Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторно-лопастных двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что роторно-лопастной двигатель содержит корпус, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания. Согласно изобретению, на корпусе установлены два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала, и два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, а на ступицах роторов имеются муфты для связи роторов с выходным валом при определенных положениях лопастей относительно корпуса. Упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, могут быть выполнены с возможностью их отвода давлением газов, образованных при сгорании топлива и поступающих из камеры сгорания. 5 з.п.ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в двигателестроении транспортных средств.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (объемная машина, см. патент RU 2016241, МКИ F 04 C 2/00), содержащий корпус, две пары лопастей, которые кинематически связаны с выходным валом посредством механизмов качания лопастей шестеренчатого типа с сателлитными валами и балансировочными грузами.

Недостатком такой схемы является наличие больших инерционных нагрузок на весь механизм двигателя и сложность его конструкции, что приводит к большому износу узлов.

В качестве прототипа выбран роторно-лопастный двигатель внутреннего сгорания (патент US 5400754, F 02 B 53/00), содержащий корпус с всасывающим и выхлопным отверстиями, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, связанных с выходным валом посредством храповых механизмов (вместо храповых механизмов могут быть использованы обгонные муфты) и образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания. Роторы между собой соединены зубчатыми передачами и второй парой храповиков.

Такая конструкция позволяет снизить инерционные нагрузки на механизм благодаря сбалансированности зубчатой передачи, но имеет низкий кпд, т.к. медленно движущаяся пара лопастей, приводимая валом, вынуждена преодолевать при движении давление расширяющихся газов. Другим недостатком данной конструкции являются остановки двигателя при невозгорании топлива в одном из циклов, либо при недоведении пар лопастей в исходное положение вследствие недостаточного давления расширяющихся газов, что требует многократных стартовых циклов для выхода на рабочий режим.

Задачей заявляемого изобретения является повышение кпд двигателя и его энергосберегающих характеристик.

Указанная задача решается за счет того, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с всасывающим и выхлопным отверстиями, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, связанных с выходным валом посредством храповых механизмов или обгонных муфт и образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания, дополнительно на корпусе установлены два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала, и два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, а на ступицах роторов имеются муфты для связи роторов с выходным валом при определенных положениях лопастей относительно корпуса.

При этом упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, могут быть выполнены с возможностью их отвода давлением газов, образованных при сгорании топлива и поступающих из камеры сгорания, а также могут иметь регулировку усилия их отвода.

Кроме того, упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, могут быть выполнены с возможностью их возвращения в исходное положение давлением газов, образованных при сгорании топлива, после перемещения ограничиваемых упорами роторов.

Упоры, ограничивающие вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, могут быть выполнены с возможностью регулирования их углового местоположения, а муфты - иметь регулировку момента отключения.

Кроме того, роторно-лопастной ДВС может дополнительно содержать маховик, расположенный на выходном валу.

Техническим результатом является повышение кпд двигателя, экономия топлива, в том числе за счет обеспечения полного его сгорания, а также возможность быстрого перевода двигателя на использование топлива с другим октановым числом.

Технический результат достигается тем, что предложенная конструкция двигателя, в котором роторы, имеющие лопасти со ступицами, кинематически связанные с выходным валом храповиками и ограниченные от вращения на момент окончания такта сжатия упорами, позволяет регулировать частоту вращения вала во всем диапазоне путем изменения времени задержки зажигания и использовать при этом в каждом цикле оптимальный в качественном и количественном отношении так называемый свежий заряд (смесь паров бензина и воздуха). Кроме того, при невоспламенении смеси появляется возможность многократно подавать искру и тем самым исключить сброс несгоревшего топлива, а наличие на валу маховика дает возможность накапливать в режиме холостого хода необходимую кинетическую энергию и поддерживать ее с минимальными затратами топлива. Упоры, ограничивающие вращение роторов в направлении движения вала, отводятся давлением газов, поступивших к ним из камеры сгорания, и имеют регуляторы усилия пружин для увеличения времени сгорания смеси и соответственно более полного сгорания топлива, а упоры, ограничивающие обратное вращение роторов, при изменении их углового местоположения, изменяют размеры камеры сгорания и позволяют менять тип топлива.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 представлен продольный разрез двигателя с храповыми механизмами.

На фиг.2 - разрез А-А на момент окончания такта сжатия.

На фиг.3 - разрез В-В.

На фиг.3А - разрез В-В с вариантом обгонной муфты.

На фиг.4А-4Е - поперечные схематичные разрезы для описания этапов работы двигателя.

На фиг.5 - разрез С-С.

На фиг.6 - разрез D-D.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (фиг.1 и фиг.2) содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 отверстиями, два ротора 4 и 5, имеющих по две лопасти 4а, 4в и 5а, 5в, закрепленные на ступицах 4с и 5с, образующих вместе с корпусом камеру сгорания 6, оснащенную устройством зажигания 7, и кинематически связанных с выходным валом 8, на котором размещен маховик 9, посредством двух храповых механизмов 10 и 10', причем на корпусе 1 установлены два регулируемых подвижных упора 11 и 11', ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала при взаимодействии с устройствами ограничения движения роторов 12 и 12', закрепленными на ступицах 4с и 5с, убираемых давлением газов, поступающих из камеры сгорания по каналам 13 и возвращаемых в исходное положение газами, поступающими по каналам 14, и два подвижных, регулируемых по угловому местоположению, упора 15 и 15', препятствующих вращению роторов в направлении, противоположном движению вала 8. Кроме того, двигатель содержит две муфты 16 и 16', соединяющие и отсоединяющие выходной вал 8 с роторами 4 и 5 при определенных углах поворота последних.

Роторно-лопастной ДВС работает следующим образом.

Лопасти роторов 4 и 5, показанные на фиг.1 и фиг.2, создают вместе с корпусом 1 камеру сгорания 6 и зоны расширения, всасывания и сжатия.

Роторы попеременно вращают выходной вал 8, используя установленные на их ступицах храповые механизмы, показанные на фиг.3, либо обгонные муфты (см. фиг. 3А). На схематичном разрезе фиг.4А изображено положение роторов после окончания цикла сжатия. Ротор 4 ограничен упором 11 (см. фиг.5), ротор 5 - упором 15' (см. фиг.6), а между лопастями 4а и 5а находится сжатый свежий заряд, воспламеняемый устройством зажигания 7, причем скорость вращения выходного вала будет определяться временем задержки зажигания, которое при невозгорании заряда может неоднократно повторяться.

Упор 11 отводится давлением газов, поступающих из камеры сгорания по каналу 13, и освобождает ротор 4 (см. фиг.4В), который начинает вращаться, поворачивая выходной вал 8 посредством храпового механизма. Усилие, необходимое для отвода упора 11, регулируется, что позволяет максимально увеличить время сгорания смеси и добиться более полного сгорания топлива. Лопасть 4а открывает канал 14, и упор 11 возвращается в исходное положение (фиг.4С). Отработанные газы предыдущего цикла выводятся через выпускное отверстие 3, а во впускное отверстие 2 поступает свежий заряд, при этом между лопастями 4в и 5а происходит сжатие, а муфта 16 соединяет ротор 4 с выходным валом 8. На фиг. 4D изображено взаиморасположение роторов, при котором давление сжимаемого свежего заряда уравнялось с давлением расширенных газов (P₁=P₂) и выходной вал через муфту 16 начинает вращать ротор 4 и ротор 5. Ротор 5 доходит до упора 11' (фиг.4Е), после чего ротор 4 заканчивает процесс сжатия и фиксируется упором 15, а муфта 16 отключается, и выходной вал 8 вращается по инерции, причем, регулируя угловое положение упора 15(15') и момент отключения муфты 16(16'), можно менять размеры камеры сгорания.

Запуск двигателя производится следующим образом. Раскручивается выходной вал 8, упоры 11 и 11' убираются, и тот ротор, который был ограничен одним из них, вращается до соединения муфтой 16 (либо 16') с валом 8 (механизмы отжима упоров и стартового вращения роторов не показаны). Вал 8 доводит ротор до положения, показанного на фиг.4А, производя такт всасывания, а после повторения цикла в камере сгорания 6 находится сжатый свежий заряд, таким образом, двигатель готов к работе.

Формула изобретения

1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с всасывающим и выхлопным отверстиями, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, связанных с выходным валом посредством храповых механизмов или обгонных муфт и образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания, отличающийся тем, что на корпусе установлены два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала, и два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, а на ступицах роторов имеются муфты для связи роторов с выходным валом при определенных положениях лопастей относительно корпуса.

2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, выполнены с возможностью их отвода давлением газов, образованных при сгорании топлива и поступающих из камеры сгорания.

3. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, имеют регулировку усилия их отвода.

4. Роторно-лопастной двигатель по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, выполнены с возможностью их возвращения в исходное положение давлением газов, образованных при сгорании топлива, после перемещения ограничиваемых упорами роторов.

5. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что упоры, ограничивающие вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, выполнены с возможностью регулирования их углового местоположения, а муфты имеют регулировку момента отключения.

6. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит маховик, расположенный на выходном валу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6