UA52802C2 - Роторний двигун внутрішнього згоряння "микола-2" з мимобіжними осями обертання роторів - Google Patents

Abstract

Роторний двигун внутрішнього згоряння “Микола-2” з мимобіжними осями обертання роторів містить корпус, в якому на мимобіжних валах установлені принаймні два ротори з ділянками більших і менших радіусів, які при синхронному обертанні роторів утворюють робочі камери. Корпус має впускні і випускні канали, з’єднані відповідно з камерами усмоктування і виштовхування. В корпусі є також принаймні одна проміжна порожнина – камера згоряння, яка при обертанні роторів по черзі з’єднується і роз’єднується з робочими камерами. Винахід забезпечує підвищення економічності двигуна завдяки згорянню паливної суміші практично при постійному об'ємі і початку її спалахування поблизу центру камери згоряння.

Description

Винахід стосується роторних двигунів внутрішнього згорання, що безпосередньо забезпечують обертовий рух. Перевага роторних двигунів полягає в тому, що в них немає динамічних навантажень, які виникають при зворотно-поступальному русі поршнів з шатунами.

У відомому роторному двигуні, тобто прототипі по класу Е0О1С 3/02, патент ФРН Мо 1426043 за 1968 рік, в корпусі на мимобіжних валах встановлені ротори з ділянками більших і ділянками менших радіусів.

Ротори прилягають до корпуса і один до одного. При синхронному обертанні роторів утворюються робочі камери змінного об'єму. Впускні і випускні канали камер усмоктування і камер виштовхування періодично відкриваються і закриваються самими роторами, що дозволяє одержати просту конструкцію двигуна без колінчатого вада з шатунами, без розподільчатого вада і клапанів.

Для передачі заряду горючої суміші з камери стискування в камеру згорання в корпусі є проміжна порожнина у вигляді трубовидного каналу, яка, при синхронному обертанні роторів, сполучається по черзі спочатку одним кінцем з камерою стискування а потім другим кінцем з камерою згорання. При цьому, проміжна порожнина з'єднується з камерою згорання відразу ж після роз'єднання її з камерою стискування і заряд горючої суміші займає загальний об'єм і преміжної порожнини і камери згорання, зменшуючи степінь стиснення" Потім відбувається запалювання горючої суміші і під час згорання відбувається збільшення об'єму камери згорання.

Економічність вказаного двигуна знижується не тільки за рахунок зниження степені стиснення горючої суміші і згорання в умовах збільшення об'єму камери згорання а також і в наслідок того, що камера згорання має складну форму сама собою і до того ж вона поєднується з проміжною порожниною, що має форму зігнутого трубопроводу.

В прототипі силове зчеплення і синхронне обертання роторів забезпечується зубчатою передачею з розміщенням зубців безпосередньо на роторах. Така зубчата передача не буде працездатною внаслідок тоге, що на силовому роторі 3, на ділянках з меншими радіусами кут нахилу зубців відносно осі обертання буде невеликим і сила тертя перешкоджуватиме ковзанню зубців силового ротора З по зубцях допоміжного ротора 6. Слід також зауважити, що ця передача повинна працювати при високих температурах. 1, крім того, наявність зубців на роторах значно погіршує ущільнення робочих камер.

Суть винаходу полягає в тему, що з метою підвищення економічності двигуна, проміжна порожнина має сфероподіобну форму а не форму трубопроводу і тільки вона сама є камерою згорання. Своїм, отворам, камера згорання з'єднується як з камерою стискування так і з камерою розширення. Озероподібна форма камери згорання має найменше співвідношення своєї поверхні до об'єму, отже в ній будуть найменші теплові втрати і найбільша швидкість згорання» при умові розміщення місця спалаху поблизу центру сфероподібної камери з деяким зміщенням в сторону вихідного отвору.

На фіг.1 технічним малюнком зображене взаємне розташування корпусів з роторами і камери згорання.

Деталі з'єднання окремих частин корпусів на кресленнях не вказані, оскільки вони мають другорядне значення. Корпус роз'єднується на чотири частини площинами А-А і Б-Б. На кресленнях також не вказані підшипники, на яких обертаються вали, система охолодження і система мащення.

На фіг.2 зображений розріз двигуна вертикальною площиною. Розріз А-А. Місце розрізу вказане на фіглі 3.

На фіг.3 зображений розріз двигуна горизонтальною площиною. Розріз Б-Б. Місце розрізу вказане на фігл1 і2.

На фіг.4, 5, 6 схематично показана робота двигуна на протязі йоге циклу, використовуючи перерізи двигуна циліндричними поверхнями Ві-Ві і В2-В», розташованими концентричне відносно валів роторів на такій відстані, що вони дотикаються одна до одної, як показано на фіг.1. Схематичність цих зображень полягає в тому, що на них використані розгорнуті на площині перерізи вказаними циліндричними поверхнями.

На фіг.7 зображена пластинчаста система ущільнення робочих камер.

На фіг.8 зображений в збільшеному масштабі місцевий розріз Г-Г, вказаний на фіг.7.

На фіг.9 зображений вигляд на з'єднання деталей 17 в напрямку Д, вказаному на фіг.7, з наложеним перерізом, в збільшеному масштабі.

На фіг.10 зображений вигляд на з'єднання деталей 18 в напрямку Е, вказаному на фіг.8, з наложеним перерізом, в збільшеному масштабі.

На фіг.11 зображена схема пневматичного ущільнення робочих камер.

На фіг.12 зображена схема двигуна з одним допоміжним і двома силовими роторами.

На фіг.13 зображена схема двигуна з двома допоміжними і чотирма силовими роторами.

На фіг.14 зображена схема зубчатої передачі для кінематичного з'єднання роторів.

На фіг.15 зображений вигляд в напрямку М, вказаному на фіг.14, на зубчату передачу з розрізом роторів.

На фіг.16 зображений вигляд на зубчату передачу в напрямку Н, вказаному на фіг.14, з розрізами роторів.

На фіг.17 зображене збалансований ротор, в якому по дві ділянки з більшими і з меншими радіусами.

В частині корпуса 1 /фіг.1, 2, 3/ на валу 2 встановлений з можливістю обертання силовий ротор 3. В частині корпуса 4 на валу 5 встановлений теж з можливістю обертання допоміжний ротор 6. Загальна кількість роторів може бути два і більше. Камера згорання 7 є теж частиною корпуса. В ній встановлена свічка запалювання 8 /або паливна форсунка/ так, щоб місце спалаху було поблизу центру сфероподібної камери згорання з деяким зміщенням в сторону вихідного отвору 9.

Камера згорання 7 з'єднується своїм отвором 9 з камерою стискування 10, а також з камерою розширення 11.

Ротори прилягають до корпуса і один до одного» утворюючи робочі камери: усмоктування 12, стискування 10, розширення 11 і виштовхування 13.

Ротори кінематичне з'єднані між собою зовнішньою передачею. При синхронному обертанні роторів робочі камери по черзі з'являються, змінюють свій об'єм і зникають. Впускні і випускні канали 14 і 15 і отвір 9 камери згорання перекриваються роторами З і 6.

Цикл роботи двигуна здійснюється в такій послідовності: /фіг.4, 5, 6/ коли допоміжний ротор 6 відкриває впускний канал 14 /як зображено на фігурі 4/ в камеру усмоктування 12 при її збільшенні подається заряд горючої суміші, або повітря. При подальшому синхронному обертанні роторів /фіг.4/ цей заряд горючої суміші /або повітря/ стискуватиметься в камері стискування 10 і через отвір 9 буде нагнітатися в камеру згорання 7.

Коли /фіг.5/ камера стискування 10 зникає, запалюється горюча суміш /або впорскується паливо)/, відбувається згорання горючої суміші при майже постійному об'ємі, оскільки збільшення камери розширення 11 в початковий період незначне.

Як звичайно, може бути застосоване деяке випередження запалювання горючої суміші. Якщо в цьому буде потреба.

Робочий хід зображено на фіг.б. Він зумовлюється тим, що тиск продуктів згорання повертатиме силовий ротор 3.

При подальшому русі роторів /фіг.б6/ відпрацьовані продукти згорання витіснятимуться з камери виштовхування 13 через випускний канал 15.

Пропоную також для зменшення втрат тепла з відпрацьованими продуктами згорання, впускний канал 14 розмістити всередині вьіпускного каналу 15, щоб вони виконували роль теплообмінника типу труба в трубі.

Для забезпечення довговічності двигуна пропоную внутрішню поверхню камери згорання 7 покривати жаростійким матеріалом,

Для підвищення економічності двигуна пропоную застосовувати камеру розширення 11 більшого об'єму ніж камера усмоктування 12. Це забезпечить більше розширення продуктів згорання а відповідно і більш повне використання їх внутрішньої енергії.

Бокові поверхні роторів взагалі можуть мати довільну форму тіл обертання. В прототипі зображені бокові поверхні роторів плоскими. Така форма не раціональна, оскільки при цьому будуть дуже великі сектори перехідних гвинтових поверхонь 16 між ділянками з різними радіусами.

Пропоную, як більш, раціональні, застосовувати ротори, в яких бокові поверхні мають форму зрізаних конусів.

Одним з найважливіших питань є ущільнення робочих камер, якому в прототипі не приділяється особливої уваги, крім того, що ротори повинні щільно прилягати один до одного і до корпуса.

Для забезпечення більш надійного ущільнення робочих камер може бути застосована система ущільнювальних елементів зображена на фіг.7, 8, 9, 10, які притискаються віддентровою силою. Вона складається з секторних пластин 17 прямокутних в перерізі, встановлених на ділянках роторів з біліший радіусами і секторних пластин 18, що мають в перерізі форму чотирикутника подібного до ромба, встановлених з двох сторін на ділянках роторів з меншими радіусами, а також з пластин 19, встановлених на ребрі 20 між боковою конусною і перехідною гвинтовою поверхнею 16.

Також можуть бути застосовані додаткові ущільнювальні елементи в вигляді кілець, розташованих концентричне навколо валів, з притисканням цих кілець пластинчастими пружинами, або ж інших елементів з притисканням тиском газів.

Звичайно, може бути застосована і інша система ущільнення: наприклад, пневматична, з використанням явища резонансу в відбитих зворотніх хвилях в потоці руху газів, схематично зображена на фіг.11. Для цього на шляху руху газів мають бути створені штучні перешкоди 21, відбиваючись від яких будуть виникати зворотні хвилі. Якщо ці штучні перешкоди будуть розташовані на такій відстані, що створювані ними зворотні хвилі будуть резонансно накладуватися і підсилювати одна одну, то сумарна, підсилена зворотня хвиля зможе значно загальмувати, а то і зовсім зупинити рух газів в прямому напрямку.

Переходи 16 між ділянками з більшими і меншими радіусами мають форму гвинтових поверхонь особливого виду. А саме - вісь гвинта не пряма лінія, а дуга кола. З метою уникнення взаємного підрізання сполучених гвинтових поверхонь 16 і досягнення кращого ущільнення робочих камер, при стиканні роторів цими гвинтовими поверхнями, доцільно, щоб їх твірною служило ребро 20 сполученого ротора /фіг.2; 3, 4, 5/, по якому сходяться під тупим кутом конусна і гвинтова поверхні.

Для забезпечення обертання вихідного вала двигуна під постійною дією обертового моменту, створюваного тиском газів, а не періодичними поштовхами, пропоную застосовувати по два силових ротори

З, встановлених з протилежних сторін одного допоміжного ротора б, як вказано на фіг.12. При цьому кут сектора ділянки з більшим радіусом на допоміжному роторі 6 повинен бути більшим за кутів таких же секторів на силових роторах 3. Водночас це сприятиме тому, що камери розширення будуть більші за камер стискування, про що вказувалося раніше.

Під час робочого ходу /фіг.6/ продукти згорання з камери згорання 7 будуть створювати значну силу тиску з одного боку на допоміжний ротор 6. Для компенсації вказаної сили пропоную застосовувати два допоміжні ротори б, як зображено на фіг.13, і відповідно чотири силових ротори 3. При цьому, форма конусних поверхонь допоміжних роторів 6 і відстань між ними повинні бути такими, щоб рівнодіючі С сил тиску на ці ротори знаходилися на одній лінії. Це дасть змогу уникнути дії небажаного моменту цих сил на допоміжні ротори 6 і на вал 5, на якому вони обертаються.

Пропоную силове зчеплення і синхронне обертання роторів забезпечувати зовнішньою передачею, яка складається з конічних 22 і циліндричних 23 зубчатих коліс /фіг.14, 15, 16/. Конічна зубчата передача 22 забезпечуватиме кінематичне з'єднання між мимобіжними валами.

При застосуванні косозубих зубчатих коліс пропоную вибирати такий напрямок зубців, щоб зусилля, яке діє вздовж вала було направлене проти сили тиску газів на ротор цього вала.

Якщо двигун буде мати тільки один допоміжний ротор б, тобто не буде застосована компенсація бокового тиску на цей ротор, як зображено на фіг.13, то бокова поверхня зубчатого колеса, яке насажене на одному валу з допоміжним ротором б може бути використана як частина упорного підшипника, оскільки вона має площу з великим радіусом.

Система змащування може бути за звичайною схемою: наприклад, розбризкуванням з картера для зубчатих коліс і насосом з фільтра» ми для підшипників.

Система охолодження може бути як повітряною так і рідинна в залежності від конструкторського рішення.

При можливості збільшення габаритів двигуна пропоную застосовувати ротори, на яких не по одній а по дві ділянки з більшими і по дві ділянки з меншими радіусами /фіг.17/. В такому разі моменти інерції роторів будуть збалансовані і двигун буде більш тихохідним, з більшим обертовим моментом.

Якщо моменти інерції роторів не збалансовані, тоді необхідно застосовувати додаткові маси для балансування. Пропоную для закріплення балансуючих мас використовувати зубчаті колеса зовнішньої передачі, насажені на одних валах з роторами, що потребують балансування.

Для збалансування моментів інерції роторів їх частини можуть бути всередині порожніми. ши РЕ

Ше

Щу : х 4 . я ш й (ре ча че зу пі. Ти

Фіг.1 мо о тА роя»,

У

ІА ни, 2/ Бр 5; ї8/ З Р й 4 4 Б в Щи в /о ХО Жх ща 8 7 в в й

ЩО ря р 4 /д 125 лах

Фіг.4

Я з 3 / 9

І идЙ КЗ у я дод по,

ЗО ШИЯ ос ЗОНИ хИщЯ о п г/ г /З Фіг.Б ло

7 м З / вІВ

ДЕ

МА

/ 6/9 ув /у/з ЛЬ

Фіг.б

І її м тя я СА ск нк) 7 см м

СОУ лУ

КК У ла БОМ ті

КМ ЕТ 6

ЧИ» я у МО в, Ї - Фіг. 7 8. .

Г- ку ока

Фе 2 в й що г ще. ; ре:

Б дай

І

Й 3 ; і / г 28 23-73 м / | | Ше кл Тиша вд | ЕЕ му М ей

ТЯ АГА | 7 у "ШИ -7ез р 2371 Мч, г в ха у

Фіг.14

Я 5 | Е | З Вигляй ЛІ

У ДОК ви г

КУ і Р и ши в/в

Фіг. 15 оз бнеляв Й що У що 23 А

М лля 7 вит ОО |. у, щу І З х

Claims (3)

1. Роторний двигун внутрішнього згоряння, що має корпус, в якому на мимобіжних валах установлені принаймні два ротори з ділянками більших і ділянками менших радіусів, які при синхронному обертанні роторів утворюють робочі камери, і в корпусі є впускні і випускні канали, з'єднані відповідно з камерами усмоктування і камерами виштовхування 1, крім того, в корпусі є принаймні одна проміжна порожнина, яка під дією роторів має можливість по черзі з'єднуватися і роз'єднуватися то з однією то з другою суміжними камерами, який відрізняється тим, що саме проміжна порожнина є камерою згоряння.

2. Воторний двигун за п. І, який відрізняється тим, що камера згоряння має сферичну форму.

3. Роторний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що в камері згоряння установлена свічка запалювання або паливна форсунка так, щоб спалахування горючої суміші починалося поблизу центру камери згоряння зі зміщенням в сторону вихідного отвору.