Ротативний гібридний двигун

Реферат: Ротативний гібридний двигун містить корпус, що складається із утворюючих порожнину кільця і бічних кришок із напрямними канавками, впускними та випускними вікнами, розміщений в порожнині корпусу циліндричний ротор у вигляді дисків із прорізами. Прорізи орієнтовані радіально і мають в площині ротора дугоподібну форму. В прорізах встановлені дугоподібні вставки, які є робочими циліндрами, із поршнями двобічної дії. На периферії корпусу встановлені електричні обмотки. Відповідно до винаходу співвісно з ротором з боку впускних вікон встановлено нагнітаючу крильчатку, яка має встановлені на периферії магніти та з'єднана з валом ротору керованою муфтою і редуктором, який забезпечує обертання крильчатки в протилежному від ротору напрямку, повзуни поршнів виконані з секцій, яки надягнені на пласкі пружини, що закріплені на пальцях поршнів, в секціях повзунів влаштовані короткозамкнені електричні обмотки, а під поверхнею направляючих канавок встановлені магніти. Таке конструктивне виконання підвищує ККД, надійність та питому потужність гібридного двигуна в порівнянні з двигуном-аналогом завдяки кращому наповненню циліндрів повітрям, зменшенню тиску та тертя в парі повзун-канавка, забезпеченню роботи електричного двигуна при непрацюючому тепловому. UA 98418 C2 (12) UA 98418 C2 UA 98418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до двигунобудування, зокрема до роторно-поршневих двигунів внутрішнього згоряння, і може бути використаний як силова установка в різних машинах, зокрема для транспортних засобів. Відомо про роторний двигун (патент РФ № 2158375, F02B57/00, F02B53/00, 2000) [1], який містить корпус, що складається з утворюючих порожнину кільця й бічних кришок з напрямними канавками й впускними й випускними вікнами. У порожнині корпуса розміщений циліндричний ротор, на торцях якого встановлені диски із прорізами, орієнтованими - радіально. Диски мають у площині обертання ротора дугоподібну форму, своєю опуклістю звернені у бік обертання ротора. Робочі циліндри у вигляді прорізів фігурного профілю й поршні, поміщені в циліндри й, які мають напрямні пальці, установлені з можливістю взаємодії з напрямними канавками. У цьому двигуні поршні виконані у вигляді лопаток і встановлені з можливістю повороту в циліндрі навколо фіксуючих пальців, зафіксованих у дисках ротора. Напрямні пальці пропущені крізь дугоподібні прорізи дисків ротора з можливістю зворотно-поступального переміщення в них. Зазор між внутрішніми поверхнями бічних кришок ротора, кромок порожнин, які утворюють циліндри й поверхнею поршня перекритий ущільненнями. Відомий роторний двигун дозволяє підвищити надійність ущільнення робочих циліндрів. Використовування на пальці ролика обумовлює низький моторесурс двигуна, відсутність ущільнень між ротором і корпусом обумовлює низький ККД. Відомий ротативний двигун (авт. свід. СРСР № 1455007, F02B57/00, 1989) [2], який містить корпус, що складається з кільця й бічних кришок, утворюючих порожнину. Бічні кришки мають напрямні канавки й впускні й випускні вікна. У порожнині корпуса розміщений циліндричний ротор у вигляді дисків із прорізами, у яких з можливістю руху встановлені вставки фігурного профілю з робочими циліндрами й поршнями двосторонньої дії, поміщеними в циліндри. Вставки мають пальці, установлені з можливістю взаємодії з напрямними канавками. Вставки виконані циліндричними з можливістю повороту навколо своєї осі. Наявність поршнів двобічного дії дозволяє підвищити плавність перетворення поворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух ротора за рахунок зменшення динамічних навантажень на пару "палець канавка", що веде до деякого підвищення моторесурсу двигуна. Завдяки поршням двобічного дії збільшується потужність. Проте, так само, як і у рішенні [1], використовування на пальці ролика обумовлює низький моторесурс двигуна, відсутність ущільнень між ротором і корпусом обумовлює низький ККД. Розміщення циліндрів із поршнями в циліндричних вставках обмежує число циліндрів в роторі, і створює проблеми механічного резонансу між частотою обертання ротора і власною частотою циліндрових вставок, що обмежує зростання питомої потужності двигуна. Відомий ротативний гібридний двигун, вибраний як прототип (патент України № 76678UA, F02B57/00, 2006) [3]. Двигун містить корпус, що складається з виконаних з металокерамічного матеріалу кільця й бічних кришок, які утворюють порожнину, в кришках виконані напрямні канавки та впускні і випускні вікна. В порожнині корпусу розміщений циліндричний ротор у вигляді дисків із прорізами. В прорізах установлені дугоподібні вставки із робочими циліндрами і поршнями двобічного дії, поміщеними в циліндри і забезпеченими пальцями, встановленими із можливістю взаємодії із напрямними канавками. Бічні кришки корпусу виконані із металокерамічного матеріалу, прорізи в дисках ротора орієнтовані радіально і мають в площині ротора дугоподібну форму, а на пальці поршнів установлені повзуни, і в напрямних канавках між повзунами поршнів установлені додаткові повзуни. Кільце корпусу забезпечено пристроєм регулювання зазору між ротором і бічними кришками корпусу. Виконання бічних кришок корпусу із металокерамічного матеріалу дозволяє підвищити температуру поверхні бічних кришок в області робочого ходу поршнів без підвищення температури в інших областях, і відповідно підвищити ККД двигуна. Виконання вставок в дисках ротора орієнтованими радіально, що мають в площині обертання ротора дугоподібну форму, своєю опуклістю звернуті у бік обертання ротора, дозволяє знизити динамічні навантаження і збільшити моторесурс, а також збільшити число циліндрів в роторі, що веде до підвищення питомої потужності і обертаючого моменту, оскільки одночасно декілька поршнів здійснюють робочий хід як до центру ротора, так і від нього. Розташування постійних магнітів в периферійній частині ротору та електричних обмоток навколо них поєднують тепловий та електричний двигун в одному корпусі, тобто створюють гібридний двигун. Електрична частина двигуна виконує функції стартера, генератора, електродинамічного гальма та двигуна при непрацюючим тепловому двигуні. Недоліком двигуна-прототипу є те, що повзуни поршнів двигуна-прототипу під час робочого ходу поршнів зазнають значне питоме навантаження на поверхню, яка взаємодіє з поверхнею напрямної канавки, що створює ризик передчасного руйнування. Суттєвим недоліком також є неможливість роботи електричного двигуна без обертання ротора теплового двигуна, що 1 UA 98418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 призводить до втрат енергії на переміщення поршнів в циліндрах ротора. В деяких випадках інерційні властивості двигуна, обумовлені суттєвою масою ротора, що обертається на великих обертах, є негативними через утворення значної коріолісової сили при зміненні положення вісі двигуна. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити гібридний ротативний двигун, щоб він, в порівнянні з відомим, мав би більший ККД, питому потужність та надійність. Поставлена задача, згідно з винаходом, вирішується наступним чином: співвісно з ротором на окремому валу зі сторони впускних вікон встановлено нагнітаючу крильчатку, яка має встановлені на периферії магніти та з'єднана з валом ротору керованою муфтою і редуктором, який забезпечує обертання крильчатки в протилежному від ротору напрямку. Це забезпечує поліпшене надання повітря до впускних вікон теплового двигуна, можливість роботи електричного двигуна без обертання ротору теплового двигуна, зниження величини коріолісової сили при зміні положення вісі двигуна, тобто забезпечує підвищення ККД і питомої потужності гібридного двигуна. Задля підвищення надійності роботи двигуна повзуни поршнів виконані з секцій, які надягнені на пласкі пружини, що закріплені на пальцях поршнів, в секціях повзунів влаштовані короткозамкнені електричні обмотки, а під поверхнею направляючих канавок встановлені магніти, що зменшує тиск та тертя поверхонь повзунів і напрямної канавки. Опис конструкції. На фіг. 1 зображений поперечний переріз пропонованого двигуна, на фіг. 2 - фрагмент поздовжнього перерізу пропонованого двигуна, на фіг. 3 - повзун поршня в напрямної канавці. Пропонована конструкція ротативного гібридного двигуна містить корпус, що складається із утворюючих порожнину кільця 1 (фіг. 1) і бічних кришок 2 із напрямними канавками 3. В бічних кришках 2 із металокерамічного матеріалу виконані впускні 4 і 5 та випускні 6 і 7 вікна. В порожнину корпусу поміщений циліндричний ротор у вигляді дисків 8 (фіг. 2) із прорізами 9, в яких установлені дугоподібні вставки 10. Прорізи 9 орієнтовані радіально і мають в площині обертання ротору дугоподібну форму, своєю опуклістю звернуті убік обертання ротору. У вставки 10, які є циліндрами, поміщені поршні 11 двобічного дії, забезпечені пальцями 12 (фіг. 3), встановленими із можливістю взаємодії із напрямними канавками 3. На пальці 12 поршнів 11 установлено повзуни 13 складені із пласких пружин 14 і секцій з короткозамкненими гілками 15. Між повзунами 13 встановлені додаткові повзуни 16. В бічних кришках під поверхнею напрямних канавок 3 поміщені магніти 17. Співвісно з ротором двигуна з боку впускних вікон 4 і 5 встановлена крильчатка 18 з магнітами 19, яка з'єднана з ротором через керовану муфту 20 і редуктор 21. На корпусі двигуна встановлені електричні обмотки 22. Вал крильчатки 23 є валом відбору потужності гібридного двигуна. Робота двигуна. Теплова частина пропонованого гібридного двигуна працює наступним чином: при обертанні ротору поршні 11 виконують поворотно-поступальний рух в циліндрах 10, які послідовно суміщаються з впускними вікнами 4 і 5, зонами стискування і робочого ходу, випускними вікнами 6 і 7. При працюючому тепловому двигуні вал ротору та вал крильчатки з'єднанні муфтою 20 і крильчатка 18 примусово надає повітря до впускних вікон 4 і 5, а електрична машина, яка складається з магнітів 19 і обмоток 22, працює в режимі стартера, генератора та електродинамічного гальма в системі рекуперації енергії. Цім досягається підвищення питомої потужності та ККД двигуна. При цьому крильчатка обертається в бік, протилежний напрямку обертання ротору, що забезпечується редуктором 21. Цим досягається зменшення коріолісової сили, яка виникає під час змінення положення вісі двигуна. В режимі електричного двигуна муфта 20 роз'єднує вали ротора та крильчатки і валом відбору потужності є вал крильчатки 23. Ротор теплового двигуна при цьому не обертається. Цим досягається підвищення ККД гібридного двигуна. Повзуни 13 поршнів, складені із пласких пружин 14 і секцій із короткозамкненими гілками 15, рухаються в напрямних канавках і повторюють завдяки пружинам їх форму перемінної кривизни. Цим досягається більш повний контакт поверхонь повзунів з поверхнями канавок, що зменшує тиск в цьому контакті та надає можливість оптимізувати форму канавок в більш широких межах. Елементи електромагнітної системи, якими є короткозамкнені гілки секцій 15 та магніти 17 під поверхнею канавок, зменшують при русі повзунів в канавках взаємний тиск та тертя, що підвищує ККД та надійність роботи двигуна. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Ротативний гібридний двигун, який містить корпус, що складається з виконаних з металокерамічного матеріалу бічних кришок та кільця, які утворюють порожнину, в кришках 2 UA 98418 C2 5 10 виконані напрямні канавки та впускні і випускні вікна, у порожнині корпуса розміщено циліндричний ротор у вигляді дисків із прорізами, які орієнтовані радіально, мають у площині обертання ротора дугоподібну форму і своєю опуклістю звернені у бік обертання ротора, у прорізах встановлені дугоподібні вставки, які є циліндрами з поршнями двобічної дії, поршні мають пальці, встановлені з можливістю взаємодії з напрямними канавками, на пальцях встановлені повзуни, а периферія корпусу оснащена електричними обмотками, який відрізняється тим, що співвісно з ротором на окремому валу з боку впускних вікон встановлено нагнітаючу крильчатку, на периферії якої встановлені магніти, крильчатка з'єднана з валом ротора керованою муфтою і редуктором, який забезпечує обертання крильчатки в протилежному від ротора напрямку. 2. Двигун за п. 1, який відрізняється тим, що повзуни поршнів виконані з секцій, які надягнені на пласкі пружини, що закріплені на пальцях поршнів, в секціях повзунів влаштовані короткозамкнені електричні обмотки, а під поверхнею напрямних канавок встановлені магніти. 3 UA 98418 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4