Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания



Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания
Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания
Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания
Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания
Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания
Трёхроторный механизм двигателя внутреннего сгорания

 


Владельцы патента RU 2615855:

Шепёлкин Сергей Михайлович (RU)

Изобретение относится к двигателестроению. Трехроторный механизм двигателя внутреннего сгорания с отделенным тактом сгорания имеет корпус. В корпусе выполнены три цилиндра, в центре - цилиндр тепловой машины, а в противоположных от него сторонах - цилиндры компрессоров-сжигателей. В цилиндрах размещены роторы, имеющие по два, по три или по четыре радиальных паза, а также пластины, установленные в пазы. Перед пазами на роторах компрессоров-сжигателей по ходу их вращения выполнены камеры сгорания. Цилиндры компрессоров-сжигателей соединены с рабочими полостями машины каналами. Каналы начинаются после завершения фазы сгорания в перемычках между цилиндрами и представляют собой углубления, выполненные на цилиндрических поверхностях компрессоров-сжигателей, с глубинами в начале, равными толщинам перемычек. Каналы продолжаются по цилиндрическим поверхностям компрессоров-сжигателей по ходу вращения роторов с той же или уменьшающейся глубиной, с той же или уменьшающейся площадью сечения. Каналы заканчиваются, не доходя до геометрических начал полостей всасывания - сжатия компрессоров-сжигателей. Техническим результатом является повышение удельной мощности и крутящего момента. 5 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению и может найти применение в автомобильной, мото- и снегоходной технике, судостроении, строительной и сельскохозяйственной технике, в военной технике и других областях, где требуется высокая литровая и удельная мощность, а также топливная экономичность и низкое содержание вредных веществ в отработанных газах.

Известен роторный двигатель Кашеварова Ю.Б. РДК-17, патент RU 2121066, содержащий статоры компрессора и двигателя, соединенные воздуховодом, одновременно выполняющим функции камеры сгорания. В воздуховоде также размещены: инерционный воспламенитель, свеча зажигания, форсунка для впрыска топлива и дверца, соединенная с пластинчатой пружиной и перекрывающая окно воздуховода со стороны компрессора. В статорах компрессора и двигателя установлены роторы, каждый из которых снабжен заслонкой, которые имеют возможность перемещаться в диаметральной плоскости ротора.

Однако известный двигатель не в полной мере реализует возможности раздельной схемы (компрессор-двигатель) и имеет следующие недостатки:

1. Конструкция не позволяет делать больше рабочих ходов за один оборот выходного вала;

2. Большие газодинамические потери на входе в воздуховод (камеру сгорания);

3. Низкий индикаторный КПД из-за не эффективной организации рабочего процесса;

4. Повышенное содержание вредных веществ в отработанных газах;

5. Односторонняя нагрузка на подшипники выходного вала.

Известен двухроторный механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий компрессор-сжигатель (далее просто компрессор), в котором выполняются такты: всасывания, сжатия, сгорания и передачи энергии расширяющихся газов из компрессора (камер сгорания) в тепловую машину, и тепловую машину (далее просто машина), в которой выполняются такты рабочего хода и выпуска отработанных газов. Механизм имеет корпус, в котором выполнены два цилиндра. Один из них - цилиндр компрессора, направляющая которого может быть полуокружностью - полуэллипсом или полуокружностью - полуовалом, а второй - цилиндр машины, направляющая которого может быть полуокружностью - полуэллипсом или полуокружностью - полуовалом. В цилиндры соосно вставлены роторы, соответственно ротор компрессора и ротор машины. Образованные при этом полости являются: полостью всасывания - сжатия в компрессоре и полостью рабочего хода - выпуска в машине. Причем объем полости в компрессоре может отличаться от объема полости в машине. В полости всасывания - сжатия также имеется окно впуска, форсунка для впрыска легкого топлива, которая может быть установлена в любом месте цилиндрической поверхности полости, например в начале такта сжатия, а так же вне полости, например в впускном коллекторе, и источник воспламенения. В дизельном исполнении механизма вместо источника воспламенения устанавливается форсунка. В полости рабочего хода - выпуска имеется окно впуска (канал) и выпуска отработанных газов. В каждом роторе, на одинаковом расстоянии друг от друга, в зависимости от требуемой мощности, могут быть выполнены от двух до четырех радиальных пазов. На цилиндрической поверхности ротора компрессора, перед пазами, по ходу вращения, выполнены углубления, служащие камерами сгорания. В пазах установлены пластины. В компрессоре - пластины всасывания - сжатия, в машине - рабочего хода - выпуска, которые имеют возможность выталкиваться к внешним поверхностям полостей упругими элементами, например пружинами. На боковых сторонах пластин находятся цилиндрические выступы с размещенными на них подшипниками для снижения трения. Они взаимодействуют с соответствующими ограничительными дорожками компрессора и машины, выполненными по заданным траекториям в торцевых крышках. Причем траектории дорожек для компрессора и машины могут отличаться. Дорожки выполнены таким образом, что пластины, описывая внешние поверхности полостей, в то же время их не касаются. Цилиндр компрессора соединен с рабочей полостью машины каналом, который начинается после завершения фазы сгорания в перемычке между цилиндрами и представляет собой углубление, выполненное на цилиндрической поверхности компрессора, с глубиной в начале, равной толщине перемычки. Затем канал продолжается по цилиндрической поверхности компрессора по ходу вращения ротора и, не доходя до геометрического начала полости всасывания – сжатия, он заканчивается. При этом его глубина (сечение) на всем протяжении может быть постоянной или постепенно уменьшаться.

Валы роторов связаны передачей в отношении 1:1. Для исполнения механизма, имеющего роторы с двумя пазами, двумя пластинами и двумя камерами сгорания (только на роторе компрессора), возможно увеличение времени для сгорания в два раза путем изменения передаточного отношения на 2:1, замены ротора компрессора на ротор с удвоенным числом радиальных пазов, пластин и камер сгорания. При этом длину канала уменьшают вдвое.

С учетом отделенного такта сгорания механизм имеет следующие фазы:

1. Фаза всасывания - сжатия начинается от впускного окна и продолжается до точки пересечения полуэллипса (полуовала) с полуокружностью;

2. Фаза сгорания начинается от источника воспламенения (форсунки) и продолжается до начала канала;

3. Фаза передачи энергии расширяющихся газов из компрессора (камер сгорания) в рабочую полость на пластины машины (она же фаза рабочего хода - выпуска) начинается от начала и продолжается до конца канала - в компрессоре и от входа соединительного канала в рабочую полость машины до окна выпуска отработанных газов - в машине.

Однако известный механизм не полностью реализует возможности получения более высокой удельной мощности и крутящего момента, а также не снижена односторонняя нагрузка на подшипники выходного вала.

Техническим результатом заявляемого изобретения является:

1. Повышение удельной мощности и крутящего момента;

2. Снижение до минимальных значений нагрузки на подшипники выходного вала.

Поставленная задача достигается:

1. Изменением конструкции механизма, в котором тепловая машина может иметь две рабочие полости, на каждую из которых работает свой компрессор-сжигатель.

Предлагаемый трехроторный механизм двигателя внутреннего сгорания (далее просто механизм) состоит из трех основных частей:

1. Два компрессора-сжигателя (далее просто компрессоры) с соосно размещенными роторами, в которых выполняются такты: всасывания, сжатия, сгорания и передачи энергии расширяющихся газов из компрессоров (камер сгорания) в тепловую машину (он же такт рабочего хода - выпуска в тепловой машине);

2. Тепловая машина (далее просто машина) с соосно размещенным ротором, имеющая две рабочие полости, в которых выполняются такты рабочего хода и выпуска отработанных газов.

Механизм иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2, 3, 4, 5. На фиг. 1 изображен общий вид механизма с машиной, имеющей две рабочие полости, с двумя компрессорами и с роторами, имеющими по два радиальных паза, по две пластины и по две камеры сгорания на роторах компрессоров, со снятой крышкой в положении пластин тепловой машины, находящихся перед рабочим ходом. На фиг. 2 изображен разрез по пластине (по конструкции пластины одинаковы и могут отличаться только размерами). На фиг. 3 изображен вариант исполнения механизма с роторами, имеющими по три радиальных паза, по три пластины и по три камеры сгорания на роторах компрессоров (впускные коллекторы и форсунки не показаны). На фиг. 4 изображен вариант исполнения механизма с роторами, имеющими по четыре радиальных паза, по четыре пластины и по четыре камеры сгорания на роторах компрессоров (впускные коллекторы и форсунки не показаны). На фиг. 5 изображен вариант исполнения механизма с передаточным отношением 2:1, с увеличенным вдвое временем для сгорания смеси, имеющий меньшую в два раза длину каналов (впускные коллекторы и форсунки не показаны).

Механизм состоит из корпуса 1, в котором выполнены три цилиндра. Один из них, в центре - цилиндр машины 3, направляющая которого может быть эллипсом или овалом, а в противоположных от него сторонах - цилиндры компрессоров 2, направляющие которых могут быть полуокружностью - полуэллипсом или полуокружностью - полуовалом. В цилиндрах соосно размещены роторы, соответственно ротор машины 5 и роторы компрессоров 4. Образованные при этом полости являются: полостями всасывания - сжатия 7 - в компрессорах и полостями рабочего хода - выпуска 9 - в машине. Причем объемы полостей в компрессорах могут отличаться от объемов полостей в машине. В полостях всасывания - сжатия также имеются окна впуска 8, форсунки 22 для впрыска легкого топлива, которые могут быть установлены в любом месте на цилиндрических поверхностях полостей, например в начале такта сжатия, а также вне полостей, например в впускных коллекторах 23, и источники 21 воспламенения. В дизельном исполнении механизма вместо источников воспламенения устанавливаются форсунки. В полостях рабочего хода - выпуска 9 имеются окна впуска (каналы 20) и выпуска 10. В каждом роторе, на одинаковом расстоянии друг от друга, в зависимости от требуемой мощности могут быть выполнены от двух до четырех радиальных пазов 11. На цилиндрических поверхностях роторов компрессоров перед пазами, по ходу вращения, выполнены углубления, служащие камерами 12 сгорания. В пазах установлены пластины. В компрессорах - пластины всасывания - сжатия 13, в машине - пластины рабочего хода - выпуска 14, которые имеют возможность выталкиваться к внешним поверхностям полостей упругими элементами, например пружинами 15. На боковых сторонах пластин находятся цилиндрические выступы 16 с размещенными на них подшипниками 17 для снижения трения. Они взаимодействуют с ограничительными дорожками 18-к компрессоров и 18-м машины, выполненными по заданным траекториям в торцевых крышках 19. Дорожки выполнены таким образом, что пластины, описывая внешние поверхности полостей, их не касаются. Цилиндры компрессоров 2 соединены с рабочими полостями машины 9 каналами 20, служащими для передачи энергии расширяющихся газов из компрессоров (камер 12 сгорания) в рабочие полости 9 на пластины машины 14. Эти каналы 20 начинаются после завершения фазы сгорания, в перемычках между цилиндрами и представляют собой углубления, выполненные на цилиндрических поверхностях компрессоров, с глубинами в начале, равными толщинам перемычек, т.е. в самом начале это отверстия. Затем каналы продолжаются по цилиндрическим поверхностям компрессоров по ходу вращения роторов и, не доходя до геометрических начал полостей всасывания - сжатия (до предполагаемой установки уплотнений), они заканчиваются.

При этом их глубина (сечение) на всем протяжении может быть постоянной(ым) или постепенно уменьшаться.

Валы 6 роторов связаны передачей в отношении 1:1. Для исполнения механизма, имеющего роторы с двумя пазами, двумя пластинами и двумя камерами сгорания (только на роторах компрессоров), возможно увеличение времени для сгорания в два раза путем изменения передаточного отношения на 2:1 и замены роторов компрессоров на роторы с удвоенным числом радиальных пазов, пластин и камер сгорания. Длины каналов при этом уменьшают вдвое.

При таком выполнении механизма с учетом отделенного такта сгорания получаются следующие фазы:

1. Фаза всасывания - сжатия начинается от впускных окон и до точек пересечения полуэллипса (полуовала) с полуокружностью;

2. Фаза сгорания начинается от источников воспламенения и до начала каналов;

3. Фаза отдачи энергии расширяющихся газов из компрессоров (камер сгорания) в рабочие полости на лопасти машины (она же - фаза рабочего хода - выпуска) начинается от начала и до конца каналов - в компрессорах и от входов соединительных каналов в рабочие полости машины до окон выпуска отработанных газов - в машине.

Работа механизма осуществляется следующим образом. При вращении роторов в указанном стрелкой направлении в полостях всасывания - сжатия 7 компрессоров происходит следующее: под действием пружин 15 и центробежных сил пластины 13 выталкиваются из роторов, но благодаря выступающим за боковые пределы пластин цилиндрическим выступам 16 с размещенными на них подшипниками 17 обкатываются по ограничительным дорожкам 18-к. При этом торцы пластин описывают внешние поверхности полостей всасывания - сжатия 7. В результате этого перед пластинами может происходить сжатие смеси или воздуха, а за ними - всасывание. Сжимаемая смесь или воздух поступает в камеры 12 сгорания и поджигается источниками 21 воспламенения (в дизельном исполнении впрыскивается топливо из форсунок, установленных вместо источников 21 воспламенения). При дальнейшем повороте роторов происходит сгорание смеси в замкнутых объемах камер сгорания (изохорный процесс). При передаче 1:1 фаза сгорания ограничена источниками воспламенения (форсунками) и началами каналов и ориентировочно может доходить до 90 и более градусов (с учетом опережения зажигания). Если времени до полного сгорания будет недостаточно, то в исполнении механизма, имеющего роторы с двумя пазами, двумя пластинами и двумя камерами сгорания (только на роторах компрессоров), возможно увеличение времени для сгорания вдвое путем изменения передаточного отношения на 2:1 и замены роторов компрессоров на роторы с удвоенным числом радиальных пазов, лопастей и камер сгорания. При этом длины каналов возможно уменьшить вдвое. При дальнейшем повороте ротора, после окончания такта сгорания, происходит открытие камер 12 сгорания в канал 20, и по нему давление расширяющихся газов передается в рабочие полости 9 на пластины машины 14. До пластин идет рабочий ход, перед пластинами - выпуск отработанных газов через канал 10 выпуска.

При таком выполнении механизма мощность и крутящий момент увеличиваются в два раза по сравнению с аналогом, а соответственно возрастает и удельная мощность.

Трехроторный механизм двигателя внутреннего сгорания с отделенным тактом сгорания, характеризующийся тем, что он имеет корпус, в котором выполнены три цилиндра, один из которых, в центре - цилиндр тепловой машины, направляющая которого является эллипсом или овалом, а в противоположных от него сторонах - цилиндры компрессоров-сжигателей, направляющие которых являются полуокружностью - полуэллипсом или полуокружностью - полуовалом, в которых соосно размещены роторы, образующие с цилиндрами соответственно полости всасывания - сжатия и рабочего хода - выпуска, которые отличаются по объему, при этом в полостях всасывания - сжатия имеются окна впуска, форсунки для впрыска легкого топлива, которые устанавливаются в любом месте на цилиндрических поверхностях полостей или вне полостей, и источники воспламенения или форсунки, а в полостях рабочего хода - выпуска имеются окна впуска и окна выпуска, при этом роторы механизма имеют одинаковое число - по два, по три или по четыре - радиальных пазов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, перед которыми, только на роторах компрессоров-сжигателей, по ходу их вращения выполнены углубления, служащие камерами сгорания, а также по числу пазов - пластины соответственно всасывания - сжатия и рабочего хода - выпуска, установленные в пазы с возможностью выталкиваться к внешним поверхностям полостей упругими элементами и имеющие на боковых сторонах цилиндрические выступы с размещенными на них подшипниками, которые, взаимодействуя с ограничительными дорожками компрессоров-сжигателей и тепловой машины, выполненными по заданным траекториям в торцевых крышках, дают возможность пластинам описывать внешние поверхности полостей, в то же время их не касаясь, при этом цилиндры компрессоров-сжигателей соединены с рабочими полостями машины каналами, начинающимися после завершения фазы сгорания в перемычках между цилиндрами и представляющими собой углубления, выполненные на цилиндрических поверхностях компрессоров-сжигателей, с глубинами в начале, равными толщинам перемычек, и продолжающимися по цилиндрическим поверхностям компрессоров-сжигателей по ходу вращения роторов с той же или уменьшающейся глубиной, с той же или уменьшающейся площадью сечения, и заканчивающимися, не доходя до геометрических начал полостей всасывания - сжатия, при этом с учетом отделенного такта сгорания механизм имеет следующие фазы, а именно: фаза всасывания - сжатия - от впускных окон и до точек пересечения полуэллипсов или полуовалов соответственно с полуокружностями, далее фаза сгорания - от источников воспламенения или форсунок соответственно и до начала каналов, далее фаза передачи энергии расширяющихся газов из камер сгорания компрессоров-сжигателей в рабочие полости на пластины тепловой машины, она же - фаза рабочего хода - выпуска от начала и до конца каналов - в компрессорах и от входа каналов в рабочие полости тепловой машины до окон выпуска отработанных газов - в машине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению. Двигатель внутреннего сгорания содержит рабочие камеры, выполненные в виде лопастей поршни, промежуточный вал, выходной вал с маховиком, размещенный в картере механизм преобразования вращательно-возвратного движения промежуточного вала во вращение выходного вала, выполненный в виде сферического механизма, впускной и выпускной воздуховоды, впускные и выпускные клапаны рабочих камер, ресивер.

Изобретение относится к машиностроению. Двухроторный двигатель с отделенным процессом сгорания является двигателем роторного типа и состоит из пары двухкамерных блоков в картере в форме восьмерки с камерами «впуск-сжатие» и «рабочий ход-выпуск», а также механизма газораспределения.

Изобретение относится к двигателестроению. Двухроторный механизм двигателя внутреннего сгорания с отделенным тактом сгорания имеет корпус.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-лопастной двигатель с отдельной вращающейся камерой сгорания содержит воздушный компрессор с ресивером, корпус цилиндра с торцевыми крышками и цилиндрический ротор с валом, установленный с эксцентриситетом по отношению к внутренней поверхности цилиндра.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочим кольцом, рабочими полостями и камерами сгорания, фиксирующий механизм и свечи зажигания.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит корпус с рабочим кольцом и рабочие полости.

Изобретение относится к роторному двигателю внутреннего сгорания, включающему секцию мотора, секцию компрессора и секцию связующих шестерен. В секциях мотора и компрессора заключены роторы, размещенные с зазором между собой и корпусом.

Изобретение относится к роторному двигателю, содержащему роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел. Силовой роторный узел выполнен с возможностью движения скоординированно с роторным узлом сжатия воздуха.

Изобретение относится к конструкции двигателя внутреннего сгорания. Двигатель включает корпус и планетарный зубчатый механизм.

Изобретение относится к роторно-поршневому двигателю, включающему в себя ступень сжатия, ступень расширения, а также камеру воспламенения для воспламенения и сжигания рабочего газа.
Наверх