Роторний двигун

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания с соосными роторами и эллиптическими шестернями. По общности признаков технического решения и решаемой задаче роторный двигатель по патенту США №5083539 принят за прототип [1]. Перед автором стояла задача усовершенствовать роторный двигатель, который, при использовании известных из прототипа признаков, а именно, корпуса с установленными в нем соосными роторами с перегородками, образующими рабочие камеры, вал отбора мощности и согласующего механизма с эллиптическими шестернями, содержал бы отличительные особенности, дающие возможность получить новый технический результат. Он должен состоять в том, чтобы получить двигатель, мощность которого прогрессивно превышала бы мощность известного двигателя тех же размеров. Первая отличительная особенность предлагаемого двигателя состоит в том, что соосные роторы с перегородками расположены не один за другим, а концентричне один внутри другого с образованием рабочих камер между роторами, это, а также наличие впускных окон в наружном роторе и выпускных окон и выхлопного патрубка - во внутреннем, дает возможность двигателю работать по двухтактному циклу, с впуском топливо-воздушной смеси через окна наружного, ротора и выпуском отработанных газов через выпускные окна и выхлопной патрубок внутреннего ротора. Технический результат в виде увеличения в 1,5 - 1,7 раза мощности по сравнению с четырехтактным, двигателем тех же размеров. Вторая отличительная особенность состоит в том, что в заявляемом роторном двигателе содержится множество таких пар наружных и внутренних роторов, образующих отдельные секции, размещенные равномерно по окружности и кинематически связанные через эллиптические шестерни согласующего механизма с валом отбора мощности. Технический результат в виде многократного увеличения мощности двигателя, в зависимости от числа используемых секций. Третья отличительная особенность состоит в том, что вн утренние роторы секций имеют специальные каналы сообщающие, для воспламенения топливовоздушной смеси в конце такта сжатия, рабочие камеры с установленными на наружных роторах секций калильными свечами, накал которых поддерживается температурой газов в рабочих камерах. Технический результат в виде прироста мощности за счет отсутствия отбора ее на выработку электрического тока для питания свеч. На фиг.1 изображен пятисекционный двигатель, общий вид; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б - Б на фиг.1, где показана кинематическая связь внутренних соосных роторов отдельных секций посредством эллиптических зубчаты х передач с валом отбора мощности; на фиг.4 - сечение В - В на фиг.1, где показана кинематическая связь наружных соосных роторов отдельных секций посредством эллиптических зубчаты х передач с валом отбора мощности; на фиг.5 - двигатель, продольный разрез, вид спереди; на фиг.6 - то же, вид сзади; на фиг.7 - сечение А - А на фиг.1, вариант секции двигателя с калильным зажиганием; на фиг.8 сечение А - А на фиг.1 вариант секции двигателя с искровым зажиганием; на фиг.9 - 12 - схематично различные положения эллиптических шестерен, осуществляющих кинематическую связь наружного и внутреннего соосных роторов с валом отбора мощности, и соответствующие этим положениям шестерен фазы работы секции двигателя, а именно: на фиг.9 - фаза работы секции двигателя, когда в первой паре диаметрально противоположных камер топливовоздушная смесь воспламенилась от свечи, а во второй паре камер выполняется выпуск отработанных газов и наполнение камер свежей топливовоздушной смесью; на фиг.10 - фаза работы секции двигателя, когда в первой паре диаметрально противоположных камер происходит расширение (рабочий ход), а во второй паре камер выполняется сжатие топливовоздушной смеси; на фиг.11 - фаза работы секции двигателя, когда в первой паре диаметрально противоположных камер рабочий ход завершен, начался выпуск отработанных газов и наполнение камер свежей топливовоздушной смесью, а во второй паре камер завершено сжатие топливовоздушной смеси и она воспламенилась от свечи; на фиг.12 - фаза работы секции двигателя, когда в первой паре диаметрально противоположных камер происходит сжатие топливовоздушной смеси, а во второй паре камер происходит расширение (рабочий ход). В варианте конкретного выполнения (см. фиг.1, 5, 6) двигатель содержит передний 1, промежуточный 2 и задний 3 корпусы. В центре на подшипниках 4, 5 установлен вал отбора мощности 6. На валу 6, на шлицах установлены две одинаковые по геометрии зубчатых венцов эллиптические шестерни 7, 8, причем одна относительно другой развернута вокруг своей оси на 180 градусов. На подшипниках 9, 10 равномерно по окружности расположены секции 11 (в данной конструкции их пять, см. фиг.2). Каждая секция 11 (см. фиг.5, 6, 7, 8) включает в себя наружный ротор 12, внутри которого на подшипниках 13, 14 соосно установлены внутренний ротор 15. На каждом из роторов 12 и 15 на шлицах установлены эллиптические шестерни 16, 17, которые по геометрии зубчатых венцов одинаковы с шестернями 7, 8. Эллиптические шестерни 7, 8 находятся в зацеплении с шестернями 16, 17 соответственно. На наружном роторе 12 установлены две перегородки 18, уплотнительные пластины 19, уплотнительные кольца 20, две калильные свечи 21 (фиг.7, сеч. А - А) или четыре искровые 22 (фиг.8, сеч. А - А вариант), на цилиндрической оболочке ротора выполнены два ряда 23, 24 впускных окон. На внутреннем роторе 15 установлены две перегородки 25, уплотнительные пластины 26, уплотнительные кольца 27, выхлопной патрубок 28, на цилиндрической оболочке ротора выполнены два ряда 29, 30 выпускных окон и четыре (только для варианта на фиг.7 сеч. А - А с калильными свечами) канала 31, 32, 33, 34. Подвод напряжения к свечам 21, 22 осуществляется посредством щеток 35 и кольца 36, установленного на роторе 12 (одна из щеток 35 контактирует непосредственно с ротором 12). На корпусе заднем установлены крышки 37, 38 (фиг.6), формирующие входной канал 39 для карбюрированной топливовоздушной смеси. При работе двигателя карбюрированная топливовоздушная смесь через канал 39, образованный крышками 37, 38 и окна 40 в корпусе заднем 3 подается в полость 41 промежуточного корпуса 2, откуда она через впускные окна 23, 24 в наружных роторах 12 секций попадает в рабочие камеры, в которых осуществляется двухтактный рабочий цикл. Фазы работы секций двигателя показаны на фиг.9, 10, 11, 12. Наружный 12 и внутренний 15 роторы образуют четыре рабочие камеры 42, 43, 44, 45. На наружный ротор 12 установлена эллиптическая шестерня 17, на внутренний ротор 15 - шестерня 16. Шестерни 16, 17 находятся в зацеплении соответственно с шестернями 7 и 8, установленными на валу 6. Зубча тые венцы эллиптических шестерен 7, 8, 16, 17 одинаковы, их образующая имеет точки Ymax - точка максимального радиуса, Ymin соответственно минимального. В момент работы, отображенный на фиг.9, шестерня 16 определила по углу шестерню 7 на угол a, а шестерня 17 отстала на угол - a. Этому положению шестерен согласующего механизма соответствует положение роторов 12, 15, когда камеры 42, 44 имеют минимальный объем и сжатая в них топливовоздушная смесь воспламеняется калильными свечами 21, которые сообщены с рабочими камерами 42, 44 каналами 31, 33. Камеры 43 и 45 в этот момент имеют максимальный объем, в них происходит выпуск отработанных газов через выпускные окна 29, 30 и наполнение свежей топливовоздушной смесью, поступающей через впускные окна 23, 24. На фиг.10 видно, что шестерня 16 повернулась на угол 90° - a (при повороте вала 6 на 90°), а шестерня 17 на угол 90° + a, т.е. наружный ротор 12 повернулся на больший угол чем ротор 15 на величину 2a. Камеры 42 и 44 увеличиваются в объеме, в них происходит процесс расширения (рабочий ход). Камеры 43 и 45 уменьшаются в объеме, в них идет сжатие топливовоздушной смеси. На фиг.11 видно, что повороту вала, еще на 90°, соответствует поворот шестерни 17 на угол 90° + a, а шестерни 16 - на угол 90° - a, т.е. наружный ротор 12 снова повернулся на угол 2a больший, чем внутренний ротор 15. Сжатие в камерах 43 и 45 завершилось и смесь воспламеняется свечами 21, которые сообщены с рабочими камерами 43 и 45 каналами 32 и 34. В камерах 42 и 44 происходит выпуск отработанных газов и наполнение камер свежей топливовоздушной смесью. Дальнейший поворот вала 6 на угол 90° (фиг.12) вызывает поворот шестерни 16 на угол 90° + a, а шестерни 17 на 90° - a. Теперь ротор 15 повернулся на угол на 2a, больший чем ротор 12. В камерах 42 и 44 идет сжатие, в камерах 43 и 45 расширение. Поворот вала 6 еще на 90° (фиг.9) приводит к повороту шестерни 16 на угол 90° + a, а шестерни 17 - на 90° - a. Ротор 15 повернулся на угол на 2a больший чем ротор 12. В камерах 42 и 44 сжатие смеси завершилось и она воспламеняется свечами 21. В камерах 43 и 45 идет выпуск отработанных газов через выпускные окна 29, 30 и наполнение свежей топливовоздушной смесью. Как видно из описания в диаметрально противоположных камерах 42 и 44, 43 и 45 происходят одинаковые процессы, т.е. давление в этих камерах одинаково, что исключает действие сил давления газов в радиальном направлении на подшипники 9, 10, 13, 14 опор соосных роторов 12, 15. Ротор 15 имеет боковые стенки, ограничивающие с двух сторон рабочие камеры секции. Силы давления газов в рабочих камерах в осевом направлении скомпенсированы и не нагружают подшипники 9, 10, 13, 14. Помимо описанной системы зажигания, где топливовоздушная смесь воспламеняется двумя калильными свечами, может быть реализована система зажигания с четырьмя искровыми свечами 22 (фиг.8). Для работы такой системы зажигания не требуется выполнение каналов 31, 32, 33, 34 на внутреннем роторе 15. Следует отметить, что неравномерность 1 движения соосных роторов определяется степенью сжатия в рабочих камерах и зависит от соотношения величины максимального к величине минимального радиусов эллиптических шестерен. Высокая мощность двигателя достигается тем, что на один общий вал передают свою мощность несколько секций, и тем, что в рабочих камерах секции осуществляется двухтактный рабочий цикл.