Силовая установка
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к силовым установкам с роторными двигателями внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить КПД, удельную мощность и надежность установки. Силовая установка содержит роторный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель содержит неподвижный корпус, в теле которого выполнено выхлопное окно, в полости образована камера сгорания, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем. Установка содержит утилизатор энергии, который содержит неподвижный корпус, в теле которого выполнены входное и выхлопное окна, а в полости образована камера расширения, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем. Упомянутые камеры сгорания и расширения сообщены между собой и с атмосферой через упомянутые окна. Двигатель снабжен, по меньшей мере, одной дополнительной камерой сгорания, соответственно дополнительным выхлопным окном и отсекателями по паре на каждую камеру сгорания. Установка снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным утилизатором, камера расширения которого сообщена с дополнительной камерой сгорания. Количество отсекателей двигателя превышает количество отсекателей утилизатора. Выходные валы связаны между собой передачей с передаточным числом, равным соотношению указанных отсекателей. Роторы двигателя и утилизатора могут быть установлены на соосных валах. Роторы двигателя и утилизатора могут быть установлены на параллельных валах. Установка может быть снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным двигателем, каждая камера сгорания которого сообщена с камерой расширения одного из упомянутых утилизаторов через дополнительные входные окна последних. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к силовым установкам с роторным двигателем внутреннего сгорания (далее, роторный ДВС).
Известны силовые установки с роторным ДВС, содержащим неподвижный корпус с камерой сгорания, в которой на выходном валу установлен ротор с отсекателем (патент РФ № 2044139, F02D 53/02, 1995 г.).
Недостатком этой установки является низкий КПД и высокий удельный расход топлива из-за неполного использования энергии рабочего тела, поскольку по окончании рабочего цикла, т.е. в момент выброса рабочего тела в атмосферу, еще продолжается его горение и расширение.
Наиболее близкой к предлагаемой является силовая установка, включающая роторный ДВС, содержащий неподвижный корпус с камерой сгорания, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем, и выхлопным окном, которая дополнительно снабжена утилизатором энергии, также содержащим неподвижный корпус с камерой расширения, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем, входным и выходным окнами, причем упомянутые камеры сгорания и расширения сообщены между собой посредством упомянутых окон (пат. РФ № 2146333, F02B 53/00, 2000 г.).
В этой установке, за счет дополнительного использования энергии рабочего тела в утилизаторе, повышен КПД и снижен удельный расход топлива в сравнении с вышеописанным аналогом, однако и она имеет ряд недостатков:
а) недостаточно высокий КПД и удельная мощность, поскольку увеличение мощности обеспечивается только за счет увеличения объема упомянутых рабочих камер, т.е. габаритов и массы установки в целом;
б) недостаточная надежность из-за неравномерного распределения крутящего момента в течение оборота вала ДВС;
в) недостаточная эффективность утилизатора из-за наличия в его рабочем цикле пассивной зоны.
Задачей изобретения является повышение КПД, удельной мощности и надежности установки без значительного увеличения ее стоимости, массы и габаритов.
Технический результат достигается тем, что в силовой установке, включающей роторный ДВС, содержащий неподвижный корпус с камерой сгорания, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем, и выхлопным окном, утилизатор энергии, также содержащий неподвижный корпус с камерой расширения, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем, впускным и выпускным окнами, причем упомянутые камеры сгорания и расширения сообщены между собой через упомянутые окна, в ней новым является то, что ДВС снабжен, по меньшей мере, одной дополнительной камерой сгорания, соответственно дополнительным выхлопным окном и отсекателями, по паре на каждую камеру сгорания, а установка снабжена соответственно, по меньшей мере, одним дополнительным утилизатором, камера расширения которого сообщена с дополнительной камерой сгорания, причем количество отсекателей двигателя превышает количество отсекателей утилизатора, при этом выходные валы связаны между собой передачей с передаточным числом, равным соотношению указанных отсекателей.
При этом роторы двигателя и утилизатора могут быть установлены на соосных валах.
При этом роторы двигателя и утилизатора могут быть установлены на параллельных валах.
При этом установка может быть снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным двигателем, каждая камера сгорания которого сообщена с камерой расширения одного из упомянутых утилизаторов через дополнительное входное окно последнего.
Выполнение ДВС с несколькими камерами сгорания и соответственно наличие в установке нескольких утилизаторов позволяет повысить удельную мощность и КПД установки без значительного увеличения ее массы и габаритов, а также повысить ее надежность за счет равномерного распределения крутящего момента в интервале полного оборота ротора (360°).
Возможность размещения двигателя и утилизаторов как на соосных, так и на параллельных валах расширяет технологические возможности установки, поскольку позволяет монтировать ее в любых заданных пространствах.
Наличие второго двигателя, сообщенного с уже имеющимися утилизаторами, позволяет дополнительно увеличить мощность установки без увеличения количества утилизаторов, т.е. без значительного увеличения ее стоимости и габаритов, а также повысить ее КПД за счет ликвидации пассивного пространства камеры расширения утилизаторов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - показан общий вид установки, вариант с параллельными валами;
на фиг.2 - то же, вариант с соосными валами;
на фиг.3 сечение А-А; фиг.1.
Силовая установка включает, по меньшей мере, один роторный ДВС 1, утилизатор энергии 2, картер 3.
ДВС 1 содержит неподвижный корпус 4, в полости которого на выходном валу 5 установлен ротор 6, частично взаимодействующий с поверхностью корпуса 4 двумя диаметрально расположенными линиями контакта М и N, образуя при этом две изолированные друг от друга камеры сгорания 7 и 8, каждая из которых имеет впускное окно 9 для подачи топлива и сжатого воздуха со свечой зажигания 10 и выхлопное окно 11. На роторе 6 смонтированы подпружиненные отсекатели 12, по два на каждую камеру сгорания 7 и 8.
Два утилизатора энергии 2 (по одному на каждую камеру сгорания 7 и 8) содержат каждый неподвижный корпус 13 с камерой расширения 14, впускным окном 15 и выхлопным окном 16. В камере 14 на выходном валу 17 смонтирован ротор 18 с отсекателями 19, по меньшей мере, одним, в частности (фиг.3) двумя.
В картере 3 размещена зубчатая передача 20, которая кинематически связывает валы 5 17, причем ее передаточное число соответствует соотношению количества отсекателей 12 и 19.
Двигатель 1 и утилизаторы 2 могут монтироваться на соосных валах 5 и 7 (фиг.2) или на параллельных (фиг.1).
Установка может содержать два (и более) двигателя 1 (фиг.1 и 2), смонтированных на одном валу 5, при этом их отсекатели размещены в одной плоскости, а камеры сгорания 21 и 22 дополнительного ДВС (на фиг.3 показаны пунктиром) смещены относительно камер 7 и 8, а их выхлопные окна 23 сообщены с дополнительно выполненными входными окнами 24 утилизаторов.
Установка работает следующим образом.
В камеру сгорания 7 через впускное окно подают топливо и сжатый воздух, продукты их сгорания (рабочее тело), постоянно расширяясь, воздействуют на очередной отсекатель 12, поворачивая ротор 6 на 90° (при четырех отсекателях 12, после чего рабочее тело, продолжая гореть и расширяться, через окна 11 поступает в камеру расширения 14 соответствующего утилизатора, воздействуя на его отсекатель 19 и поворачивая ротор 18 на 180° (при двух отсекателях 19), т.е. за полный оборот ротора 6 ротор 18 делает два полных оборота.
Одновременно тот же процесс происходит в камере 8 и втором утилизаторе.
Разная скорость вращения ротора 6 с отсекателями 12 и ротора 18 с отсекателями 19 обеспечивается зубчатой (или иной) передачей 20, передаточное число которой равно соотношению количества отсекателей 12 и 19.
Поскольку валы 5 и 17 кинематически связаны, крутящий момент, создаваемый в двигателе и утилизаторах, суммируется и передается на общий выходной вал либо от каждого из них подается разным потребителям.
В варианте с двумя ДВС камеры сгорания 21 и 22 второго двигателя автономно сообщены с соответствующим уже имеющимся утилизатором, что позволяет увеличить мощность установки без увеличения количества утилизаторов, увеличив объем его камеры расширения, а также увеличить КПД последних за счет исключения пассивного пространства «а», поскольку в исполнении с одним ДВС в начале каждого цикла пространство от точки М (N) до впускного окна 15 заполняется рабочим телом, что снижает его давление. В варианте с двумя ДВС, во-первых, первое впускное окно 15 максимально приближено к точке «К», что уменьшает зону «а», а во-вторых, новая порция рабочего тела, поступающая через окно 24, не расходуется на заполнение упомянутого пространства «а», в-третьих, это позволило увеличить активное пространство утилизатора на величину расстояния между окнами 15 и 24, что, в свою очередь, обеспечивает плавность работы установки (равномерность крутящего момента на выходном валу).
1. Силовая установка, включающая роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус, в теле которого выполнено выхлопное окно, а в полости образована камера сгорания, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем, утилизатор энергии, также содержащий неподвижный корпус, в теле которого выполнены входное и выхлопное окна, а в полости образована камера расширения, в которой на выходном валу установлен ротор, по меньшей мере, с одним отсекателем, причем упомянутые камеры сгорания и расширения сообщены между собой и с атмосферой через упомянутые окна, отличающаяся тем, что двигатель снабжен, по меньшей мере, одной дополнительной камерой сгорания, соответственно дополнительным выхлопным окном и отсекателями по паре на каждую камеру сгорания, а установка снабжена соответственно, по меньшей мере, одним дополнительным утилизатором, камера расширения которого сообщена с дополнительной камерой сгорания, причем количество отсекателей двигателя превышает количество отсекателей утилизатора, при этом выходные валы связаны между собой передачей с передаточным числом, равным соотношению указанных отсекателей.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что роторы двигателя и утилизатора установлены на соосных валах.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что роторы двигателя и утилизатора установлены на параллельных валах.
4. Установка по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным двигателем, каждая камера сгорания которого сообщена с камерой расширения одного из упомянутых утилизаторов через дополнительные входные окна последних.
