Г. П. Лызо и В. А. Ломовский. Тракторы, автомобили, двигатели. М. : Высшая школа, 1968, с. 222.

2. В. П. Зуев и др. Модельные двигатели. М. : Просвещение, 1973, с. 97-100.

Формула изобретения

1. РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий роторы на рабочем валу, установленные в статоре, отличающийся тем, что вал выполнен цилиндрическим с жестко закрепленными на нем двумя цилиндрическими роторами разного диаметра, снабженными двигающимися вдоль оси вала пластинами Т-образной формы, размещенными в Т-образных прорезях, а крышки статоров выполнены выгнуто-выпуклыми с впускными и выпускными каналами.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между полками Т-образных пластин и полками Т-образных прорезей на роторах установлены ролики в сепараторах.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что Т-образные пластины снабжены пружинами, установленными с возможностью прижатия пластин к внутреннем поверхностям крышек статора.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на валу дополнительно установлен диск с углублением, выполненным по окружности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18