Двигун роторний внутрішнього згоряння

1 Двигун роторний внутрішнього згоряння, що складається з корпусу в якому виконані пази, впускні і випускні отвори та заглибини, ротора з двома виступами у вигляді частин циліндричної поверхні, на яких виконані заглибини, і двома западинами, котрі обмежені двома опуклими кривими поверхнями, шести заслінок, в котрих виконані заглибини, який відрізняється тим, що в двигуні додатково встановлені гідроциліндри односторонньої дії і заслінки, зв'язані з їх штоками, які переміщують заслінки до центру обертання ротора, при цьому заслінки притиснені до його кривих поверхонь, котрі переміщують заслінки від центру обертання ротора при своєму кутовому переміщенні, причому вал ротора зв'язаний з гідронасосом та пдророзподілювачем, який з'єднує синхронно кутовому положенню ротора почергово гідроциліндри попарно з напірною ЛІНІЄЮ гідронасоса при переміщенні заслінок до центру обертання ротора, а із зливною ЛІНІЄЮ гідроциліндри з'єднані пдро розподілювачем при переміщенні заслінок від центру обертання ротора і роз'єднані з напірною ЛІНІЄЮ, при цьому в зливній лінії кожного гідроциліндра встановлений гідравлічний дросель з таким пдроопором, при якому утворена ним сила протидії переміщенню відповідної заслінки є більша від максимальної виштовхувальної сили ВІДПОВІДНОГО циклу, яку сприймає відповідна заслінка 2 Двигун по п 1, який відрізняється тим, що опуклі роторні поверхні є постійного радіуса, котрий більший від радіуса виступів ротора 3 Двигун по п 1, який відрізняється тим, що упорні заслінки виконані з матеріалу на основі вуглець-вуглецевого композита, а компресійні та розділюючі заслінки виконані з антифрикційного металу і в їх частині, прилеглій до ротора, встановлений ролик, довжина якого рівна ширині заслінки, і в заслінках виконані елементи гідростатичного розвантаження ролика 4 Двигун по пп 1, 2, який відрізняється тим, що при встановлених в корпусі кількох роторах - п, цикли кожного ротора зміщені один відносно одного в інтервалі 2 т г / п , при цьому між роторами встановлені перегородки з'єднані з корпусом, а ротори зв'язані з валом шліцьовим з'єднанням Запропоноване технічне рішення відноситься до машинобудування, зокрема до двигунів внутрішнього згоряння в яких енергія теплоти безпосередньо надає обертовий рух елементу, наприклад, ротору з якого знімають потужність і може бути використане в транспортних засобах і, найбільше в автомобільній промисловості Відомий роторний двигун, наприклад, двигун Колеги складений з корпусу в якому виконаний циліндричний отвір, пази, впускні та випускні отвори, клапани, з ротору, який встановлений в циліндричний отвір корпусу та має два виступи та дві впадини, обмежені опуклими кривими поверхнями і одна поверхня містить заглибину, трьох заслінок, які встановлено в пазах корпусу[книга "Роторно поршневые двигатели внутреннего сгорания , автора Г С Маджуга, В X Подойницьн, "Знанаие", Москва, 1964, С 1 2 - 1 5 ] У відомому двигуні застосовані складні кінематичні зв'язки між валом ротора та заслінками для забезпечення поступально-зворотнього руху заслінок синхронно кутовому переміщенню ротора Найбільш близьким до запропонованого рішення є пристрій, що складається з корпусу в якому виконані пази, впускні та випускні отвори та заглибини, ротора з двома виступами у вигляді частин циліндричної поверхні на яких виконані заглибини і двома впадинами, котрі обмежені двома опуклими кривими поверхнями, шести заслінок, в котрих виконані заглибини, і який виконує ВІДОМІ О со 00 о 49083 цикли["Спосіб виконання циклів в роторному двигуні", автор Л М Скрипчук, заявка в Україні №98105300 від 07 10 1998] Пристрій працює таким чином Ротору надають кутове переміщення Спосіб передбачає наявність кінематичних зв'язків між валом ротора та засліниками, наприклад, кривошипо - шатунного механізму або механізму з діаметральним кулачком, який надає поступально - зворотній рух заслінкам синхронно кутовому переміщенню ротора Кожна заслінка, взаємодіючи з кривою поверхнею ротора, утворює дві камери, одну з яких зменшують , наближаючи до заслінки циліндричний виступ, а другий збільшують, віддаляючи від неї протилежний виступ Тобто, за один оберт ротора утворюють дванадцять камер змінного об'єму, в яких виконують цикли двигуна на одну сторону упорних заслінок - робочий цикл, а в суміжній витіснюють повітря для охолодження, по одну сторону розділюючих заслінок - витіснюють відпрацьовані гази, а в суміжний - подають робочий реагент або суміш, по одну сторону компресійних заслінок - стискають робочий реагент або суміш, а в суміжній - подають повітря для охолодження Проте, у відомому рішенні також передбачена наявність кінематичних зв'язків між валом ротора та заслінками, що збільшує габарити пристрою, його металоємність, а необхідність розміщення між роторами механізму привіду заслінок спричинює затруднене встановлення на валі більше двох роторів, запропоновані в способі закони руху заслінок творять на роторі складну криву В основу винаходу - Двигун роторний внутрішнього згоряння поставлено задачу усунути механічні кінематичні зв'язки між ротором та заслінками шляхом введення пдроприводу заслінок, щоб забезпечити зменшення габаритів двигуна та його металоємність, спростити форму опуклих поверхонь ротора, забезпечити встановлення на валі більше двох роторів Поставлена задача в запропонованому винаході вирішується тим, що в двигуні додатково встановлені гідроциліндри односторонньої дії і заслінки зв'язані з їх штоками які переміщують заслінки до центру обертання ротора, при цьому заслінки притиснені до його кривих поверхонь котрі переміщують заслінки від центру обертання ротора при своєму кутовому переміщенні, причому, вал ротора зв'язаний з гідронасосом та пдророзподілювачем, який з'єднує синхронно кутовому положенню ротора гідроциліндри попарно з напірною ЛІНІЄЮ гідронасоса при переміщенні заслінок до центру обертання ротора, а із зливною ЛІНІЄЮ гідроциліндри з'єднані пдророзподілювачем при переміщенні заслінок від центру обертання ротора і роз'єднані з нагарною ЛІНІЄЮ, при цьому в зливній лінії кожного гідроциліндру встановлений гідравлічний дросель з таким пдроопором, при якому утворена ним сила протидії переміщенню відповідної заслінки є більша від максимальної виштовхувальної сили ВІДПОВІДНОГО циклу яку сприймає відповідна заслінка При цьому, опуклі роторні поверхні є із постійного радіусу, котрий більший від радіусу виступів ротора При цьому, упорні заслінки виконані з матеріалу на основі вуглець - вуглецевого композиту, а компресійні та розділюючі заслінки виконані з антифрикційного металу і в їх частині, прилеглій до ротора, встановлений ролик довжина якого рівна ширині заслінки і в заслінках виконані елементи гідростатичного розвантаження ролика При цьому, при встановлених в корпусі кількох роторах - п, цикли кожного ротора зміщені один відносно одного в інтервалі 2ті/п, при цьому між роторами встановлені перегородки, з'єднані з корпусом, а ротори зв'язані з валом шліцевим з'єднанням Задача винаходу вирішена за рахунок того, що при установленому гідронасосом гідравлічному тиску і оптимізацм площі перерізу гідроциліндра, його шток має силу притиску заслінки до ротора більшу, ніж сила яка створена тиском газів циклу на половину площі торцевої частини заслінки прилеглої до ротора В результаті торець заслінки, при її русі до центру обертання ротора, притиснений до його кривої поверхні і цикли з двох суміжних сторін заслінки, які виконує двигун, є розділені Водночас, за рахунок того, що пдророзподілювач роз'єднав напірну ЛІНІЮ гідронасосу від гідроциліндрів і з'єднав їх із зливною ЛІНІЄЮ, а в зливну ЛІНІЮ кожного гідроциліндра встановлено гідравлічний дросель змінного опору, в результаті при своєму кутовому переміщенні криві поверхні ротора переміщують заслінки з поршнем гідроциліндра від центру обертання ротора, а пдродросель має такий пдроопір , який створює в гідроциліндрах тиск, при якому від взаємодії його з поршнем утворена сила є більша, ніж сила, яка утворена тиском газів циклу на половину площі торцевої частини заслінки прилеглої до ротора Отже, торець заслінки, при и переміщенні від центру обертання ротора, притиснений до кривої поверхні ротора і цикли з двох сторін заслінки, які виконує двигун, є розділені За рахунок того, що опуклі роторні поверхні є із постійного радіусу котрий більший від радіусу виступів ротора, в результаті досягнено спрощений технологічний процес виготовлення кривих поверхонь ротора, та покращено їх динамічний контакт з торцями заслонок За рахунок того, що упорні заслінки виконані з матеріалу на основі вуглець - вуглецевого композиту, а компресійні і розділюючі заслінки виконані з антифрикційного металу і в їх частині, прилеглій до ротора, встановлений ролик довжина якого рівна ширині заслінок і в заслінках виконані елементи гідростатичного розвантаження ролика, в результаті досягнено раціональне використання дорогих матеріалів, та досягнено не погіршення характеристик пристрою при використанні дешевих матеріалів За рахунок того, що при встановлених в корпусі кількох роторах - п, цикли кожного ротора зміщені один відносно одного в інтервалі 2ті/п, при цьому між роторами встановлені перегородки з'єднані з корпусом, а ротори зв'язані з валом шліцевим з'єднанням, в результаті досягнено рівномірність кутової швидкості вала двигуна, збільшення крутного моменту на валі, цикли між роторами 49083 розділені перегородками, та досягнено спрощену установку роторів на валі Отож, внаслідок такого причинно - наслідкового зв'язку забезпечується технічний результат запропонованого винаходу від застосування сукупних ознак винаходу, який полягає в тому, що зменшені габаритні розміри двигуна, зменшена металоємність, спрощена технологія його виготовлення, покращені його динамічні характеристики, та зменшена собівартість виготовлення двигуна На прикладених кресленнях зображено Двигун роторний внутрішнього згоряння, на Фіг 1 - розріз однороторного двигуна вздовж його осі з схематично позначеними ЗОВНІШНІМИ пристроями для створення початкового пдравлічнного тиску при запуску двигуна(виділено пунктирною рамкою) та перепускним клапаном між напірною і всмоктувальною ЛІНІЯМИ гідронасосу, на Фіг 2 - розріз по А А на Фіг 1 із зображенням елементів пдророзподілювача та з'єднанням гідравлічних ЛІНІЙ, на Фіг 3 розріз по Б - Б на Фіг 1 з схематичним зображенням гідравлічних дроселів та гідравлічних ЛІНІЙ І положенням ротора на початку циклу подачі робочого реагенту або суміші, на Фіг 4 і Фіг 5 - розріз по В - В на Фіг 1, причому на Фіг 4 - положення ротора на початку циклу стиснення робочого реагенту, або суміші, а на Фіг 5 - положення ротора на початку робочого циклу, крім того, на Фіг 3, Фіг 4, Фіг 5, Фіг 7 зображено однотипні заслінки, наприклад, з матеріалу на основі вуглець - вуглецевого композиту, на Фіг 6 - зображено виконання компресійних і розділюючих заслінок з встановленим роликом та елементами гідростатичного його розвантаження, на Фіг 7 зображено чотирьохроторний двигун з перегородками і його розрізом ВЗДОВЖ ОСІ Запропонований двигун складений з корпусу 1 з циліндричним отвором та пазами, в які встановлені компресійні заслінки 2, 3, розділюючі заслінки 4, 5, упорні заслонки 6, 7 В кожній заслонці виконана заглибина, а в пазах корпусу виконані отвори В циліндричному отворі корпусу, біля упорних заслінок, виконані заглибини, а також в корпусі виконані випускні отвори 8 9 В цилінричний отвір корпусу 1 встановлений ротор 10, який має виступи 11, 12, виконані радіусом R, на яких виконані заглибини, та дві опуклі поверхні 13, 14, виконані радіусом R1 і які мають вісь симетрії 15, причому R1 > R Заслінки 2 - 7 зв'язані з штоками ВІДПОВІДНИХ пдроцилінрів 16 - 21, які встановлені на корпусі 1 До гідроциліндрів підведені пдронапірні лінії 22, 23, 24, а також зливні лінії 25, 26, 27 В зливних ЛІНІЯХ кожного гідроциліндру встановлені гідравлічні дроселі змінного опору 28 - 33 ВІДОМІ дроселі складені з сопла з конічним отвором у вигляді усіченого конусу, який напрямлений назустріч пдропотоку В конічному отворі встановлена конічна пробка підпружинена в сторону закриття отвору Величини дроселя менший отвір усіченого конусу, довжина та кут його твірної, сила початкової деформації пружини та сила при максимальній її деформації установлені по відомим законам гідромеханіки в залежності від фізичного стану рідини та швидкості пдропотоку Вал ротору 1 зв'язаний з гідронасосом 34 що має перепускний клапан 35, яким установлений максимальний тиск в гідросистемі Відомий насос може бути як шестеренного типу з внутрішнім зчепленням який установлений на валі ротора, так і будь-якого іншого типу з приводом від вала ротору Вал ротора 1 зв'язаний також з пдророзподілювачем 36 в якому виконані щілини 37, 38, 39 для проходження напірного пдропотоку, та заглибини 40, 41, 42 для з'єднання зливних ЛІНІЙ пдропотоку Відомий пдророзподілювач може бути як з радіальним переміщенням розподільних елементів, в тому числі як однодисковий так і багатодисковий, так і з осьовим переміщенням розподільних елементів при синхронізації їх положення відносно кутовому положенню ротора Гідророзподілювач 36 притиснений до розподільного диску 43 в якому виконані отвори для з'єднання з напірними та зливними ЛІНІЯМИ пдропотоку В корпусі 1 встановлені ВІДОМІ пристрої 44, 45 для подачі палива, наприклад, двохпоршневі форсунки для легкого палива, а також елементи запалювання 46, 47, наприклад, свічки запалювання В компресійних заслонках 2, 3 та розділюючих заслонках 4, 5 встановлений ролик 48, а також в заслонках виконаний паз 49 довжина якого менша від ширини заслонки і який за допомогою отвору 50 з'єднаний з надпоршневою камерою гідроциліндру, внаслідок чого тиск рідини, який утворений у цій камері, створює тиск між роликом і заслінкою і розвантажує ролик від механічного притиску до ролика При застосуванні багатороторного двигуна, наприклад, чотирьохроторного, Фіг 7, цикли кожного ротору зміщені, напиклад, в інтервалі 2ті/4 = ті/2 і розділені між роторами перегородками 51, 52, 53, котрі з'єднані з корпусом 1 за допомогою, напиклад, штифтових елементів 54, 55, 56, а ротори зв'язані з валом за допомогою, наприклад, евольвентного шліцевого з'єднання 57 При цьому, коли ротор 10 1 виконує, наприклад, початок робочого циклу і циклу витіснення повітря для охолодження, тоді ротор 10 2 відкриває випускні отвори та встановлений перед початком циклу витіснення відпрацьованих газів та циклу подачі робочого реагенту, або суміші, ротор 10 3 - встановлений перед закінченням циклу подачі робочого реагенту, або суміші та циклу витіснення відпрацьованих газів, ротор 10 4 виконує цикл стиснення робочого реагенту, або суміші та цикл подачі повітря для охолодження Двигун працює таким чином ЗОВНІШНІМИ ВІДОМИМИ пристроями, наприклад, гідронасосом з електроприводом і елементами управління пдропотоку, створений тиск в гідросистемі двигуна Відомий пристрій, наприклад, стартер надає ротору кутове переміщення Гідророзподілювач 36 і ротор 10 мають положення Фіг 2, Фіг 3 при якому надпоршневі камери гідроциліндрів 18, 19 з'єднані за допомогою щілини 38 пдророзподілювача 36 з напірною ЛІНІЄЮ гідронасосу, при цьому заслінка 4 притиснена до поверхні 13, а заслінка 5 - до поверхні 14 і при кутовому переміщенні ротору 10 камери між ними, за напрямком обертання ротору, збільшують внаслідок того, що ротор віддаляє виступ 12 від заслінки 4, а виступ 11 від заслінки 5 В ці камери через заглибини в заслінках та ВІДПОВІДНІ 49083 їм отвори в корпусі реалізована подача робочого реагенту, або суміші Причому, подача може бути здійснена відомим методом, або самовсмоктуванням, або за допомогою примусової подачі 3 суміжної сторони цих заслінок внаслідок наближення виступу 12 до заслінки 5, а виступу 11 до заслнки 4 реалізують зменшення цих камер Коли вісь 15 буде суміщена з осями заслінок 4, 5 пдророзподілювач 36 реалізує роз'єднання лінії 23 гідроциліндрів 18, 19 з напірною ЛІНІЄЮ гідронасосу за допомогою закриття щілини 38, та з'єднання лінії 26, яка є вихідною з гідравлічних дроселів ЗО, 31, за допомогою заглибини 41 із зливною ЛІНІЄЮ пдропотоку При подальшому кутовому переміщенні ротору 10 його поверхня 13 піднімає заслінку 4, а поверхня 14 - заслінку 5 і заслінки переміщують поршні гідроциліндрів 18, 19, а останні виштовхують пдросередовище через ВІДПОВІДНІ пдродроселі ЗО, 31, котрі реалізують утворення такого тиску в гідроциліндрах, який діючи на площу поршня гідроциліндра, зумовлює притискання заслінок 4, 5 до ВІДПОВІДНИХ поверхонь 13, 14 Цикл подачі робочого реагенту, або, суміші закінчений, коли поверхня 13, Фіг 4, пройшла повз заслінку 4, а поверхня 14 повз заслінку 5 При цьому пдророзподілювач 36 за допомогою своєї впадини 40 роз'єднав вихідну ЛІНІЮ 26 пдродроселів ЗО, 31 із зливною ЛІНІЄЮ і з'єднав напірну ЛІНІЮ 22 гідроциліндрів 16, 17 за допомогою щілини 37 з напірною ЛІНІЄЮ гідронасосу В результаті заслінка 2 притиснена до поверхні 14, а заслінка 3 до поверхні 13 При подальшому кутовому переміщенні ротору 10 його виступ 12 наближають до заслінки 2, а виступ 11 до заслонки 3, при цьому зменшують камери, які обмежені ними, та стискають в цих камерах робочий реагент, або суміш 3 суміжної сторони цих заслінок виступ 11 віддаляють від заслінки 2, а виступ 12 - від заслінки 3, при цьому камери, які обмежені ними, збільшують і в ці камери через заглибини в заслінках та ВІДПОВІДНІ їм отвори в корпусі подають повітря для охолодження При суміщенні ВІСІ 15 з вісями заслонок 2, 3 пдророзподілювач 36 за допомогою щілини 37 роз'єднав нагарну ЛІНІЮ 22 гідроциліндрів 16, 17 з напірною ЛІНІЄЮ гідронасосу і з'єднав за допомогою заглибини 40 вихідну ЛІНІЮ 25 пдродроселів 28, 29 із зливною ЛІНІЄЮ Поверхня 14 надає переміщення заслонці 2 від центру обертання ротора, а поверхня 13 - заслонці 3 Функціональні взаємозв'язки між заслінками, гідроциліндрами та пдродроселями аналогічні вищеописаним Цикл стиснення робочого реагенту, або суміші та цикл подачі повітря для охолодження закінчені, коли поверхня 13 пройшла повз заслінку 3, а поверхня 14 - повз заслшку2 При цьому пдророзподілювач 36 заглибиною 40 роз'єднав ЛІНІЮ 25 пдродроселів 28, 29 від зливної лінії, а щілиною 39 з'єднав напірну ЛІНІЮ 24 гідро 8 циліндрів 20, 21 з напірною ЛІНІЄЮ гідронасосу В результаті заслінка 6, Фіг 5, притиснена до поверхні 14, а заслінка 7 до поверхні 13 в результаті чого між цими заслінками та поверхнями ротору утворені камери згоряння При цьому кутовому переміщенні ротору робочий реагент, або суміш є в стисненому стані між заслінкою 2 та поверхнею 14 і в заглибинах корпусу та ротору, а також між заслінкою 3 та поверхнею 13 і в заглибинах корпусу та ротору При використанні робочої суміші и запалюють свічками 46, 47, а при використанні робочого реагенту, напиклад, повітря, здійснюють вприск форсунками 44, 45 палива, наприклад, бензину та запалюють Запалена суміш через заглибини в корпусі та роторі поступає в вищевказані камери згоряння і пара сил двох робочих циклів надає ротору кутове переміщення При цьому здійснюють відключення від двигуна ЗОВНІШНІХ пристроїв Робочі камери в яких здійснюють термодинамічний процес розширення збільшують внаслідок віддалення виступу 11 від заслінки 6, та виступу 12 від заслінки 7, а суміжні цим заслінкам камери, які містять повітря для охолодження, зменшують внаслідок наближення виступу 12 до заслінки 6, та виступу 11 до заслінки 7, в результаті чого повітря для охолодження витискують спочатку через випускні отвори 8, 9, а потім через заглибини в заслінках 6, 7 та ВІДПОВІДНІ їм отвори в корпусі При суміщенні ВІСІ 15 з вісями заслінок 6, 7, пдророзподілювач 36 за допомогою щілини 39 роз'єднав напірну ЛІНІЮ 24 гідроциліндрів 20, 21 з напірною ЛІНІЄЮ гідронасосу і з'єднав за допомогою заглибини 42 вихідну ЛІНІЮ 27 пдродроселів 32, 33 із зливною ЛІНІЄЮ Поверхня 14 надає переміщення заслонці 6 від центру обертання ротору, а поверхня 13 - заслонці 7 Функціональні взвємозв'язки між заслінками, гідроциліндрами та пдродроселями - вищеописані Робочий цикл та цикл витіснення повітря для охолодження закінчені, коли поверхня 14 пройшла повз заслінку 6, а поверхня 13 - повз заслінку 7 При цьому виступ 11 пройшов повз заслінку 5, а виступ 12 повз заслінку 4 В результаті відпрацьовані гази під дією залишкового тиску виходять через випускні отвори 8, 9, а всі взаємозв'язки між елементами двигуна установлені, як на Фіг 1 Під дією робочих циклів ротор отримав кутове переміщення і свій виступ 11 віддаляє від заслінки 5, а виступ 12 від заслінки 6 і в утворені камери через заглибини в цих заслінках та ВІДПОВІДНІ їм отвори в корпусі поступає робочий реагент, або суміш Одночасно ротор наближає виступ 11 до випускного отвору 8 і виступ 12 до випускного отвору 9 і через них витіснює залишки відпрацьованих газів Двигун працює, виконує ВІДОМІ ЦИКЛИ, приводить в дію гідронасос 34, який створює необхідний тиск в гідросистемі двигуна 49083 10 11 49083 »Ir,7 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 12