Ротативний двигун

1. Ротативний двигун, що має корпус, що складається з утворюючих порожнину кільця й бічних кришок з напрямними канавками й впускними й випускними вікнами, розміщений у порожнині корпусу циліндричний ротор у вигляді дисків із прорізами, у яких з можливістю руху встановлені вставки з робочими циліндрами й поршнями двосторонньої дії, які розміщені в циліндрах й мають пальці, установлені з можливістю взаємодії з напрямними канавками, який відрізняється тим, що бічні кришки виконані з металокерамічного матеріалу, прорізи в дисках ротора орієнтовані радіально C2 2 (19) 1 3 76678 4 впускними й випускними вікнами, розміщений у тання питомої потужності двигуна. порожнині корпуса циліндричний ротор, на торцях В основу винаходу поставлене завдання якого встановлені диски із прорізами, орієнтовастворити такий ротативний двигун, що у порівнянні ними радіально й, які мають у площині обертання із двигуном, обраним як прототип, мав більш висоротора дугоподібну форму, своєю опуклістю зверку функціональну й технічну ефективність. нені убік обертання ротора, робочі циліндри у виПоставлене завдання вирішується в пропоногляді прорізів фігурного профілю й поршні, поміваному ротативному двигуні, що містить корпус, щені в циліндри й, які мають напрямні пальці, що складається з утворюючих порожнину кільця й установлені з можливістю взаємодії с напрямними бічних кришок з напрямними канавками й впускниканавками (патент РФ №2158375, F02B57/00, ми й випускними вікнами, розміщений у порожнині F02B53/00, 2000) [2]. У цьому двигуні поршні викокорпуса циліндричний ротор у вигляді дисків із нані у вигляді лопаток і встановлені з можливістю прорізами, у яких з можливістю руху встановлені повороту в циліндрі навколо фіксуючих пальців, вставки фігурного профілю з робочими циліндразафіксованих у дисках ротора. Напрямні пальці ми й поршнями двосторонньої дії, поміщеними в пропущені крізь дугоподібні прорізи дисків ротора циліндри й, які мають пальці, установлені з можз можливістю зворотно-поступального переміщенливістю взаємодії з напрямними канавками. Відпоня в них. Зазор між внутрішніми поверхнями бічних відно до винаходу бічні кришки виконані з металокришок ротора, кромок порожнин, які утворюють керамічного матеріалу, прорізи в дисках ротора циліндри й поверхнею поршня перекритий ущільорієнтовані радіально й мають у площині обертанненнями. ня ротора дугоподібну форму, своєю опуклістю У порівнянні з ротативним двигуном, описаним звернені убік обертання ротора, у кільці корпуса в [1], відомий ротативний двигун дозволяє підвивиконана, принаймні, одна внутрішня порожнина, щити надійність ущільнення робочих циліндрів. що з'єднана із системою створення високого тиску, Однак в іншому такий двигун має ті ж недоліу центральній частині ротора встановлена співвіски, які властиві двигуну, описаному в [1]: низька но йому й з можливістю повороту щодо нього питома потужність і низький моторесурс і ККД. шайба із прорізами, орієнтованими під кутом до Відомий ротативний двигун, який містить коррадіуса, не рівним прямому куту, вставки виконані пус, що складається з утворюючих порожнину кідугоподібними й з можливістю переміщення в прольця й бічних кришок з напрямними канавками й різах дисків ротора, вставки мають тяги з роликавпускними й випускними вікнами, розміщений у ми, виконаними з можливістю переміщення в пропорожнині корпуса циліндричний ротор у вигляді різах шайби, а на пальці поршнів установлені дисків із прорізами, у яких з можливістю руху встаповзуни. Для досягнення більше високого резульновлені вставки фігурного профілю з робочими тату в напрямних канавках між повзунами поршнів циліндрами й поршнями двосторонньої дії, поміустановлені додаткові повзуни. Крім того, у ротащеними в циліндри й, які мають пальці, установтивному двигуні уздовж твірної ротора рівномірно лені з можливістю взаємодії з напрямними канавможуть бути встановлені магніти, уздовж твірної ками (авт. свід. СРСР №1455007, F02B57/00, 1989) кільця корпуса встановлені електричні обмотки, а [3]. Цей двигун обраний як прототип. Вставки в пальці поршнів виконані у вигляді напівпальців із ньому виконані циліндричними з можливістю попружиною, розміщеної між ними. вороту навколо своєї осі. Виконання бічних кришок корпуса з металокеУ порівнянні з ротативним двигуном, описаним рамічного матеріалу дозволяє підвищити темперав [2], відомий ротативний двигун [3] має такі перетуру поверхні бічних кришок в зоні робочого ходу ваги. поршнів без підвищення температури в інших зоНаявність поршнів двосторонньої дії дозволяє нах, тому що теплопровідність металокераміки підвищити плавність перетворення зворотноможе бути заданою значно нижче теплопровідноспоступального руху поршнів в обертовий рух роті металу. Це дозволяє підвищити ККД двигуна, що тора за рахунок зменшення динамічних навантау тепловій машині залежить від різниці температур жень на парі " палець-канавка", що веде до деякоробочого тіла під час робочого ходу й після нього. го підвищення моторесурса двигуна. Завдяки Виконання вставок у дисках ротора орієнтовапоршням двосторонньої дії збільшується питома ними радіально й, що мають у площині обертання потужність. Наявність поршнів зворотноротора дугоподібну форму, своєю опуклістю зверпоступальної дії замість поршнів "хитного" типу нені убік обертання ротора, дозволяє підвищити веде до збільшення обсягу робочих циліндрів, що плавність перетворення зворотно-поступального обумовлює підвищення ККД двигуна. руху поршнів в обертання ротора, тобто знизити Однак, так само, як і у відомих рішеннях, викодинамічні навантаження й збільшити моторесурс, ристання на пальці ролика обумовлює низький а так само усунути проблему "верхньої мертвої моторесурс двигуна, відсутність ущільнень між точки" і збільшити число циліндрів у роторі, що ротором і корпусом спричиняється низький ККД. значно збільшує сумарний робочий об'єм двигуна, Розміщення циліндрів з поршнями в циліндричних тобто питому потужність і обертаючий момент, вставках обмежує число циліндрів у роторі, не тому що одночасно кілька поршнів роблять робовиключають повністю проблеми, властиві механічий хід як до центра ротора так і від нього. змам перетворення зворотно-поступального руху Виконання в кільці корпуса, принаймні, однієї поршнів в обертовий рух ротора у верхній мертвій внутрішньої порожнини, що з'єднана із системою точці й створюють проблеми механічного резонанстворення високого тиску, дозволяє підтримувати су між частотою обертання ротора й власною часмінімальним повітряний зазор між ротором і бічтотою циліндричних вставок, що обмежує зросними кришками корпуса для забезпечення ефек 5 76678 6 тивного газодинамічного ущільнення в цьому засторонньої дії, які мають пальці 12, установлені з зорі, що створюється завдяки тому, що лінійна можливістю взаємодії з напрямними канавками 3. швидкість обертання поршня в роторі в кілька раУ кільці 1 корпуса виконана внутрішня порожнина зів вище лінійної швидкості руху поршня в цилінд13. У центральній частині ротора встановлена спірі. Таким чином, тертя відбувається тільки в парі ввісно йому й з можливістю повороту щодо нього повзун-канавка й у парі поршень-циліндр, що підшайба 14 із прорізами 15 (Фіг.1), орієнтованими під вищує моторесурс і ККД двигуна. кутом до радіуса, не рівним прямому куту. Вставки Установка в центральній частині ротора спів10 мають тяги 16 (Фіг.2) з роликами 17, виконанивісно йому й з можливістю повороту щодо нього ми з можливістю переміщення в прорізах 15 шайрухливої шайби із прорізами, орієнтованими під би 14. На пальці 12 поршнів 11 установлені повзукутом до її радіуса, не рівним прямому куту, і устани 18. У напрямних канавках 3 між повзунами 18 новка дугоподібних вставок з можливістю переміустановлені додаткові повзуни 19 (Фіг.3). Уздовж щення в прорізах дисків, а так само з'єднання їх твірної ротора рівномірно встановлені магніти 20 тягами з роликами, виконаними з можливістю пе(Фіг.4), а уздовж твірної кільця 1 корпуса встановреміщення в прорізах шайби, дозволяє регулювалені електричні обмотки 21 (Фіг.5). Пальці 12 порти ступінь стиснення робочої суміші в циліндрах шнів 11 виконані у вигляді напівпальців 22 із прудля досягнення оптимальних характеристик движиною 23, поміщеної між ними. Внутрішня гуна в різних режимах його роботи, що дозволяє порожнина 13 кільця 1 з'єднана із системою 24 підвищити обертаючий момент і ККД. створення високого тиску. Установка на пальцях поршнів повзунів знижує Робота двигуна. тиск на поверхню напрямної канавки й підвищує, Пропонований двигун працює так. При обертаким чином, моторесурс двигуна. танні ротора поршні 11 у вставках 10 рухаються Установка уздовж твірної ротора магнітів, а зворотно-поступально за рахунок взаємодії повзууздовж твірної кільця корпусу електричних обмонів 18 поршнів 11 з напрямними канавками 3 у ток дозволяє використовувати отриману електрибічних кришках 2 корпусу. При цьому у вставках чну машину як стартер, електричний генератор, 10, що виконують роль циліндрів, утворюються електродинамічне гальмо й електродвигун з більобласті розрідження й стиску. Далі розглянемо шим обертаючим моментом з використанням трароботу одного з поршнів 11 із циліндром 10. Під нсмісії теплового двигуна транспортного засобу, час руху поршня до центру ротора робоча суміш що підвищує функціональну ефективність двигуна. всмоктується через вікно 4 у розріджену частину Виконання пальців поршнів у вигляді напівпапорожнини циліндра 10. льців із пружиною, поміщеної між ними, дозволяє Після досягнення поршнем 11 найбільш блививодити їх із зачеплення з повзунами поршнів і зького положення до центру ротора починається "виключати" поршні при використанні двигуна як його рух у циліндрі 10 від центру й стиску робочої електричного. суміші, що надійшла через впускне вікно 4. ОдноУстановка між повзунами поршнів додаткових часно відбувається усмоктування через впускне повзунів з антифрикційного матеріалу, наприклад, вікно 5 робочої суміші в порожнину циліндра 10 по у напрямній канавці ліквідує єдину порожнину у іншу сторону поршня 11. В області максимального двигуні, тобто шлях для проривів і витоків газів, стиску робоча суміш запалюється. Відбувається забезпечує змащення поверхні канавки й полегробочий хід поршня 11 до центра ротора. шує зачеплення напівпальців поршнів з повзунами Сила тиску робочого тіла (запаленої робочої при включенні теплового двигуна. суміші) на поршень 11 і сила реакції опори повзуну На Фіг.1 зображений поперечний розріз про18 на поверхню напрямної канавки 3, дають у підпонованого двигуна; на Фіг.2 зображений поздовсумку моментоутворюючу силу. Через те, що у зоні жній розріз пропонованого двигуна; на Фіг.3 зозапалення робочої суміші в пропонованому двигуні бражений поперечний розріз пропонованого моментоутворююча сила не дорівнює нулю, продвигуна з додатковими повзунами; на Фіг.4 зобрацес перетворення руху поршня 11 у циліндрі 10 в жений поперечний розріз пропонованого двигуна з обертання ротора відбувається більш плавно в магнітами й електричними обмотками; на Фіг.5 порівнянні із прототипом, що підвищує моторесурс зображений поздовжній розріз пропонованого двидвигуна, його обертаючий момент і ККД. Зони рогуна з напівпальцями. бочого ходу проходять одночасно кілька циліндрів Опис конструкції. 10 з поршнями 11 у різній стадії розширення робоПропонована конструкція ротативного двигуна чого тіла в циліндрі 10. Бічні кришки 2 корпусу вимістить корпус, що складається з утворюючих поконані з композиційного металокерамічного матерожнину кільця 1 (Фіг.1) і бічних кришок 2 з напряріалу, що завдяки заданій теплопровідності мними канавками 3. У бічних кришках 2 з металозабезпечують умови для підтримки температури керамічного матеріалу виконані впускні 4 і 5 і поверхні бічних кришок 2 у зоні робочого ходу цивипускні 6 і 7 вікна. У порожнину корпуса поміщеліндрів 10 значно вище, ніж температура поверхні ний циліндричний ротор у вигляді дисків 8 (Фіг.2) із кришок 2 в інших зонах роботи двигуна. Це знижує прорізами 9, у яких з можливістю переміщення втрати енергії робочого тіла на нагрівання бічних встановлені вставки 10. Прорізи 9 орієнтовані ракришок 2 і приводить до збільшення ККД двигуна. діально й мають у площині обертання ротора дуПри русі поршня 11 до центру ротора відбувагоподібну форму, своєю опуклістю звернені убік ється стиск робочої суміші, що надійшла через обертання ротора. Вставки 10 виконані дугоподібвпускне вікно 5. По закінченню робочого ходу поними з можливістю переміщення в прорізах 9 дисршня 11 максимально стисла робоча суміш, що ків 8 ротора. У вставки 10 поміщені поршні 11 двонадійшла через впускне вікно 5, запалюється. Від 7 76678 8 бувається робочий хід поршня 11 від центра ротодозволяє без значного збільшення габаритів і мара. При цьому відпрацьоване робоче тіло випускаси одержати електричну машину з більшим оберється через вікно 6. Наприкінці робочого ходу потаючим моментом співвісно й в одному корпусі з ршень 11 досягає свого найбільшого видалення тепловим двигуном, що може служити стартером від центру ротора. При наступному русі поршня 11 для теплового двигуна, електрогенератором при до центру ротора відбувається випуск відпрацьороботі теплового двигуна, електродинамічним гаваного робочого тіла через вікно 7 з одночасним льмом транспортного засобу, електродвигуном усмоктуванням робочої суміші в порожнину цилінтранспортного засобу з використанням трансмісії дра через вікно 4. Далі цикл руху поршня 11 потеплового двигуна. Це дозволяє підвищити функвторюється. ціональну ефективність двигуна й відкриває широПід час роботи двигуна завдяки виконанню кікі можливості його застосування. льця 1 корпуса порожнім і пов'язаним із системою Для підвищення ефективності роботи двигуна 24 високого тиску зазор між ротором і бічними як електричного пальці поршнів виконані у вигляді кришками 2 автоматично підтримується мінімальнапівпальців 22, підпружинений зсередини пружиним при всіх режимах двигуна. Тобто здійснюється ною 23, і з можливістю виводу їх із зачеплення з оптимальне газодинамічне ущільнення, що забезповзунами 18 поршнів 11. Таким чином, при роботі печує підвищення ККД, питомої потужності й оберелектричного двигуна поршні 11 займають полотаючого моменту двигуна. ження на максимальному радіусі ротора й не робПри повороті шайби 14 циліндри 10 зміщаютьлять рух у циліндрах, що підвищує ефективність ся в прорізах 15 уздовж своєї дуги до центру ротороботи електричного двигуна. ра або від нього. При цьому змінюється відстань Заповнення канавки 3 додатковими пасивними від поршня 11 у верхній мертвій точці до торцевої повзунами 19, розташованими між повзунами 18 поверхні циліндра 10, тобто змінюється об'єм і поршнів 11, ліквідує єдину порожнину у двигуні, тиск у момент максимального стиску (ступінь стисчерез яку може відбуватися прорив і витік газів і ку робочої суміші), що дозволяє підвищити ККД дозволяє точно позиціонувати ланцюг з повзунів двигуна в різних режимах його роботи. 18 стосовно поршнів 11 у циліндрах 10 у момент їх При роботі двигуна повзуни 18, установлені на "включения" при переході до роботи теплового пальцях 12 поршнів 11, переміщаючись у напрямдвигуна. ній канавці 3, зменшують тиск на її поверхню, що Таким чином, пропонований ротативний двипідвищує моторесурс двигуна. гун у порівнянні із двигуном, обраним як прототип Установка на утворюючого ротора магнітів 20, має більш високу функціональну й технічну ефека на утворюючі корпуси електричних обмоток 21 тивність. 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 76678 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601