Роторний лопатево-редукторний двигун або машина внутрішнього згоряння

Роторний лопатево-редукторний двигун або машина внутрішнього згоряння, що складається зі статора, двох співвісних роторів з двома лопатями на кожному та редуктора, який відрізняється тим, що редуктор складається із головного вала, валів роторів та вала допоміжного торсіонного пристрою, на яких установлені комбіновані шестерні, вінці яких мають форму спряжених опуклих та увігнутих дуг, а зачеплення зубів забезпечує кінематичний зв’язок шестерень валів роторів з шестернями головного вала та шестернями допоміжного торсіонного пристрою. (19) (21) a200507283 (22) 22.07.2005 (24) 16.01.2006 (46) 16.01.2006, Бюл. № 1, 2006 р. (72) Бубліков Володимир Ілліч, Самко Іван Олександрович, Самко Святослав Іванович (73) Бубліков Володимир Ілліч, Самко Іван Олександрович, Самко Святослав Іванович (56) UA 38045, F01С1/077, 15.05.2001 DE 4436822, F01С1/077, 11.05.95 US 5083539, 123/210, 28.01.92 WO 8605548, F01С1/077, 25.09.86 WO 8700573, F01С1/077, 29.01.87 3 74755 4 гого ротора. сил обертання валів роторів (5 та 6) і встановлеСтупінь стиску робочої суміші в камері стискуних на них жорстко шестерень (15 та 16) в моменвання (12) та робочий тиск у камері згоряння (13), ти запалювання пальної суміші та початкової фази розміри крутних моментів, що передаються від розширювання робочого тіла в камері згоряння валів роторів (5 та 6) до головного валу (19) у двигуна (13), які не співпадають за напрямом та відповідні проміжки часу, а також співвідношення створюють загрозу виходу із зачеплення шестеміж максимальною і мінімальною швидкостями рень (15 та 16) з відповідними управляючими шесобертання роторів визначається співвідношенням тернями (17 та 18), що зростає по мірі збільшення розмірів великої та малої вісей еліпсних шестеспіввідношення між розмірами великої та малої рень. вісей еліпсних шестерень і відповідно обмежує Можливість досягнення оптимальних можливості щодо підвищення ефективності роботи співвідношень розмірів великої та малої вісей двигуна; еліпсних шестерень обмежується загрозою виходу Мкр.7, Мкр.8 - крутні моменти, зумовлені дією із зачеплення їх зубів при певних фазах взаємного сил інерції елементів двигуна, що набули певних розташування валів роторів та шестерень, як це обертів та передаються від головного вала (19) до зображено на схемах (фіг. 4 та 5), що є важливим управляючих шестерень (17 та 18), співпадають з стримуючим фактором підвищення ефективності необхідним напрямом їх обертання і сприяють роботи двигуна. На схемі (фіг. 4) для прикладу забезпеченню стабільної роботи двигуна. зображено чотири із восьми фаз взаємного розЗавданням винаходу є вдосконалення способу ташування лопатей роторів та відповідні фази роботи роторного двигуна або машини шляхом взаємного розташування еліпсних шестерень (фіг. введення спеціального редуктора з метою 5). Зокрема, використано наступні умовні познапідвищення його ефективності завдяки досягненчення елементів, сил та крутних моментів двигуна ню близького до оптимального ступеня стискуванв доповнення до наведених вище: ня робочої суміші в камерах стискування та зго15, 16 - еліпсні шестерні, жорстко встановлені ряння при створенні різних типів двигунів на валах відповідно першого (5) та другого (6) внутрішнього згоряння, призначених для викорироторів; стання конкретного виду пального (бензину певної 17, 18 - управляючі еліпсні шестерні, жорстко марки, дизельного палива, зрідженого газу, спирвстановлені на головному валі відбору потужності ту, інших альтернативних видів пального або їх двигуна (19); сумішей), узгодження розмірів крутних моментів 19 - головний вал відбору потужності двигуна, роторів та головного вала у відповідні проміжки на якому під кутом 90 градусів одна відносно іншої часу, що зменшує непродуктивні витрати жорстко встановлені управляючі еліпсні шестерні потужності на подолання протидії крутних (17 та 18), кінематичне пов'язані з еліпсними шесмоментів валів лопатей, спрямованих в протилежтернями валів роторів (15 та 16); них напрямках в результаті одночасного тиску роF 1, F2 – первинні сили тиску робочого тіла в бочого тіла в камері згоряння на обидві лопаті двикамері згоряння на обидві лопаті двигуна, рівні за гуна, а також забезпечення раціонального абсолютним значенням, але різної спрямованості співвідношення між максимальною і мінімальною (Fl - зумовлює обертання лопатей, валів та шестешвидкостями обертання роторів в процесі їх роборень в заданому напрямі, необхідному для забезти. печення роботи двигуна, а F2 - в протилежному, Вирішення поставленого завдання що до певної міри гальмує його роботу, зменшує досягається тим, що в лопатевий роторний ДВЗ, потужність та к.к.д.); що складається зі статора та двох співвісних F3, F4 - вторинні сили, зумовлені взаємодією роторів з двома лопатями на кожному, введено управляючих шестерень (17 та 18) робочого вала редуктор, який складається із головного вала, (19) з шестернями (15 та 16) валів роторів (5 та 6), валів роторів та вала допоміжного торсіонного що співпадають за напрямом та зумовлюють пристрою, на яких установлено комбіновані обертання лопатей, валів та шестерень в напрямі, шестерні, вінець яких має форму спряжених опукнеобхідному для забезпечення роботи двигуна; лих та увігнутих дуг, зачеплення зубів яких Мкр.1, Мкр.2 - крутні моменти, зумовлені дією забезпечує взаємодію шестерень валів роторів з сили тиску робочого тіла в камері згоряння на шестернями головного вала та допоміжного відповідні лопаті, що передаються при обертанні торсіонного пристрою, як це показано на схемах валів роторів (5 та 6) і встановлених на них жорст(фіг. 6, 7, 8, 9, 10). ко шестерень (15 та 16) до управляючих шестеВведення пропонованого редуктора в рень (17 та 18), які співпадають за напрямом та порівнянні з використанням еліпсних шестерень зумовлюють обертання лопатей, валів та шесте(двох пар некруглих зубчатих коліс) забезпечує рень в напрямі, необхідному для забезпечення наступні переваги. роботи двигуна; 1. Комбінована форма вінців шестерень Мкр.3, Мкр.4 - крутні моменти, зумовлені дозволяє значно розширити діапазон можливих взаємодією шестерень валів роторів (15 та 16) з співвідношень між розмірами великої та малої управляючими шестернями (17 та 18), що перевісей шестерень в межах, цілком достатніх для даються до головного вала (19), які співпадають за досягнення оптимальних співвідношень між напрямом та зумовлюють обертання головного об'ємами камер впуску, стискування, згоряння та вала двигуна в напрямі, необхідному для забезпевихлопу, що утворюються взаємним розташуванчення його роботи; ням лопатей, а відповідно і забезпечення оптиМкр.5, Мкр.6 - крутні моменти, зумовлені дією мальних ступенів стискування робочої суміші в 5 74755 6 камерах стискування та згоряння при 24); конструюванні різних типів двигунів внутрішнього F7, F8 - сили, зумовлені віддачею пружин згоряння, призначених для використання конкретдопоміжного торсіонного пристрою протягом ного виду пального (бензину певної марки, династупної фази взаємодії пропонованих зельного палива, зрідженого газу, спирту, інших комбінованих шестерень торсіонного пристрою (25 альтернативних видів пального або їх сумішей). та 26) з комбінованими шестернями валів роторів 2. Кінематичний зв'язок пропонованих (21 та 22), які співпадають за напрямом та систекомбінованих шестерень здійснюється завдяки матично передають через них додаткові зусилля зачепленню зубів на ділянках взаємодії переважно до шестерень головного вала (23 та 24), сприяючи випуклих та ввігнутих дуг їх вінців, що збільшує роботі двигуна, підвищенню його потужності та коефіцієнт зчеплення шестерень, а відповідно к.к.д.; підвищує надійність передачі крутних моментів від Мкр.9, Мкр.10, Мкр.11, Мкр.12 - крутні моменвалів роторів до вала відбору потужності двигуна ти, зумовлені взаємодією шестерень валів роторів (за виключенням критичних ділянок, про які зазна(21 та 22) з допоміжними шестернями торсіонного чено в наступному пункті). пристрою (25 та 26), що співпадають за напрямом 3. Допоміжний торсіонний пристрій, що та сприяють забезпеченню стабільної роботи двискладається із вала та комбінованих шестерень гуна. такої ж форми, як зазначено вище, установлених В результаті зазначених переваг пропонована валу на підшипниках і з'єднаних між собою під ний роторний лопатево-редукторний двигун або кутом 90 градусів за допомогою пружин машина внутрішнього згоряння забезпечує відповідної пружності, забезпечує надійність підвищення к.к.д. до рівня 85 - 95 %, в той час коли передачі крутних моментів від валів роторів до поршневі ДВЗ мають цей показник на рівні 35-45 вала відбору потужності двигуна протягом всіх фаз %, а більшість інших роторних ДВЗ не перевищує повного оберту головного вала, що особливо важ50-60 %. Відповідно питомі витрати пального проливо на критичних ділянках взаємодії шестерень, понованого роторного двигуна зменшуються в 1,5 коли в результаті одночасної дії первинних сил 1,8 разів в порівнінні з найпоширенішими поршнетиску робочого тіла в камері згоряння на обидві вими двигунами, а питома матеріалоємність лопаті двигуна та вторинних сил, зумовлених зменшується на 30 - 40 %. Поскільки всі чотири взаємодією управляючих шестерень головного цикли роботи пропонованого двигуна вала з шестернями валів роторів, на їх валах проздійснюються одночасно в різних його об'ємних тягом певних відрізків часу утворюються різні за зонах (камерах), що утворюються механізмом величиною крутні моменти, спрямовані як в одновзаємного розташування лопатей роторів, сумарму так і в протилежному напрямках, як це показано на питома вага тривалості робочого ходу роторів на схемі (фіг. 7). Крім того, торсіонний пристрій збільшується в 3,5 - 4 рази в порівнянні з поршнезабезпечує необхідне відносне розташування вими. Тиким чином, однаковий робочий об'єм двироторів, валів та шестерень в статичному, перегуна дозволяє досягати такої ж потужності при дстартовому стані двигуна, що особливо важливо відповідно нижчих його обертах. Або навпаки, при для його запуску та подальшої стабільної роботи. збереженні кількості обертів двигуна за одиницю На зазначеній схемі для прикладу зображено часу, є можливість відповідного зменшення його три із восьми фаз взаємного розташування пропоробочого об'єму та габаритів при тій же нованих комбінованих шестерень валів роторів потужності. Крім того, відносне збільшення (21, 22), управляючих шестерень головного вала тривалості робочого циклу зменшує вимоги щодо (23, 24) та шестерень допоміжного торсіонного октанового числа пальних сумішей, що дозволяє пристрою (25, 26), зумовлених відповідними фаефективніше використовувати дешевші марки зами взаємного розташування лопатей роторів бензину, дизельне паливо, зріджений газ, спирт, (фіг. 4). Зокрема, використано наступні умовні поінші альтернативні види пального або їх суміші, значення елементів та сил двигуна в доповнення забезпечує зменшення забруднення довкілля до наведених вище: шкідливими речовинами. Одночасне формування 20 - вал торсіонного пристрою, на якому під робочих камер в різних об'ємних зонах двигуна кутом 90 градусів одна відносно іншої за допомомеханізмом взаємного розташування лопатей гою пружин відповідної пружності на підшипниках роторів та їх послідовне переміщення навколо осі (не показано) установлені запропоновані обертання середині циліндричної робочої поверхні допоміжні комбіновані шестерні торсіонного приблока двигуна дозволяє використовувати як звистрою (25, 26), кінематичне пов'язані з чайний, так і жаровий спосіб запалювання пальної комбінованими шестернями валів роторів (21, 22); суміші, для чого в камеру згоряння F5, F6 - сили, зумовлені взаємодією пропоновстановлюється відповідна свічка запалювання ваних комбінованих шестерень валів роторів (21 (9). Підвищується надійність та довговічність та 22) з допоміжними комбінованими шестернями експлуатації пропонованих роторних лопатевоторсіонного пристрою (25 та 26), які забезпечують редукторних ДВЗ. систематичне стискування пружин цього пристрою Головними складовими двигуна, в якому в результаті додаткового навантаження в періоди використовується пропонований спосіб роботи, є: після запалювання пальної суміші та розширюван1) блок з внутрішньою циліндричною робочою ня робочого тіла в камері згоряння двигуна (13), поверхнею; що запобігає загрозі виходу із зачеплення шесте2) два співвісних двохлопатевих ротори; рень валів роторів (21 та 22) з відповідними 3) кришки блока; управляючими шестернями головного вала (23 та 4) комбіновані шестерні, вінець яких має фор 7 74755 8 му сполучених випуклих та ввігнутих дуг; робочій поверхні блока так і один всередині іншого 5) вали; навколо спільної нерухомої центральної осі обер6) підшипники; тання двигуна. Може також змінюватися місце роз7) пружини. ташування пропонованого редуктора як в єдиному Працездатність двигуна забезпечують систеблоці поряд з роторами так і окремим пристроєм, ми: приготування та подачі пальної суміші, запащо включає відповідний механізм його кріплення лювання, охолодження та змащування, які подібні та передачі крутних моментів від роторів до валів аналогічним системам інших двигунів, але значно та шестерень, певні варіанти подачі пальної суміші простіші в порівнянні з ними. Спеціальний та відведення відпрацьованих газів, ущільнення газорозподільчий механізм відсутній, поскільки в рухомих частин з метою забезпечення необхідної ньому немає потреби. Паливно-повітряна суміш у компресії в камерах впуску, стискування, згоряння карбюраторних двигунах та повітря - у дизельних та вихлопу. всмоктується до двигуна через відповідні впускні Приклад одного з можливих варіантів отвори блока або кришок блока в камеру впуску, а конструкції пропонованого редуктора зображено відпрацьовані гази виштовхуються у вихлопні кана схемах (фіг. 8, 9, 10). З метою недопущення нали через відповідні випускні отвори блока або перехрещування пропонованих комбінованих кекришок блока при обертанні лопатей роторів, які в руючих шестерень головного вала (23, 24) з процесі роботи одночасно діють подібно насосу. відповідними допоміжними шестернями Запалювання пальної суміші в карбюраторних та торсіонного пристрою (25, 26) їх розташовують в вприск палива в дизельних двигунах здійснюється різних площинах обертання. При цьому, для заподібно звичайним поршневим двигунам за допобезпечення необхідного постійного зчеплення могою від ювідно свічки або форсунки, установлевзаємодіючих елементів, товщину тіла кожної із них в корпусі чи кришці корпуса роторного ДВЗ. шестерень валів роторів (21 та 22) виготовляють Крім того, як зазначалося вище, можливе викоридещо більшою від суми товщини тіл шестерні гостання жаровної свічки запалювання пальної ловного вала (23 або 24) та відповідної допоміжної суміші (9). шестерні торсіонного пристрою (25 або 26). Конкретна конструкція двигуна на основі викоРаціональним також може бути варіант розділення ристання пропонованого способу роботи може шестерень валів роторів (21 та 22) на дві частини, вибиратися виробником в залежності від рівня кожна .з яких була б співмірна відповідній керуючій технології, заданої потужності та його призначеншестерні головного вала (23 чи 24) або допоміжній ня. При цьому співвісні двохлопатеві ротори мошестерні торсіонного пристрою (25 чи 26), що жуть розташовуватися як один поряд з іншим спрощувало б процес притирання вінців кожної з вздовж однієї осі в єдиній внутрішній циліндричній пар взаємодіючих шестерень при їх виготовленні. 11 74755 12 13 74755 14 15 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 74755 Підписне 16 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