BG66017B1 - Роторен двигател - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до роторен двигател, включващ корпус (1), в който е оформено работно пространство, представляващо в частност пръстеновидно работно пространство. В работното пространство са разположени роторни тела (2, 3) с формата на работното пространство, свързани две по две така, че да оформят роторни двойки. Към всяко работно тяло (2, 3) е захванат ексцентрик (34, 35), задвижван от вала (5) на двигателя. Броят на роторните двойки (2, 3) е най-малко четири, a работното пространство е образувано от цилиндър (7) с изработени в него три броя легла за запалителни свещи (12), разположени на 120 градуса едно спрямо друго, като над цилиндъра (7) е разположен горен всмукателен диск (8) с изработени в него три броя всмукателни отвори (40), а под цилиндъра (7) е поместен долен изпускателен диск (4) с три броя изпускателни отвори (20), разположени на 120 градуса един от друг.

Description

Област иа техниката

Изобретението се отнася до роторен двигател с приложение във всякакъв вид машини.

Предшестващо състояние на техниката

От RU 2 257 476 е известен роторен двигател с вътрешно горене, включващ корпус с формата на цилиндър, в който е оформено работно пространство, представляващо в частност пръстеновидно работно пространство. В работното пространство са разположени четири роторни тела с формата на работното пространство, а по стените на работното пространство са изработени всмукателен и изпускателен канал, които създават т.нар. шибърно газоразпределение. Към всяко работно тяло е захванато зъбно колело с ексцентрик, като зъбните колела са свързани две по две така, че да оформят две двойки роторни тела. Изходният вал е разположен във вътрешността на вътрешния цилинд ър, оформящ пръстеновидното работно пространство, като оста му на въртене е изместена спрямо неподвижната ос на работната камера. При въртене на изходящия вал с равномерна скорост едната двойка зъбни колела с ексцентрици се движи с максимално ъглово ускорение, а другата с минимално. В мъртвата точка става плавна смяна на скоростите. Благодарение на това в двигателя се осъществява едновременно пускане на горивна смес през съответния канал, компресия на сместа, запалване, разширение на газовете и изпускането им през другия канал между двете двойки ротори.

Известният двигател има сравнително малка мощност и въртящ момент, конструкцията му е сложна и поради голямата маса на движещите се части с променлива скорост е подложен на големи инерционни сили, което поставя завишени изисквания към здравината на материалите, от които се изработват отделните му части.

От GB 2007771/23.05.1997г. е известен двигател с вътрешно горене, включващ две тела с ротационна форма, всяко от които има по два симетрично, по на 180° разположени плоски накрайника с правоъгълна форма. Тези тела са монтирани неподвижно на две отделни съосно раз положени оси. В краищата на двете оси съосно с тях неподвижно са монтирани по едно цилиндрично зъбно колело. Те са постоянно зацепени със зъбни колела, монтирани на две оси с обща осева линия, лагерувани към корпус. Между зъбните колела и зацепените с тях зъбни колела съществува някакво предавателно отношение примерно 2:1. Върху двете оси с обща осева линия са монтирани неподвижно две цилиндрични, но ексцентрично поставени спрямо геометричната си ос зъбни колела, които са постоянно зацепени с ексцентрично монтираните на обща ос цилиндрични зъбни колела. Геометричните оси на зъбните колела и осите на въртене на зацепените с тях зъбни колела винаги лежат в една равнина.

В известния роторен двигател за един оборот на силовия вал се осъществяват два работни такта в пространствата „А” и „D”. Работният такт в пространството „С” е във вече нов оборот на вала. При това положение в рамките на един оборот на силовия вал работните пространства „А” и „D” са завъртени едно спрямо друго и спрямо корпуса на определен ъгъл, примерно около 30°. По аналогичен начин следва да се променят местата и на следващите работни тактове, както и всички други тактове от работния процес на двигателя - пълнене; компресия; горенеразширение и продухване. При това положение пространствата, в които се осъществяват работни тактове на двигателя, изискващи херметичност на работното пространство - компресия и разширение, биха се оказали на места, където преди това са се осъществявали тактове пълнене с отворен всмукателен канал или продухване с изпускателен канал, ако газоразпределението е шибърно. От това следва, че такъв тип газоразпределение не може да се приеме в конкретния случай. Газоразпределението в този случай може да бъде само клапанно, което изисква механизми за отваряне и затваряне на клапаните, както и за синхронизиране на работата им с въртенето на роторните тела.

От факта, че между постоянно зацепените ексцентрично монтирани зъбни колела по време на въртенето им се осъществява променливо предавателно отношение, така че се променят ъгловите им скорости, т.е. оборотите им, следва, че при работа на двигателя силовият вал ще се

66017 Bl върти c променящи се обороти.

Изброените по-горе конструктивни особености на известния двигател определят сложната му конструкция, усложненото синхронизиране на момента на подаване на запалителната искра, както и незадоволителни кинематични и динамични показатели на двигателя.

Техническа същност на изобретението

Съответно целта на настоящото изобретение е да се създаде роторен двигател с повишена ефективност на работните процеси, многократно повишени литрова мощност (к.с./1) и въртящ момент, с опростена конструкция и технология на изработка.

Целта е постигната като е създаден роторен двигател, включващ корпус, в който е оформено работно пространство, представляващо в частност пръстеновидно работно пространство. В работното пространство са разположени роторни тела с формата на работното пространство, свързани две по две така, че с крайните си челни повърхнини да оформят роторни двойки, чийто брой е най-малко четири. Към всяко работно тяло е захванат ексцентрик, задвижван от вала на двигателя. Работното пространство е образувано от цилиндър с изработени в него три броя легла за запалителни свещи, разположени на 120° едно спрямо друго, като над цилиндъра е разположен горен всмукателен диск с изработени в него три броя всмукателни отвора, а под цилиндъра е поместен долен изпускателен диск с три броя изпускателни отвори, разположени на 120° един от друг.

В един вариант на изпълнение на роторния двигател ексцентрикът представлява зъбно колело с ексцентричен палец, поместен в съответен отвор, оформен във всяко работно тяло.

Целесъобразно е към силовия вал да е монтирана касета и два зъбни механизма, първият от които представлява цилиндрично зъбно колело, лагерувано върху силовия вал със зацепените с него четири малки цилиндрични зъбни колела с ексцентричен палец, лагерувани в касетата, а втория е диференциален механизъм с планетно конично зъбно колело, лагерувано върху силовия вал и свързано с цилиндричното зъбно колело от първия механизъм.

Подходящо е също така към корпуса да бъдат лагерувани три малки конични зъбни колела, зацепени с второ конично зъбно колело, свързано неподвижно към силовия вал.

В друг вариант на изпълнение роторните тела са лагерувани към касетата.

Целесъобразно е изпускателните и смукателните отвори да бъдат свързани в общи изпускателни колектори.

Предимствата на роторния двигател, съгласно изобретението се състоят в постигането на повишена ефективност на работните процеси, многократно повишени литрова мощност и въртящ момент с опростена конструкция и технология на изработка.

Пояснение на приложените фигури

Фигури 1 и 2 илюстрират принципа на действие на роторния двигател съгласно изобретението;

фигура 3 - напречен разрез на роторния двигател съгласно изобретението;

фигура 4 - общ изглед с частичен разрез на работния цилиндър с поместените в него роторни двойки;

фигура 5 - изглед на корпуса на роторния двигател;

фигура 6 - изпълнение на долния изпускателен диск на двигателя;

фигура 7 - изпълнение на вала на двигателя със захванати към него конусни и цилиндрични зъбни колела;

фигура 8 - разрез на касета 6 от фиг. 4;

фигури 9а и 96 - поглед отгоре и напречен разрез на роторните тела;

фигура 10 - напречен разрез на горния всмукателен диск.

Примери за изпълнение на изобретението

Една от възможните схеми на такъв двигател е представена на фиг. 1 и 2. В тази схема общото работно пространство представлява пръстен със сечение на окръжност - тороид, правоъгълник или друго подобно. В това работно пространство се движат две работни части - ротори 2 и 3, които помежду си образуват четири работни двойки Ι-П, П-Ш, ΠΙ-IV, IV-Ι. Роторите се състоят от по два сектора със сечение на работното пространство, свързани помежду си и отстоящи по на 180° един от друг. Движението

66017 Bl им се синхронизира чрез четири зъбни колела с ексцентрици, разположени по на 90°, неподвижно едно спрямо друго и постоянно зацепени със зъбно колело, лагерувано на силовия вал. Предпочетено е общия брой на частите от работното пространство, в което се осъществяват отделните тактове на четиритактовия двигател, да бъдат 12, т.е. всеки такт да протича при завъртане на вала на двигателя на 30°.

От това следва, че един пълен работен цикъл се осъществява в три големи циклични сектора с 4 х 30° общо 120° всеки. За едно завъртане на всяка от работните двойки 2,3 те осъществяват по три пълни работни цикъла или общо 12 работни цикъла за един оборот на работните двойки.

Работните двойки се движат синхронно, така че извършват ротация с периодично променяща се скорост, при което векторът на тази промяна, т.е. на моментното ускорение, е за единия от роторите на двойката дефазиран на 180° спрямо този на другия - т.е. когато единият увеличава скоростта си другият я забавя и обратно. Така периодично на всеки 30° завъртане на силовия вал се променя разстоянието между челата на роторите във двойката, а оттам и работният обем, заключен между тях. При четири последователни такива промени, т.е. при завъртане на силовия вал на 120° (4 х 30°) от всяка работна двойка Ι-П, П-Ш, III-IV и IV-Ι се осъществява пълен работен цикъл на четиритактовия двигател - всмукване, компресия, горене и продухване. При завъртане на силовия вал на 360° (3 х 120°) всяка от четирите работни двойки осъществява по три пълни работни цикъла или общо 12 пълни работни цикъла.

Тази ротация на работните тела 2, 3 (фиг.

4) е синхронизирана така, че промените на скоростите, т.е. на обема между роторите във всяка от двойките става на точно определения специализиран сектор от общото работно пространство, където се разполагат запалителните свещи, всмукателните и изпускателните отвори.

Конструкцията на двигателя, осъществяващ горните работни схеми в общия й вид е представена на фиг. 3 и 4, където са показани основните възли и детайли, а именно: корпус 1, долен изпускателен диск 4, силов вал 5, касета 6; ротори 2, 3, цилиндър 7, горен всмукателен диск 8, горен капак 9, кожух на водната риза 10.

Корпусът 1 (фиг. 5) представлява монолитно тяло, в което са изработени три или повече отвори с монтирани в тях лагерни втулки 12 и 14, в които са монтирани осите 13 на конични зъбни колела. Към външните краища на осите 13 се присъединяват водната и маслена помпа, електрогенератора и електроразпределител (непоказани на фигурата), а в долната част на корпуса 1 е изработено лагерно легло 15 за монтиране на радиално аксиален лагер и пространства 16 за тръбите на изпускателния колектор (непоказан).

Към горната част на корпуса 1 е монтиран долен изпускателен диск 4 (от фиг. 6) чрез междинен диск 18 с фланец 19 за присъединяване на водната риза. Между дисковете 4 и 18 са поместени уплътнителни гарнитури. Отворите 20, оформени в долния изпускателен диск 4, са свързани към общ изпускателен колектор 21.

В корпуса 1 (фиг. 7) чрез радиално аксиален лагер 22 е монтиран силовият вал 5, в долния край на който неподвижно е закрепен маховикът със зъбен венец 23. В долния капак на двигателя 17 е монтиран уплътнителен пръстен (семеринг) 24, а към вала неподвижно е закрепено коничното зъбно колело 25. На лагерната шийка на вала 5 чрез лагерната втулка 26 са лагерувани конично зъбно колело 27 и свързаното с него чрез болтова връзка цилиндрично зъбно колело 28. В горната част валът 5 е лагеруван с радиално-аксиален лагер 30, монтиран в горен капак 9.

Към шлицевата част 29 на вала 5 се монтира шлицевата част 31 на касета 6 (от фиг. 4 и фиг. 8), а към горната част на касетата 6 (носеща шлицевата част 31) неподвижно е монтирана долната й част 32, като между двете части на касетата 6 на лагерни втулки 33 са монтирани четирите цилиндрични зъбни колела 34 с ексцентрични палци 35.

На лагерната шийка на касетата 6 (фиг. 9) са лагерувани чрез лагерни втулки 36 сдвоените ротори 2 и 3 и то така, че концентричните им оси лежат в една равнина, а в свързващите двойки сектори Ι-III и II-IV са изработени радиални канали 37, като осемте им челни работни повърхнини 41 образуват (две по две) четири работни двойки Ι-П, П-Ш, II1-IV и IV-I. Непосредствено до челата са изработени канали 38 за монтиране на уплътнителни елементи

66017 Bl (непоказани на фигурата).

Пространството, в което са монтирани и се движат роторите 2 и 3 отстрани, е ограничено от цилиндъра 7 (фиг. 10), в който са изработени три (по на 120°) отвора 39 за запалителните свещи. В горния всмукателен диск 8 са изработени три (по на 120°) всмукателни отвори 40, които преминават и през горния капак 9 на двигателя. Встрани цилиндърът 7 и горният всмукателен диск 8 са оградени от кожуха на водната риза 10.

Над горния капак на двигателя 9 се монтира въздушният филтър, дроселовата клапа, колекторът на впръскващите дюзи, датчици и други (непоказани на фигурата).

Използване на изобретението

Описаният по-горе двигател функционира по следния начин. При завъртане на силовия вал 5, монтиран чрез конусния ролков лагер 22 в корпуса 1, заедно с него и в същата посока се завъртат: монтираното неподвижно към него конично зъбно колело 25, касетата 6 и монтираните в нея зъбни колела 34, а чрез ексцентричните им палци 35, присъединени към радиалните канали 37 на роторите, се завъртат в същата посока и роторите 2 и 3. Коничното зъбно колело 27, постоянно зацепено с коничните зъбни колела 13, а чрез тях и с коничното зъбно колело 25 заедно с цилиндричното зъбно колело 28, лагерувани на силовия вал 5 се завъртат в обратна (спрямо посоката на силовия вал) посока. Това предизвиква относителното движение на зъбните колела 34 спрямо зъбното колело 28 със същите обороти, с които се върти силовият вал 5, но в обратна посока, с което предавателното отношение между зъбното колело 28 и зъбните колела 34 се увеличава два пъти и става 1:6. При въртенето си заедно със силовия вал 5 зъбните колела 34, чрез ексцентричните си палци 35, движещи се в радиалните канали 37, завъртат роторите 2 и 3 в посоката на въртене на силовия вал 5, но заедно с това поради въртенето им около собствената им ос ексцентричните палци 35 циклично променят направлението на вектора на периферната си скорост, а чрез това и скоростта на роторите 2 и 3 от min до max и то така, че скоростта на два съседни ротора 2,3 да се променя в противофаза - когато на единия се увеличава на другия да се намалява и обратно. При това положение роторите 2,3 извършват ротационно движение с циклично променяща се скорост когато единият се ускорява съседният му се забавя и обратно, което води до циклична промяна на разстоянието между челните работни повърхнини 41 на роторите от min до max, а оттам и до цикличното променяне на обема от работното пространство, затворен между тях от Vmax до Vmin, като отношението между тези два обема определя степента на компресия. Цикличното изменение на този обем позволява да се осъществяват четирите работни такта в четиритактовия работен цикъл - всмукване - обемът се увеличава; компресия - намалява се; разширение - увеличава се и продухване - отново се намалява. Общият брой на работните двойки трябва да бъде кратен на 4, тъй като избрания работен процес е четиритактов. Всяка от тези работни двойки при завъртане на силовия вал на един оборот осъществява толкова работни цикъла, на колкото работни сектора е разделено общото ротационно работно пространство. Движението на силовия вал 5, на касетата 6 с монтираните в нея зъбни колела 34 и на роторите 2,3 при монтажа им едно към друго и спрямо местоположението на всмукателните 40 и изпускателните 20 отвори и на запалителните свещи 39 са синхронизирани така, че всяка от промените на обема между роторните работни повърхнини, т.е. всеки от работните тактове да се осъществява на съответния специално устроен сектор от работното пространство при спазване на общо възприетите за четиритактов двигател правила на: предварение на запалването; газоразпределителна диаграма и пр. При движението си роторите 2,3 с работните си повърхнини и уплътнителните си елементи 38 затварят или отварят всмукателните 40 и изпускателните отвори 20, т.е. имаме известното шибърно газоразпределение. Работният обем на такъв двигател представлява сумата от обемите, затворени между всяка от работните двойки на роторите. Броят на работните секторите (1; 2; 3; 4 и т.н.), на които е разделено общото ротационно работно пространство на двигателя, отговаря на броя на работните двойки и определя и броя на всмукателните и изпускателни отвори и на запалителните свещи. Общото работно пространство е разделено примерно на три зони от по 120° с по

66017 Bl четири специално устроени сектора (от по 30°).

Двигателят работи със система за електронно управлявано директно впръскване на горивото, серийно произвеждана за подходящ конвенционален двигател, от който се използват 5 още и електрогенератор, електростартер, електронно управлявано запалване и пр.

Описаната дотук конструкция позволява функциониране като компресор или помпа. За тази цел в конструкцията се осъществяват следните изменения.

Отпада типичната за двигателите окомплектовка - стартер; електрогенератор; всички елементи на електрозапалителната система - запалителни свещи, бобина, прекъсвач разпределител, електронен блок, гориво-снабдителна система, дроселова клапа, горивна помпа, карбюратор или дюзи разпръсквани и др.

Частите от работния сектор на двигателя, в които се осъществяват тактовете всмукване и компресия от една страна и разширение и продухване от друга се обединяват в два работни за помпата или компресора цикъла, в които се осъществяват еднаквите тактове всмукване и нагнетяване. От горното следва, че в помпата или компресора за един оборот на силовия вал ще се извършват два пъти повече работни такта в сравнение с двигателя, основаващ се на същата конструкция, т.е. ако в двигателя, описан като примерно изпълнение, за един оборот на силовия вал се осъществяват 12 работни такта, то в режим на помпа или компресор те ще са 24, т.е.

те ще са с 24 пъти по-висок дебит в сравнение с бутални помпи или компресори, имащи същия работен обем и работещи със същия брой обороти.

За да се осъществи това на долния - изпускателния диск 17 и на горния - всмукателен 8 се изработват по още един комплект, например от три отвора, симетрично разположени спрямо вече съществуващите.

На мястото на всмукателния и на изпускателния колектор се монтират подобни, но с два пъти повече всмукателни и изпускателни отвори.

На мястото на маховика 23 или съединителя в двигателя се монтира подходящ куплунг, свързващ помпата или компресора със съответния двигател, например електродвигател.

Маслената и водната помпа се запазват, за да се гарантира охлаждането и смазването на възлите в помпата или компресора.

Едно примерно изпълнение на двигателя съгласно настоящото изобретение е със следните характеристики:

Работен обем - 500 cm³

Номинални обороти η -1000 об/min

Средно ефективно налягане Ре - теоретично определено -10 kg/cm²

Сечение на ротора S - 38.79 cm²

Ход на роторите h - 0.154 m

Брой работни ходове за 1 оборот i -12

Теоретично изчислената мощност на прототипа, по зависимостта:

Pe.*S*h*i*n

Ν =------------или,

60*75

10*38.79*0.154*12*1000

N =---------------—— .......— — 159.29 КС. Закръглено = 159 к.с.

60*75

Това означава 318 к.с./1 - литрова мощност при 1000 o6./min.

и въртящ момент:

66017 Bl

N*716.2

Mb. = = 113 кг. M. или 1130 N.m η

Claims (6)

1. Патентни претенции

   1. Роторен двигател, включващ корпус, в който е оформено работно пространство, представляващо в частност пръстеновидно работно пространство, като в работното пространство са разположени роторни тела с формата на работното пространство, свързани две по две така, че да оформят роторни двойки, като към всяко работно тяло (2,3) е захванат ексцентрик (35), задвижващ или задвижван от вала (5) на двигателя, характеризиращ се с това, че броят на роторните двойки (2,3) е най-малко четири, а работното пространство е образувано от цилиндър (7) с изработени в него три броя легла за запалителни свещи (39), разположени на 120° едно спрямо друго, като над цилиндъра (7) е разположен горен всмукателен диск (8) с изработени в него три броя всмукателни отвора (40), а под цилиндъра (7) е поместен долен изпускателен диск (4) с три броя изпускателни отвори (20), разположени на 120° един от друг.
2. 2. Роторен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че ексцентрикът представлява зъбно колело (34) с ексцентричен палец (35), поместен в съответен радиален отвор (37), оформен във всяко работно тяло (2, 3).
3. 3. Роторен двигател съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че към силовия вал (5) е монтирана касета (6) и два зъбни механизма, първият от които представлява цилиндрично зъбно колело (28), лагерувано върху силовия вал (5) със зацепените с него четири малки цилиндрични зъбни колела (34) с ексцентричен палец (35), лагерувани в касетата (6), и конично зъбно колело (27), лагерувано върху силовия вал (5).
4. 4. Роторен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че към корпуса (1) са лагерувани три малки конични зъбни колела (13), зацепени с второ конично зъбно колело (25), свързано неподвижно към силовия вал (5).
5. 5. Роторен двигател съгласно една от претенциите от 1 до 4, характеризиращ се с това, че роторните тела (2,3) са лагерувани към касетата (6).
6. 6. Роторен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че изпускателните отвори (20) са свързани в общ изпускателен колектор (21).