Роторно-лопаточний двигун внутрішнього згорання макаренка о. в.

1. Роторно-лопатний двигун вн утрiшнього згорання, одна iз секцiй якого обладнана статором, внутрiшня робоча поверхня якого виконана у формi поверхнi прямого елiптичного цилiндра, цилiндричним ротором з лопатками, який вiдрiзняється тим, що в його стато рi влаштовано камеру згорання автоматично змiнюваного об'єму в залежностi вiд положення органа, забезпеченого можливiстю регулювання потужностi двигуна, яка з'єднана впускним каналом з робочим об'ємом двигуна, забезпеченим можливiстю перiодичного зменшення, обумовленого вiдповiдними перемiщеннями вiдповiдної лопатки вiдносно статора та рото ра, якого забезпечено можливiстю обертання у вiдповiдному напрямi, та випускним каналом з'єднання з робочим об'ємом двигуна, забезпеченим можливiстю перiодичного збiльшення, обумовленим вiдповiдними перемiщеннями вiдповiдно iншої лопатки та вiдповiдним обертанням того ж ротора в аналогiчному напрямi, i яку обладнано в карбюраторному варiантi двигуна електричною запальною свiчкою та паливною форсункою високого тиску – в дизельному варiантi, при цьому мiнiмальнi зазори мiж внутрiшньою робочою поверхнею статора та цилiндричною поверхнею ротора ущiльнено радiальними ущiльненнями ротора, якi розмiще но з таким куто вим кроком й такою мiрою виступання над цилiндричною поверхнею ротора в неконтактному ста нi з внутрiшньою робочою поверхнею статора, що в зонi кожного з двох мiнiмальних зазорiв, згаданих вище, забезпечена можливiсть перебування в контактi з ви щезгаданою внутрiшньою робочою поверхнею статора не менше, нiж двох радiальних ущiльнень, крiм тих моментiв, коли в зонi одного з вищезгаданих мiнiмальних зазорiв забезпечена можливiсть проходження однiєї з лопаток рото ра iз своїми ущiльненнями, лопатки ротора змонтованi в ньому на вiдповiдних наборах голчастих ро ликiв, зазори мiж лопатками ротора та внутрiшнiми робочими поверхнями секцiї вищезгаданого дви гуна, якими забезпечено створення вищезгаданих робочих об'ємiв, перекрито ущiльненнями, C2 (54) РОТОРНО-ЛОПАТНИЙ Д ВИГУН ВНУТРIШНЬОГО ЗГОРАННЯ 20035 змонтована з можливiстю опирання з перекочуванням на набiр сепаруючих голчастих роликiв таким способом, що при проти лежному перемiщеннi лопаток осi обертання цих роликiв залишаються нерухомими вiдносно ротора, i з можливiстю др угої плоскої поверхнi лопатки, паралельнiй першiй, кожної з цих лопаток, опирання з зворотно-перемiнним напрямом перекочування на набори циркулюючих голчасти х роликiв, розмiще них у вiдповiдних замкнених каналах плоскi частини стiнок яких, зверненi до осi обертання ротора, змонтовано з можливiстю сприймання вiдповiдних навантажень вiд лопаток, передаваних через вiдповiднi голчастi ролики. 8. Двигун по п. 7, який вiдрiзняється тим, що на поверхнях лопаток, крiм тих, що опираються на згаданi вище набори голчастих роликiв, звернених до внутрiшньої робочої поверхнi статора у формi прямого елiптичного цилiндра та внутрiшнiх робочих поверхонь кришок статора, виконано канавки з перерiзом прямокутної форми, в яких змонтованi ущiльнення, яким забезпечена можливiсть примусового постiйного контактування з вищезгаданими поверхнями. 9. Двигун по п. 1, який вiдрiзняється тим, що впускний канал статора двигуна в дизельному варiантi обладнано вуз лом дросельної заслонки вiд карбюратора з можливiстю регулювання кiлькостi всмоктуваного повiтря цiєю заслонкою, кожне з можливих положень якої через меха нiчний зв'язок з органом регулювання потужностi дизельного варiанта двигуна, забезпечене вiдповiдним положенням цього органа. _______________________ Винахiд вiдноситься до роторних дви гунiв з внутрiшнiм згоранням паливно-повiтряної сумiшi i може виготовлятися моторобудiвельними пiдприємствами та застосовуватись всюди, де звичайнi двигуни працюють в частозмiнюваному навантажувальному режимi, наприклад: в сухо путних транспортних засобах, в пересувних компресорних та електрозва рювальних агрегатах i т.i. Як прототип ви користовується роторний двигун вн утрiшнього згорання [1], який складається з стато ра з внутрiшньою робочою поверхнею у виглядi прямого елiптичного цилiндру та рото ра з двома парами роздiлювальних пластин (далi – лопаток) та дiаметральним цилiндричним отвором з поршнями, з'єднаними штоком. Статор та ротор з лопатками – суттєвi ознаки, що спiвпадають з вiдповiдними ознаками заявленого двигуна. Двигун [1] обладнано механiзмом попарної взаємофiксацiї (МПВФ) та обмеження крайнiх положень лопаток, чим забезпечено повне витiснення продуктiв згорання свiжої робочої сумiшi i збiльшення надходження нової порцiї та кої при всмоктуваннi. Недолiком є те, що при форсируваннi потужностi за рахунок збiльшення частоти обертання рото ра МПВФ може накласти на це значнi обмеження. Перед винайденням запропонованого двигуна було поставлено завдання зробити його роботу такою ж ощадливою на часткових наванта женнях, як i на номiнальних; забезпечити системи ущiльнень; пiдвищи ти меха нiчний ККД (коефi цiєнт позитивної дiї); забезпечити можливiсть роботи в карбюраторному та дизельному ва рiантах. Вищезгадана ощадливiсть досягнута влаштуванням камери згорання авто матично змiнюваного об'єму за рахунок вiдповiдних перемiщень контрпоршня з допомогою сервоприводу, пропорцiональних куту повороту дросельної заслiнки карбюратора, вiдповiдно в карбюраторному варiантi запропонованого двигуна, або пропорцiональних перемiщен ням рейки паливного насосу ви сокого тиску – у випадку дизельного варiанту. Завдяки таким перемiщенням контрпоршня тиск свiжої робочої сумiшi або повiтря в кiнцi такту стиснення при будь-якому навантаженнi залишаєть ся таким же, як i при номiнальному, чим вирiшено вiдповiдну частину поставленого завдання. Знайдено оригiнальний спосiб ущiльнення мiнiмальних зазорiв мiж цилiндричною поверхнею рото ра в його секторах мiж його лопатками, котрий полягає в тому, що радiальнi ущiльнення ротора розмiщенi з таким кутовим кроком i з такою мiрою виступання над його вiдповiдною поверхнею в неконтактному станi, що в зонi кожного з мiнiмальних зазорiв перебувають в контактi з вiдповiдною поверхнею статора не менше двох згаданих ущiльнень, чим досягнуто збiльшення ККД перетворення меха нiчної енергiї в енергiю тиску в кiнцi процесу стиснення, гарантовано вiдсутнiсть заклинювання ротора в ста торi при його теплових деформацiях. Окрiм звичайних ущiльнювальних кiлець, контрпоршень оснаще но додатково мета левою манжетою (гадається, що це вперше, бо на дату написання цього вiдомi манжети з бiльш еластичних матерiалiв), чим знову пiдвищується ККД перетворення меха нiчної енергiї в енергiю тиску. Стаканоподiбний золотник з впускними та випускними вiкнами виконано по типу ви щезгаданої металевої манжети, чим досягнуто ви щезгаданого ефекту. В осьовi канали валiв контрпоршня та вiдповiдного золотника введено патрубки для подачi охолоджуючого масла, чим пiдвищено коефi цiєнт наповнення камери згорання, згаданої вище, свiжою робочою сумiшшю, або повiтря, пiдви щено анти детонацiйну стiйкiсть повiтряно-бензинової сумiшi при використаннi пропонованого двигуна в карбюраторному ва рiантi. На поверхнях лопаток, звернених до робочих по верхонь кришок стартера внутрiшньої робочої поверхнi стато ра, виконанi канавки прямокутного профi лю, в котрих змонто ванi ущiльнення лопаток, чим знову досягається пiдвищення ККД перетворення механiчної енергiї в пiдвищення тиску в кiнцi процесу стиснення та пiдвищення ККД перетворення енергiї тиску продуктiв згорання в меха нiчну енергiю. Самi лопатки (це вперше) у вiдповiдних пазах рото ра змонтованi на наборах голчасти х роли 2 20035 кiв, чим пiдвище но меха нiчний ККД пропонованого двигуна. Застосування вузла дросельної заслiнки вiд карбюратора в дизельному варiантi пропонованого двигуна запобiгає рiзкому наростанню тиску в камерi згорання пiд час самоспалахування миттєво створеної горючої сумiшi пiсля вприску пального. Всi вищеперерахо ванi позитивнi ефекти мають мiсце в карбюраторному та дизельному варiантах пропонованого двигуна. На фiг. 1 показано поперечний розрiз однiєї iз секцiй роторно-лопатного двигуна внутрiшнього згорання, чим забезпечено полегшення для потенцiйних конструкторiв-розробникiв при опрацюваннi конкретних зразкiв двигунiв з використанням вiдрiзнювальних ознак формули запропонованого двигуна. Контрпоршень зображено в положеннi холостого хо ду. На фiг. 2 показано повздовжнiй розрiз вищезгаданої секцiї вищезгаданого двигуна з допомогою ламаної сiчної площи ни А–А. Ротор 1 оснащено лопатками 2 в кiлькостi двох штук з їхнiми наборами голчастих ро ликiв 3, 4 (фiг. 1). Ведена косозуба шестерня 5 посаджена на шлiцах, з допомогою котрих та з до помогою роз'ємної гайки 6, що охоплює рiзьбову частину контрпоршня 7, прокручує цей контрпоршень на певне число обертiв таким чином, щоб це знахо дилося в строгiй залежностi вiд положення органу, що керує потужнiстю дви гуна. На фiг. 1, наприклад, положення контрпоршня 7 зображено при холостому хо дi, а геометрична ступiнь стиснення максимальна. Для iнтенсивного вiдведення тепла вiд матерiалу контрпоршня 7 в його осьовий канал через патрубок 8 подається охо лоджуюче масло. Ведуча косозуба шестерня 9 передає обертання вищезгаданiй шестернi 5. Через канал 10 в статорi 11 в камеру згорання змiнюваного об'єму подається пiд тиском свiжа робоча сумiш. Через канал 12 продукти згорання розширюються, створюючи вiдповiдний тиск на одну з лопаток 2. Зусилля цього тиску дiє проти лежно вiд сили iнерцiї Корiолiса, що розвивається при перемiщен нi лопатки з ротора. Контрпоршень 7, окрiм звичайних ущiльнювальних кiлець, додатково ущiльнюється металевою манжетою 13. Стаканоподiбний золотник 14 забезпечує своєчасне перекриття та вiдкриття впускного каналу 10 та ви пускного каналу 12. До датково золотник 14 виконує функцiю мета левої манжети, дiючи разом з ущiльнювальними кiльцями 15 на валу 16 приводу золотника 14. На валу зо лотника, за одне з ним, виконана ведена косозуба шестерня, котра отримує обертовий рух вiд ве дучої косозубої шестернi 17 розподiльного ва лу. Патрубок 18 подає в осьовий канал приводного валу 16 золотника 14 охолоджуюче масло. Другий кiнець приводного валу 16 золотника опирається на пiдшипник з двох половинок. Вище згадувалося, що гайка 6 теж складається з двох половинок, котрi затисненi вiдповiдною кришкою посадочного гнiзда. Такi конструкцiї гайки та пiдшипника та спосiб їх закрiплення в посадочних гнiздах допома гають монтува ти всi деталi камери згорання автоматично змiнюваного об'єму. Ротор 1 являє собою складувану конструкцiю, окремi дета лi котрої скрiплюються в одне цiле з допомогою прецизiйних болтiв 19, котрi з напруженою посадкою прохо дять через всi скрiплюванi деталi ротора, в тому числi i опори 20 циркулюючих голчасти х роликiв 3. Канали 21, повздовжнi осi котрих паралельнi осi обертання ротора, служать для протiкання охолоджуючого масла. Оскiльки лопатки 2 служать для ущiльнення будь-якого зазору по величинi мiж ротором i внутрiшньою робочою поверхнею статора, як в нерухомому ста торi ротора, так i при його обертаннi, то вони повиннi бути притиснутими до внутрiшньої робочої поверхнi статора з допомогою пружинних пристроїв. Напрямна 22 пiджимної пружини 23 своїм нижнiм кiнцем опирається на опору 24, а верхнiй кiнець цiєї напрямної розташовується у вiдповiдному свердлуваннi в лопатцi. Кожна з лопаток ротора обладнана не менше, чим двома комплектами ущiльнень 25. По положенню цих ущiльнень на фiг. 1 можна твердити також, що в мiнiмальному зазорi в контактi з внутрiшньою робочою поверхнею стато ра може знаходитись одночасно не менше, чим одне радiальне ущiльнення 26 i одна лопатка 2. Випускний канал 27 служить для випуску вiдпрацьованих газiв. Вiн надiйно охоплений рубашкою для охолоджувальної рiдини. Впускний канал 28 служить для впуску свiжої робочої сумiшi, для недопущення втрат котрої через зазори мiж ротором i вiдповiдними поверхнями кришок 29 статора в роторi розташо вано два рубежi торцеви х ущiльнень 30 ротора (див. фiг. 2). Торцевi ущiльнення розмiщеннi у вiдповiдних канавках в половинках 31 ротора, про котрi згадувалося вище. На кожну половину ротора напресованi кришки 32 ротора, на внутрiшнiх сторонах котрих виконанi канали 33, завдяки радiальному розташуванню котрих охо лоджувальне масло отримує енергiю для перетiкання по каналам 21 для вiдводу тепла вiд деталей ротора. На зовнiшнiх сторонах кришок 32 ротора виконанi цилiндричнi шипи, котрi розмiщуються в пiдшипникових втулках. Обертання ротора синхронiзується з обертанням роторiв сусiднiх секцiй двигуна з допомогою шлiцевих муфт 34, в котрих є отвори, через котрi охолоджувальне масло через штуцери 35 надхо дить для охолодження всiх де талей ротора. В половинках 31 ротора є канали 36 змащування голчастих роликiв. Через отвори 37 в кришках 32 ротора вiдбувається викид охолоджувального масла. Наступна пара таких отворiв є в правiй кришцi ротора. Таким чином здiйснено протиперетiкання охолоджувального масла для бiльш рiвномiрного вiдводу тепла вiд ротора. Отвори 38 в кришках 29 статора служать для перетi кання вiдпрацьованого масла в пiддон карте ра двигуна. На фiг. 1 положення рото ра з лопатками та стаканоподiбного золотника 14 з його дво ма впускними та двома випускними отворами, розмiри розташування котрих забезпечують необхiднi фази газообмiну при роботi двигуна, зображено в момент, 3 20035 коли свiжу робочу сумiш через впускний канал 10 втиснуто до камери згорання змiнюваного об'єму i його перекрито вже стiнкою золотника. Фронт поширення полум'я вiд електродiв запалювальної свiчки теж встиг досягти до свiжої порцiї робочої сумiшi, а вiдповiдний канал теж перекрито. А випускний отвiр золотника вiдкриває ви пускний канал 12 як тiльки "верхня" лопатка промине його нижнiй кiнець. Тодi продук ти згорання робочої сумiшi будуть тиснути на цю лопатку до то го моменту, поки вона не промине початок випускного каналу 27. I т.д. Ха рактер роботи вищезгаданих елементiв двигуна не змiниться, якщо запалювальну свiчку змiнити паливною форсун кою високого тиску, а положення контрпоршня 7 вiдрегулювати на отримання вiдповiдного тиску стисненого повiтря в камерi згорання змiнюваного об'єму. При цьому є ха рактерним те, що при переобладнаннi двигуна для спалювання дизельного пального дросельна заслiнка карбюратора вже служить для регулювання кiлькостi всмоктуваного чистого повiтря. Фiг. 1 4 20035 Фiг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 5