Роторный двигатель
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к приводным двигателям, использующим в качестве рабочего тела пар или сжатый воздух. Изобретение позволяет упростить конструкцию элементов двигателя, повысить эффективность его работы, а также улучшить его экологические характеристики. Роторный двигатель содержит по меньшей мере, две секции, профилированные роторы которых установлены на одной оси с угловым смещением один относительно другого. В полости корпуса каждой секции размещены разделительная заслонка и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, контактирующие с рабочей поверхностью ротора. Ротор имеет рабочую камеру, выполненную в виде углубления на его рабочей поверхности с образованием боковых стенок, ограничивающих длину углубления вдоль оси ротора. Двигатель снабжен выходными каналами, выполненными в корпусе и расположенными перед уплотнительными элементами по ходу вращения ротора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области энергетического и транспортного машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания и к приводным двигателям, использующим в качестве рабочего тела пар или сжатый воздух.
Известен роторный двигатель, содержащий корпус, в расточке которого установлен профилированный по окружности ротор, снабженный, по меньшей мере, одним уступом, плавно переходящим в диаметр, выполненный по спирали Архимеда, разделительную заслонку, отделяющую рабочую камеру от нерабочей и размещенную между элементами для подвода рабочего тела и отвода отработавшего рабочего тела (см. RU 2116475 С1, МПК F 02 В 53/00, опубл. 27.07.1998).
Известен роторный двигатель, содержащий корпус, элементы подвода рабочего тела, выполненные в виде каналов на разделительной заслонке, соединенной с поршнем, профилированный ротор, по крайней мере, с одним уступом, стакан, в котором происходит сжатие подаваемого в него рабочего тела при помощи поршня, и содержащий отверстия для подачи рабочего тела в камеру сжатия, вывода отработавшего рабочего тела и отверстие для подачи сжатого рабочего тела через канал в заслонке из аналогичной роторной секции в рабочую камеру, образовываемую заслонкой и уступом ротора. Работают одновременно две или несколько роторных секций, установленных на одной оси, роторы которых смещены по окружности относительно другого на определенный угол, а также предусмотрены уплотнительные элементы, встроенные в корпус для обеспечения жесткости пары “ротор-корпус” (см. RU 2175397 С2, МПК F 02 В 53/00, опубл. 20.06.2001).
Недостатками известных двигателей являются несовершенство конструкции рабочей камеры, при которой заслонка, соскальзывая с уступа ротора, производит удар по его поверхности, а также повышенная шумность работы из-за централизованного вывода отработавшего рабочего тела в атмосферу.
Задача предлагаемого изобретения заключается в упрощении конструкции элементов двигателя, повышении эффективности его работы, а также в улучшении его экологических характеристик и уменьшении шумности работы.
Поставленная задача достигается тем, что в роторном двигателе, содержащем, по меньшей мере, две секции, профилированные роторы которых установлены на одной оси с угловым смещением один относительно другого, а в полости корпуса каждой секции размещены разделительная заслонка и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, контактирующие с рабочей поверхностью ротора, согласно изобретению ротор имеет рабочую камеру, выполненную в виде углубления на его рабочей поверхности с образованием боковых стенок, ограничивающих длину углубления вдоль оси ротора, двигатель снабжен выходными каналами, выполненными в корпусе и расположенными перед уплотнительными элементами по ходу вращения ротора.
Поставленная задача решается также тем, что ротор может быть выполнен цилиндрическим и установлен с эксцентриситетом относительно оси цилиндрической полости корпуса.
Поставленная задача решается также тем, что он может быть снабжен выхлопным клапаном, встроенным в корпус и выполненным с возможностью его закрытия под действием давления отработавшего рабочего тела.
Поставленная задача решается также тем, что выхлопной клапан может быть выполнен с возможностью, при своем закрытии, одновременного открытия запорного органа, обеспечивающего дозированную подачу рабочего тела в рабочую камеру.
На фиг.1 изображен поперечный разрез одной секции двигателя.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Секция описываемого двигателя содержит пустотелый корпус 1 с впрессованной в него гильзой 2, в котором установлен профилированный ротор 3. Разделительная заслонка 4 и уплотнительные элементы 5 размещены в полости корпуса 1 и контактируют с рабочей поверхностью 6 ротора 3, который имеет рабочую камеру 7, выполненную в виде углубления любой формы на его рабочей поверхности 6 с образованием боковых стенок 8, ограничивающих длину углубления камеры 7 вдоль оси ротора 3. Разделительная заслонка 4 отделяет рабочую камеру 7 от нерабочей части 9 секции.
Ротор 3 выполнен цилиндрическим и установлен с эксцентриситетом относительно оси цилиндрической полости корпуса 1.
Секция двигателя снабжена выхлопным клапаном 10, встроенным в корпус 1 и выполненным с возможностью его закрытия под действием пружины (не показана) или давления отработавшего рабочего тела и закрывающим выхлопной канал 24. При этом клапан 10 размещен в выполненном в корпусе 1 кармане 11 и выполнен в виде флажковой заслонки, плотно прилегающей к днищу кармана 11.
Выхлопной клапан 10 может быть выполнен с возможностью, при своем закрытии, одновременного открытия запорного органа 12 запорно-регулирующего механизма, обеспечивающего дозированную подачу рабочего тела в рабочую камеру 7. При этом клапан 10 взаимодействует со штоком 13 запорного органа 12, осуществляющего дозированную подачу рабочего тела под давлением по топливопроводу 14 через форсунку 15 и жиклер 16 в рабочую камеру 7. Разделительная заслонка 4 перемещается вместе с соединенным с ней при помощи кронштейна 17 штоком 13, при этом опускается заслонка 4 до соприкосновения с рабочей поверхностью 6 ротора 3 под действием пружины 18 сжатия, установленной в стакане 19, который крепится к корпусу 1. Так как шток 13 работает совместно с разделительной заслонкой 4, то это позволяет двигателю работать в автоматическом режиме определенное время за счет первичной энергии в рабочей камере 7.
Роторы 3 каждой секции установлены на общем валу 20 со шпонками 21 и смещены один относительно другого на определенный угол.
В корпусе 1 выполнены выходные каналы 22, расположенные перед уплотнительными элементами 5 по ходу вращения ротора 3. Уплотнительные элементы 5, встроенные в корпус 1, в автоматическом режиме выполняют роль разделительной заслонки 4 и обеспечивают порционный выхлоп из рабочей камеры 7 и свободный выход из нерабочей части 9 секции. При этом уплотнительные элементы 5 представляют собой пластины, подпружиненные относительно корпуса 1 для плотного прилегания к рабочей поверхности 6 ротора 3 только в местах максимального его приближения к окружности корпуса 1.
Если заявленный двигатель используется в качестве двигателя внутреннего сгорания (ДВС), то в корпусе 1 устанавливается свеча зажигания 23.
Описываемый двигатель работает следующим образом. Подача рабочего тела в двигатель, воспламенение и его запуск осуществляются известными способами. От известных устройств происходит подача рабочего тела через запорный орган 12 запорно-регулирующего механизма по топливопроводу 14 через форсунку 15 и жиклер 16 в рабочую камеру 7. В данный момент разделительная заслонка 4 под действием пружины 18 контактирует с рабочей поверхностью 6 ротора 3. Так как ротор 3 установлен с эксцентриситетом относительно оси корпуса 1, то образуется камера нерабочей части 9 и рабочее тело под давлением закрывает выхлопной клапан 10, который штоком 13 закрывает в запорном органе 12 подачу рабочего тела. Шток 13 кронштейном 17 поднимает разделительную заслонку 4, преодолевая действие пружины 18. После этого функции разделительной заслонки 4 выполняют уплотнительные элементы 5.
Выхлопной клапан 10 опускается, шток 13 запорно-регулирующего механизма опускается, открывая канал для подачи рабочего тела. Разделительная заслонка 4 под действием пружины 18 входит в контакт с рабочей поверхностью 6 ротора 3, образуя полость с рабочей камерой 7. Происходит работа двигателя в автоматическом режиме.
Для обеспечения механического режима работы двигателя (в случае увеличения мощности) в двигателе предусмотрена система рычагов, тяг и пружин (на чертежах не показаны), связанных со штоком 13 запорно-регулирующего механизма.
Для уменьшения избыточного давления рабочего тела в рабочей части камеры и удаления отработавшего рабочего тела в нерабочей части пластины имеются известные системы отверстий, углублений, каналов и клапанов, непосредственно не сообщающихся с углублением ротора 3 в рабочей части камеры, т.к. находятся в частях уплотнительной пластины, скользящих по поверхности ротора за боковыми стенками углубления в роторе, или выполнены непосредственно в различных частях корпуса. Такая система позволяет осуществлять порционный выход рабочего тела в заданном режиме из рабочей камеры и свободной - из нерабочей.
Так как рабочая камера 7 выполнена в виде углубления, то разделительная заслонка 4, выполненная по ширине ротора 3, плавно скользит по рабочей поверхности 6 ротора 3 и не ударяет по ней. Конфигурация ротора 3 при этом максимально приближена к форме окружности. Обеспечение порционного выхода отработавшего рабочего тела в атмосферу из рабочей камеры 7 и свободный его выход из нерабочей части 9 через выходные каналы 22 значительно улучшают экологические характеристики двигателя за счет более полного сгорания рабочего тела и уменьшают шумность его работы.
1. Роторный двигатель, содержащий, по меньшей мере, две секции, профилированные роторы которых установлены на одной оси с угловым смещением один относительно другого, в полости корпуса каждой секции размещены разделительная заслонка и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, контактирующие с рабочей поверхностью ротора, отличающийся тем, что ротор имеет рабочую камеру, выполненную в виде углубления на его рабочей поверхности с образованием боковых стенок, ограничивающих длину углубления вдоль оси ротора, а двигатель снабжен выходными каналами, выполненными в корпусе и расположенными перед уплотнительными элементами по ходу вращения ротора.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен цилиндрическим и установлен с эксцентриситетом относительно оси цилиндрической полости корпуса.
3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен выхлопным клапаном, встроенным в корпус и выполненным с возможностью его закрытия под действием давления отработавшего рабочего тела.
4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что выхлопной клапан выполнен с возможностью при своем закрытии одновременного открытия запорного органа, обеспечивающего дозированную подачу рабочего тела в рабочую камеру.
