Роторний лопатево-редукторний двигун внутрішнього згоряння

1. Роторний лопатево-редукторний двигун внутрішнього згоряння, що складається зі статора, двох співвісних роторів з двома лопатями на кож 3 шнього згоряння подібні до прототипу (Фіг.1-7). Варіантів конструкції, розташування та забезпечення кінематичного зв'язку між агрегатами двигуна може бути декілька. Його головними складовими є: статор з двома роторами та редуктор. Приклад варіанту конструкції редуктора зображено на схемах (Фіг.5, 6, 7). Зокрема, використано наступні умовні позначення елементів двигуна: 1, 3 - лопаті першого ротора, посаджені жорстко на валу 5; 2, 4 - лопаті другого ротора, посаджені жорстко на валу 6; 5, 6 - вали першого та другого роторів, на яких жорстко установлено по дві лопаті (1, 3 та 2, 4), кожний з яких установлено на окремих підшипниках (не показані), які безпосередньо або через спеціальні передаючі пристрої кінематично пов'язані з відповідними валами редуктора, на яких жорстко встановлені по дві двохзубі шестерні під кутом 90 градусів одна відносно іншої (відповідно 21 і 27 та 22 і 28), з яких по одній (21 та 22) - для забезпечення взаємодії з шестернями (відповідно 23 та 24) головного вала (19), а дві інші (27 та 28) з шестернями (відповідно 25 та 26) допоміжного пристрою (20); 7, 8 - впускний отвір (7) для подачі пальної суміші (в карбюраторних двигунах) чи повітря (в дизельних) та відповідно випускний отвір (8) - для вихлопу відпрацьованих газів; 9 - свічка запалювання (у карбюраторних двигунах) або форсунка для вприскування дизельного палива (у дизельних двигунах); 10 - внутрішня циліндрична робоча поверхня блока двигуна (статора); 11, 12, 13, 14 - камери впуску (11), стискування (12), згоряння та розширення (13) та вихлопу (14), що утворюються одночасно в різних об'ємних зонах циліндра статора (10) завдяки механізму взаємного розташування лопатей роторів (1, 2, 3 та 4), в процесі роботи двигуна; 21, 27 - шестерні редуктора, жорстко встановлені на валу першого ротора (5) під кутом 90 градусів одна відносно іншої, причому, перша (21) для забезпечення взаємодії з шестернею (23) головного вала (19), а друга (27) - з шестернею (25) допоміжного пристрою (20); 22, 28 - шестерні редуктора, жорстко встановлені на валу другого ротора (6) під кутом 90 градусів одна відносно іншої, причому, перша (22) для забезпечення взаємодії з шестернею (24) головного вала (19), а друга (28) - з шестернею (26) допоміжного пристрою (20); 19 - головний вал відбору потужності двигуна, встановлений на підшипниках в корпусі редуктора (не показано), на якому під кутом 90 градусів одна відносно іншої жорстко встановлені шестерні (23 та 24), кінематично пов'язані попарно з відповідними шестернями (21 та 22) валів роторів (5 та 6); 20 - вал допоміжного пристрою, встановлений в корпусі редуктора на підшипниках (не показано), на якому під кутом 90 градусів одна відносно іншої жорстко установлені шестерні (25 та 26), кінематично пов'язані попарно з відповідними шестернями (27 та 28) валів роторів (5 та 6); 83853 4 23, 24 - управляючі шестерні редуктора, жорстко встановлені на головному валі відбору потужності двигуна (19), кінематично пов'язані попарно з відповідними шестернями (21 та 22) валів роторів (5 та 6); 25, 26 - шестерні допоміжного пристрою редуктора, жорстко встановлені на валу (20) під кутом 90 градусів одна відносно іншої, кінематично пов'язані попарно з відповідними шестернями (27 та 28) валів роторів (5 та 6); V1, 3 - швидкість обертання лопатей (1 і 3) та валу (5) першого ротора; V2, 4 - швидкість обертання лопатей (2 і 4) та валу (6) другого ротора; Мкр.1, Мкр.2 - крутні моменти, зумовлені дією сили тиску робочого тіла в камері згоряння (13) на відповідні лопаті (1, 2, 3, 4), що передаються від валів роторів (5 та 6) і встановлених на них жорстко шестерень (21 та 22) до управляючих шестерень (23 та 24) головного вала (19), які співпадають за напрямом та зумовлюють обертання лопатей, валів та шестерень в напрямі, необхідному для забезпечення роботи двигуна; Мкр.3, Мкр.4 - крутні моменти, зумовлені взаємодією шестерень валів роторів (21 та 22) з управляючими шестернями (23 та 24), що передаються до головного вала (19), які співпадають за напрямом та зумовлюють обертання головного вала двигуна в напрямі, необхідному для забезпечення його роботи; Мкр.5, Мкр.6 - крутні моменти, що виникають після запалювання пальної суміші та початкової фази розширювання робочого тіла в камері згоряння двигуна (13), які зумовлюють можливість систематичного виникнення загрози обертання валів роторів (5 та 6) і встановлених на них жорстко шестерень (21, 27 та 22, 28) в напрямі, протилежному роботі двигуна, та створюють загрозу виходу із зачеплення шестерень (21 та 22) з відповідними шестернями (23 та 24) головного вала (19), що, при відсутності допоміжного пристроюю, обмежує дієздатність роторного двигуна; Мкр.7, Мкр.8 - крутні моменти, зумовлені дією сил інерції елементів двигуна, що набули певних обертів та передаються від головного вала (19) і управляючих шестерень (23 та 24) до шестерень (21 та 22) валів роторів (5 та 6), які співпадають з необхідним напрямом обертання і сприяють забезпеченню стабільної роботи двигуна; Мкр.9, Мкр.10, Мкр.11, Мкр.12 - крутні моменти, зумовлені взаємодією шестерень валів роторів (27 та 28) з шестернями (25 та 26), допоміжного пристрою (20), що співпадають з необхідним напрямом обертання та забезпечують надійну роботу двигуна. Крутні моменти від валів роторів почергово передаються до управляючого редуктора, який забезпечує перетворення змінної кутової швидкості обертання лопатей роторів в рівномірну швидкість обертання головного вала двигуна подібно до прототипу. Почерговий рух двох співвісних роторів (5 та 6) зумовлений дією на їх лопаті (1, 2, 3 та 4) сили тиску робочого тіла в камері згоряння (13) та взаємодією валів і шестерень спеціального управляючого редуктора. Лопаті та вали роторів обер 5 таються в середині робочого циліндра (10) навколо нерухомої осі в одному напрямі зі змінною швидкістю, кожна з яких (V1,3 та V2,4) почергово змінюється від мінімальної (Vmin) до максимальної (Vmax) і навпаки двічі за повний оборот валів із зміщенням їх по фазі одна відносно іншої на 90 градусів, як це зображено на графіку (Фіг.3). Надзвичайно важливим вузлом редуктора запропонованого роторного двигуна є допоміжний пристрій (20, 25, 26). Він забезпечує надійність передачі крутних моментів від валів роторів (5 та 6) до вала відбору потужності двигуна (19) протягом всіх фаз обертання головного вала, включаючи критичні моменти. З рівня техніки відомо, що пари взаємодіючих двохзубих шестерень самостійно працювати не можуть через самогальмування в певних положеннях. Введення допоміжного пристрою вирішує це технічне завдання. Ефект досягається завдяки тому, що вал (20) та встановлені на ньому жорстко під кутом 90 градусів одна відносно іншої двохзубі шестерні допоміжного пристрою (25 та 26) забезпечують почергову передачу у відповідних фазах крутних моментів від шестерні (27) одного валу ротора (5) до шестерні (28) іншого валу ротора (6) і навпаки, забезпечуючи таким чином безперервність передачі крутних моментів від валів роторів (5 та 6) до головного валу двигуна (19). Запропонована конструкція елементів редуктора та механізм їх взаємодії забезпечує надійне перетворення змінної кутової швидкості обертання валів роторів в рівномірну швидкість обертання головного вала двигуна без зупинки його рухомих частин, що суттєво зменшує непродуктивні витрати енергії двигуна на запинку та розгін лопатей та валів роторів, сприяє досягненню оптимальних обертів головного вала, забезпечує надійну та ефективну роботу двигуна. При цьому непродуктивні втрати енергії двигуна становлять не більше 5-10 %. Встановлення на валах редуктора двохзубих шестерень забезпечує такі переваги в порівнянні з прототипом: 1. Висока надійність механізму перетворення змінної кутової швидкості обертання валів роторів в рівномірну швидкість обертання головного вала двигуна. 2. Розташування лопатей, валів і шестерень двигуна в заданому передстартовому стані, необхідному для його запуску та стійкої роботи. 3. Зменшення тертя і шумів та виключення загрози заклинювання чи руйнування зубів при високих обертах редуктора, що імовірно при використанні комбінованих шестерень в двигуні-прототипі. 4. Виготовлення, спеціальна обробка зовнішньої гладкої шліфованої поверхні, попарна установка та взаємодія двохзубих шестерень на порядок простіше і дешевше, ніж комбінованих шестерень. 5. Розташування всіх вісей валів і шестерень редуктора на одній горизонталі (Фіг.5, 6, 7) дозволяє суттєво підвищити стійкість динамічних харак 83853 6 теристик, зменшити габарити по висоті та покращити умови змащення деталей двигуна. В результаті зазначених переваг запропонований роторний лопатево-редукторний двигун внутрішнього згоряння забезпечує підвищення к.к.д. до 90-95%, в той час коли звичайні ДВЗ мають цей показник на рівні 40-45%, а інші роторні двигуни до 60%. Відповідно зменшуються питомі витрати пального в 1,5-1,8 разів, підвищується надійність та довговічність експлуатації двигуна, зменшується забруднення навколишнього природного середовища. Конкретна конструкція двигуна на основі використання запропонованих пристроїв може вибиратися виробником в залежності від рівня технології, заданої потужності та призначення. При цьому співвісні двохлопатеві ротори можуть розташовуватися як один поряд з іншим вздовж однієї осі в середині робочого циліндра статора, так і один в середині іншого навколо спільної нерухомої центральної осі обертання двигуна. Може також змінюватися місце розташування управляючого редуктора як в єдиному блоці поряд з роторами так і окремим пристроєм, що включає відповідний механізм його кріплення та передачі крутних моментів від роторів до валів та шестерень, певні варіанти подачі пальної суміші та відведення відпрацьованих газів, ущільнення рухомих елементів з метою забезпечення необхідної компресії в камерах впуску, стискування, згоряння та випуску. Виготовлення додаткових впускних (29) та випускних (30) отворів статора забезпечує формування, розмежування та одночасне функціонування двох пар впускних (11) та випускних (14) камер завдяки взаємному розташуванню двох пар лопатей (1, 3 та 2, 4) роторів (5 та 6) в середині робочого циліндра статора (10), про що зазначено в п.2 формули винаходу. Це дозволяє переводити роботу двигуна в режим турбіни (Фіг.8). Така конструкція та режим роботи може використовуватися для досягнення необхідних обертів двигуна при його запуску або в якості додаткового (резервного) режиму роботи, за умови систематичної подачі до впускних камер робочого тіла від зовнішнього джерела енергії (наприклад, стисненого газу чи рідини під тиском). Для забезпечення можливості запуску двигуна в режимі турбіни та переведення його в звичайний режим роботи додаткові впускні (29) та випускні (30) отвори обладнуються клапанами (не показано). Найкомпактніша конструкція досягається за умови розташування блока статора із роторами безпосередньо над редуктором. При цьому корпус редуктора доцільно використовувати в якості основи двигуна, а кінематичний зв'язок валів роторів з відповідними валами редуктора забезпечувати, наприклад, завдяки встановленню двох пар жорстко посаджених на них звичайних шестерень або шківів ремінної передачі рівного радіусу, розташованих симетрично по обидва боки машини (не показано). 7 83853 8 9 83853 10 11 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 83853 Підписне 12 Тираж 28 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