Роторно-поршневий двигун

Роторно-поршневий двигун відноситься до двигунобудування і може бути використаний для приводу різних машин. Відомий роторно-поршневий двигун (двигун Ф. Ванкеля), який складається із статора, внутрішня поверхня якого виконана в вигляді епітрохоїди, ексцентрикового вала, трьохгранного поршня-ротора, вільно встановленого на ексцентрику, зубчастого вінця ротора, який знаходиться в зачепленні з шестернею, закріпленою на статорі, переднього і заднього маховиків-противаг і бокових кришок [Двигатели внутреннего сгорания. - М: Машиностроение, 1990, с.253-260, рис.179, 180, 181]. Недоліком такого роторно-поршневого двигуна є: 1. Дотикання радіальних ущільнюючих пластин з поверхністю епітрихоїди по лінії, що приводить до швидкого спрацювання робочих поверхонь пластин і епітрихоїдальної поверхні, і понижує моторесурс роторно-поршневого двигуна; 2. Створення дизеля на базі роторно-поршневого двигуна ускладнюється через неможливість отримання високих ступенів стиску; 3. Ротор має планетарний рух і для врівноваження його потрібні маховики-противаги; 4. Двигун має порівняно невеликий "кривошип". В основу винаходу роторно-поршневий двигун поставлена задача збільшення моторесурсу двигуна шляхом того, що в центральному отворі статора встановлений ротор з валом, на роторі в півциліндричних впадинах, розміщених діаметрально протилежно, виконаних паралельно вісі ротора, жорстко закріплені два поршні-ролики, з циліндричною поверхнею ротора контактують два ролики-замикачі, розміщені діаметрально протилежно в пазах статора, на кожному ролику-замикачу виконано по одній півциліндрічній заглибині паралельно вісі ролика з номінальним радіусом, рівним радіусу поршня-ролика, ротор і роликизамикачі кінематично зв'язані між собою зубчастою передачею, передаточне відношення зубчастої передачі і відношення діаметрів роликів-замикачів до діаметра ротора дорівнює 1:2, в роликах-замикачах по центру півциліндричних заглибин радіально виконані наскрізні отвори в площині, яка проходить через вісі роликівзамикачів і ротора, в статорі, над роликом-замикачем встановлена форсунка, на протилежній стороні в статорі, поблизу ролика-замикача, виконані впускне і випускне вікна, в роторі, поршнях-роликах і роликахзамикачах виконані Г-подібні пази, які знаходяться в площинах, що проходять через їх вісі, в Г-подібних пазах розміщені Г-подібні лопаті, крок Г-подібних пазів у роторі має величину до 0,1 діаметра ротора, при неконтактуванні лопатей, встановлених в пазах ротора з циліндричною поверхнею ролика-замикача, вони виступають над поверхнею ротора на величину до 0,01 діаметра ротора, на роликах-замикачах виконано по чотири Г-подібні пази, і Г-подібні лопасті, встановлені в цих пазах, при неконтактуванні лопатей з циліндричною поверхнею статора, вони виступають над поверхнями роликів-замикачів на величину до 0,005 діаметра ротора, в поршнях-роликах виконано по два Г-подібні пази, і вони розміщені симетрично площини, що проходить через вісі поршнів-роликів і ротора, і кут між ними складає 20°, при неконтактуванні лопатей, розміщених в цих пазах із циліндричною поверхнею статора, вони виступають над поверхнею поршнів-роликів на величину до 0,06 радіуса ротора, поверхні отворів в статорі, в місцях їх перетину, виконані локальними, із збільшенням діаметральних розмірів отворів в місцях їх перетину на величину до 0,01 радіуса ротора. Г-подібні лопаті, встановлені в Г-подібних пазах ротора, поршнях-роликах і роликахзамикачах збільшують герметичність між окремими порожнинами в двигуні і лопаті, встановлені в пазах поршнів-роликів і роликів-замикачів дотикаються з робочими поверхнями в статорі по площинах, що збільшує моторесурс двигуна, а також двигун має більший "кривошип", що збільшує крутний момент. Роторно-поршневий двигун схематично показано в розрізі на Фіг.1, на Фіг.2 розріз А-А на Фіг.1. Роторно-поршневий двигун складається із статора 1, в центральному отворі якого розміщений ротор 2 з валом 3, на роторі 2 в півциліндричних впадинах, розміщених діаметрально протилежно, виконаних паралельно вісі ротора, жорстко закріплені два поршні-ролики 4, з циліндричною поверхнею ротора 2 контактують два ролики-замикачі 5, розміщені діаметрально протилежно в пазах статора 1, на кожному ролику-замикачу 5 виконано по одній півциліндричній заглибині паралельно вісі ролика-замикача 5 з номінальним радіусом, рівним радіусу поршня ролика 4, ротор 2 і ролики-замикачі 5 кінематично зв'язані між собою зубчастою передачею 6, передаточне відношення зубчастої передачі 6 і відношення діаметрів роликів-замикачів 5 до діаметра ротора 2 дорівнює 1:2, в роликах-замикачах 5 по центру півциліндричних заглибин радіально виконані наскрізні отвори 7, які є камерами згорання, в площині, яка проходить через вісі роликів-замикачів 5 і ротора 2, в статорі 1 над роликом-замикачем 5 встановлена форсунка 8, на протилежній стороні в статорі 1, поблизу ролика-замикача 5, виконані впускне 9 і випускне 10 вікна, в роторі 2, поршнях роликах 4 і роликах-замикачах 5 виконані Г-подібні пази, які знаходяться в площинах, що проходять через їх вісі, в Г-подібних пазах розміщені Г-подібні лопаті, крок Г-подібних пазів у роторі 2 має величину до 0,1 діаметра ротора 2, при неконтактуванні лопатей 11, встановлених в пазах ротора 2, з циліндричною поверхнею ролика-замикача 5, вони виступають над поверхнею ротора 2 на величину до 0,01 діаметра ротора 2, на роликах-замикачах 5 виконано по чотири Γ-подібні пази, і Γ-подібні лопаті 11, встановлені в цих пазах, при контактуванні лопатей 11 з циліндричною поверхнею статора 1, вони виступають над поверхнями роликів-замикачів 5 на величину до 0,005 радіуса ротора 2, в поршнях-роликах 4 виконано по два Г-подібні пази, і вони розміщені симетрично площини, що проходить через вісі поршнівроликів 4 і ротора 2, і кут між ними складає 20°, при неконтактуванні лопатей 12, розміщених в цих пазах із циліндричною поверхнею статора 1, вони виступають над поверхнею поршнів-роликів 4 на величину до 0,06 радіуса ротора 2, поверхні отворів у статорі 1, в місцях їх перетину, виконані лекальними, із збільшенням діаметральних розмірів отворів в місцях їх перетину на величину до 0,01 радіуса ротора 2, до торців статора 1 з допомогою болтів 13 приєднані кришки 14, 15 і проміжна кришка 16, в кришках 14, і 15 встановлені підшипники 17 і 18, на які опираються шийки роликів-замикачів 5 і ротора 2, в кришці 14 встановлений сальник 19, до випускного вікна 10 приєднаний турбокомпресор 20, 21 - турбіна, 22 компресор, 23 - трубопровід, 24 - штуцер, 25, 26 - порожнини двигуна. Працює роторно-поршневий двигун наступним чином. При обертанні ротора 2 по годинній стрілці поршень-ролик 4 стискує повітря, яке знаходиться в порожнині 25, і переміщує його в камеру згорання 7, при підході поршня-ролика 4 до верхньої мертвої точки (ВМТ) в камеру згорання 7 форсункою 8 впорскується дизельне паливо, яке згорає, тиск газів різко зростає і відбувається робочий хід. Поршеньролик 4 при обертанні ротора 2 перемішується із ВМТ до нижньої мертвої точки (НМТ), витискуючи відпрацьовані гази після попереднього циклу із порожнини 26 через вікно 10 в турбокомпресор 20, який по трубопроводу 23 через впускне вікно 9 нагнітає повітря в порожнину 25, а другий поршень-ролик 4, рухаючись від НМТ до ВМТ, стискає повітря в порожнині 25. За один оберт ротора відбувається два робочих ходи. Роторно-поршневий двигун може працювати на бензині, для цього крім форсунки 8 потрібно встановити свічку запалювання, а також збільшити об'єм камери згорання 7, щоб зменшити ступінь стиску. Конструкція двигуна із кількох секцій збільшить його потужність.