Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению. Четырехтактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит ротор, внутреннюю часть, коллектор 4 и синхронизатор. Ротор состоит из корпуса 1 с жестко закрепленной на нем парой лопастей 2, 2′, установленных на полом валу 3. Внутренняя часть выполнена со второй парой лопастей 5, 5′, установленной на валу 6 соосно с полым валом 3 с возможностью совершения колебательных движений. Коллектор 4 выполнен с каналами впуска рабочей смеси и выпуска отработанных газов и установлен в осевом направлении. Корпус 1 установлен с возможностью вращения с постоянной угловой скоростью. Коллектор 4 выполнен, как минимум, с двумя окнами 8, 9 и установлен неподвижно во внутренней части с возможностью открытия и закрытия окон лопастями 2, 2′, 5, 5′. Техническим результатом является повышение КПД и уменьшение габаритных размеров двигателя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания (РЛДВС).
Известен РЛДВС, содержащий статор, в котором в зонах, соответствующих положению камер сгорания в конце фаз сжатия рабочей смеси, размещены свечи зажигания. Статор имеет жидкостную или воздушную систему охлаждения. В статоре размещен ротор, содержащий внутренний полый вал, жестко соединенный с парой диаметрально расположенных лопастей. На внутренний вал установлен на скользящей посадке внешний вал с установленной на нем другой парой лопастей. Внешний вал является ведущим, а внутренний вал, который «пульсирует» относительно внешнего, является ведомым валом. Внутрь ведомого вала помещена полая цилиндрическая втулка, жестко скрепленная со статором, на основе которой выполнена система газораспределения в виде двух групп отверстий, размещенных во втулке и на внутреннем валу в зоне камер сгорания. Зона цилиндрической втулки разделена осепоперечной перегородкой на канал впуска рабочей смеси и канал выпуска отработанных газов. Между ведущими и ведомыми лопастями образуются переменные объемы (камеры сгорания). Ведущие лопасти и ведущий вал вращаются в статоре вокруг его центральной оси, а ведомые лопасти - вокруг центральной оси статора и одновременно совершают колебательные движения относительно ведущих лопастей. Синхронизация работы валов и их лопастей обеспечивается кулисно-рычажным механизмом (см. патент РФ 2023184, F02B 53/00, 1994).
Известный двигатель имеет следующие недостатки. Так как обе пары лопастей вращаются внутри статора, они создают повышенный коэффициент трения. Малая масса ротора не достаточна для выполнения роли маховика, требуется дополнительный маховик. Из-за размещения рабочих лопастей в неподвижном статоре рабочие такты привязаны к определенным зонам, следующим за свечами зажигания. Неравномерный нагрев приводит к деформации статора, что требует интенсивного охлаждения. При использовании в качестве синхронизатора кулисно-рычажного механизма неизбежны потери на разгон и торможение кулисы и повышенный износ подшипников скольжения кулисы. Из-за большого количества газообменных окон увеличиваются размеры двигателя в осевом направлении и увеличиваются, соответственно, термические потери и потери на газообмен. Все эти факторы снижают КПД двигателя.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности сходных признаков и достигаемому результату является РЛДВС, который содержит ротор, состоящий из внутренней и внешней частей, установленных на трубчатую ось с возможностью неравномерного вращения относительно друг друга. Внешняя часть выполняет роль корпуса. Пара диаметрально противоположных лопастей на внутренней части закреплена на трубчатой оси, а на внешней части закреплена непосредственно на корпусе. Внутренняя полость трубчатой оси, представляющая собой коллектор с осепоперечной перегородкой с двумя рядами окон в ней и на внутреннем валу, составляют канал впуска рабочей смеси и канал выпуска отработанных газов. Синхронизатор выполнен на основе цилиндрических и эллиптических шестерен (см. патент РФ 2139996, F02B 53/00,1997 г.).
Известный РЛДВС усовершенствовал аналог устранением статора и связанных с ним недостатков. Усовершенствована конструкция синхронизатора. Однако он также имеет ряд недостатков. Так как внешняя и внутренняя части ротора вращаются, совершая колебательные движения, большие потери на трение неизбежны из-за непрерывного разгона и торможения обеих пар лопастей с большими инерционными массами относительно друг друга. Большая нагрузка на синхронизатор по этой же причине. Для уменьшения колебаний выходного вала потребуется дополнительный маховик. Большое количество газообменных окон увеличивают размеры двигателя в осевом направлении и увеличивают, соответственно, термические потери и потери на газообмен.
Поставлена задача повысить КПД двигателя и улучшить габаритные размеры.
Технический результат достигается тем, что корпус (внешняя часть ротора) с жестко закрепленной на нем первой парой лопастей вращается на ведущем валу с постоянной угловой скоростью, а внутренняя часть со второй парой лопастей ускоряется на ведомом валу со знаком плюс или минус относительно первой. Улучшена система газообмена за счет использования лопастей в качестве клапанов для открытия и закрытия каналов впуска рабочей смеси и выпуска отработанных газов.
Поставленная задача достигается тем, что в РЛДВС, содержащем ротор, состоящий из корпуса (внешней части) с жестко закрепленной на нем парой лопастей, установленных на полом валу, внутренней части со второй парой лопастей, установленной на валу соосно с полым валом с возможностью совершения колебательных движений, коллектора с каналами впуска рабочей смеси и выпуска отработанных газов, установленного в осевом направлении, и синхронизатора, согласно изобретению, корпус установлен с возможностью вращения с постоянной угловой скоростью, а коллектор выполнен, как минимум, с двумя окнами и установлен неподвижно во внутренней части с возможностью поочередного открытия и закрытия окон лопастями.
Поставленная задача достигается также тем, что корпус выполнен с ребрами охлаждения.
Поставленная задача достигается также тем, что свеча зажигания установлена в коллекторе.
На фиг. 1, 2 представлено схематическое изображение расположения деталей ротора и синхронизатора в аксонометрии.
На фиг. 3 - ротор в разрезе в осевом направлении.
На фиг. 4 - ротор, разрез по А-А.
Двигатель по фиг. 1-3 содержит корпус 1 (внешнюю часть ротора), в котором жестко закреплена первая пара лопастей 2-2′. Корпус 1 состоит из двух частей, одна из которых снабжена полым валом 3, другая часть выполнена с полостью для неподвижной установки в ней коллектора 4. Корпус одновременно выполняет роль маховика. Внутренняя часть ротора представляет собой вторую пару лопастей 5-5′, выполненную заодно с валом 6, который установлен на подшипниках (на чертеже не показаны) внутри полого вала 3. В коллекторе 4 перегородка 7 формирует каналы впуска рабочей смеси через окно 8 и выпуска отработанных газов через окно 9 и отсек 10 для установки свечи зажигания. Коллектор 4 установлен в осевом направлении так, чтобы окна 8, 9 перекрывались попеременно непосредственно лопастями 2-2′ и 5-5′. Корпус 1 выполнен с ребрами воздушного охлаждения 11 (на фиг. 1 показана правая половина корпуса 1). Синхронизация работы валов и их лопастей обеспечивается синхронизатором 12, который для заявляемого двигателя выполнен по патенту на изобретение (см. пол. решение от 20.03.2014 по заявке №2013100688 от 09.01.2013 «Механизм преобразования движения»). В синхронизаторе 12 кронштейн 13 с роликами 14 соединен с валом отбора мощности 15 и полым валом 3. Кронштейн 16 с роликами 17 соединен с валом 6. Синхронизатор 12 со свободным качением роликов 18 по профилированной дорожке качения 19 позволяет осуществить рабочий процесс, изменяя объемы в межлопастном пространстве.
Заявляемый РЛДВС работает следующим образом. При запуске корпус 1 начинает вращаться с постоянной угловой скоростью совместно с лопастями 2-2′. Лопасти 5-5′ по отношению к лопастям 2-2′ совершают колебательные движения, то замедляясь, то ускоряясь, образуя между лопастями камеры переменного объема. Через окно 9 коллектора 4 происходит всасывание рабочей смеси, например, в камеру I. В камере II происходит сжатие рабочей смеси с последующим воспламенением от свечи зажигания. В камере III происходит процесс расширения и превращения тепловой энергии в механическую (рабочий ход). В камере IV происходит выпуск отработанных газов через окно 8. Таким образом за один оборот вала отбора мощности происходит четыре рабочих такта. Далее процесс повторяется. Открытие и закрытие окон 8, 9 осуществляется поочередно лопастями 2-2′ и 5-5′, при этом коллектор 4 неподвижен.
Заявляемый РЛДВС имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества. Простота конструкции, уменьшены габаритные размеры за счет компактной конструкции коллектора с двумя окнами. Уменьшены потери на трение и нагрузка на синхронизатор благодаря равномерному вращению первой пары лопастей. По этой же причине уменьшены колебания выходного вала, поэтому не требуется дополнительного маховика. Благодаря совмещению осевого расположения коллектора и расположению окон коллектора в непосредственной близости от рабочих камер I-IV, возникает компрессорный эффект при всасывании и турбинный эффект при выхлопе, что повышает индикаторный КПД двигателя и экономит горючее. Наличие ребер охлаждения на постоянно и равномерно вращающемся корпусе создает условия равномерного охлаждения из-за постоянного его омывания воздушным потоком. По этой причине снижается тепловая нагрузка и напряженность на детали РЛДВС и исключается необходимость принудительного охлаждения. В результате повышен КПД и уменьшены габаритные размеры РЛДВС.
1. Четырехтактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий ротор, состоящий из корпуса с жестко закрепленной на нем парой лопастей, установленных на полом валу, внутренней части со второй парой лопастей, установленной на валу соосно с полым валом с возможностью совершения колебательных движений, коллектор с каналами впуска рабочей смеси и выпуска отработанных газов, установленный в осевом направлении, и синхронизатор, отличающийся тем, что корпус установлен с возможностью вращения с постоянной угловой скоростью, а коллектор выполнен, как минимум, с двумя окнами и установлен неподвижно во внутренней части с возможностью открытия и закрытия окон лопастями.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен с ребрами охлаждения.
3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что свеча зажигания установлена в коллекторе.
