UA59471C2 - Двотактний роторний двигун - Google Patents

Abstract

Двотактний роторний двигун має корпус, який складається з двох торцевих кришок та циліндрового кільця, циліндрів, ротора, в тілі якого виконані камери згоряння і який жорстко встановлений на валу. Камери згоряння розташовані під мінімальним кутом 45° до умовної лінії, яка з`єднує центр вала двигуна з центром реактивної сили тяги на зрізі реактивного сопла. При цьому камери згоряння розділені між собою пластинчатими клапанами, які мають можливість поздовжнього переміщення у пазах ротора під кутом 45° між собою. Циліндри двигуна виконані зі змінним об`ємом по довжині та утворені пластинчатими клапанами та внутрішньою робочою поверхнею циліндрового кільця, по якій ковзають пластинчаті клапани за рахунок ексцентриситету між центрами ротора та циліндрового кільця.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до двигунобудівництва, а саме до роторних двигунів внутрішнього згоряння з 2 планетарним обертанням ротора та може бути використаний в автомобільному, тракторному двигунобудівництві, а також в інших галузях машинобудівництва.

Відомий роторний двигун , що має корпус з внутрішнього поверхню у вигляді еліпса з двома торцевими кришками, Циліндричний ротор зі встановленими у ньому лопатками, що рухаються радіальне: камери згоряння розміщені у тілі ротора, які утворюють разом з тповерхнею ротора та внутрішньою поверхнею 70 корпуса запони (порожнини), що змінюють свій об'єм при обертанні ротора від ходу стиснення до ходу випуску. Лопатки боковими поверхнями контактують з торцевими кришками, а їхні вершини, що овзають по внутрішній поверхні еліпсовидної поверхні корпуса, загнуті у напрямку, протилежному обертанню ротора, та мають на бокових поверхнях канавки, що сполучаються з камерою, яка міститься на боці низького тиску. ( заявка Моб2-29614 В Японія, год 1987). 12 Конструкція лопаток не дозволяє в достатній мірі ізолювати камери при підвищенні максимального тиску згоряння, через що відбувається витік (втрата) робочого тіла, що у свою чергу знижує ефективність двигуна.

Відомий також реактивно-роторний двигун, що складаєься з корпусу з повітрозабірником та вихлопною трубою, компресора, турбіни та камери згоряння виконаної у вигляді порожнистого, жорстко зв'язаного з валом реактивного ротора з розташованими на його периферії соплами, вихідні канали, які виделені у напрямку вихлопної труби (патент Е02 КВЛОО Київський політехнічний інститут Мо13375 рік 1994).

Через складність конструкції та недостатність герметизації камери згоряння неможливо збільшити тиск згоряння, що у свою чергу знижує надійність та ефективність двигуна.

Найбільш близьким до запропонованого роторного двигуна є роторний двигун, що містить корпус, який с складається з двох торцевих кришок та циліндрового кільца, циліндри, ротор, в тілі якого виконані Ге) камери згоряння і який жорстко встановлений на валу ( патент Мо23117, ОА, 1998).

Прототип роторного двигуна має такі недоліки: 1. Технологічно складне виконання профільної поверхні зовнішнього та внутрішнього роторів. 2. Ненадійна робота вихлопних клапанів у зв'язку з технологічно складним виконанням механізму -- закриття і відкриття випускних каналів клапанами. рч- 3. Ускладнюється герметизація випускних каналів при збільшенні максимального тиску згоряння в камерах згоряння. Ці недоліки знижують надійність і ефективність роботи двигуна. М

Задачею винаходу с створення двотактного роторного двигуна, який дозволяє використовувати реактивну ду силу енергії газів від згоряння палива у камерах згоряння, та забезпечує високу потужність з низькою витратою палива, малими габаритними розмірами та тільки однією обертовою частиною - ротором. юю

Поставлене завдання досягається тим, що двотактний роторний двигун внутрішнього згоряння, що містить корпус, який складається з двох торцевих кришок та циліндрового кільця, циліндрів ротора в тілі якого виконані камери згоряння і який жорстко встановлений на валу, при цьому камери згоряння « розташовані під мінімальним кутом 45" («ОАВ) до умовної лінії (ОА), яка з'єдує центр вала двигуна з З 50 центром реактивної сили тяги на зрізі реактивного сопла (А), а також тим, що камери згоряння розділені с між собою пластинчатими клапанами, з можливістю поздовжного переміщення у пазах ротора, під кутом 45"

Із» між собою, а циліндри двигуна е обертовими і виконані з змінним об'ємом по довжині та утворені пластинчатими клапанами та внутрішньою робочою поверхнею циліндрового кільця, по якій ковзають пластинчати клапани за-рахунок ексцентриситету (Е) поміж центрами ротора та циліндрового кільця.

Відповідно до теоретичних розрахунків та розрахунку теплового балансу ККД (коефіцієнт корисної дії) і-й запропонованого роторного двигуна досягає 10-1595, а витрати палива в порівнянні з витратами палива (Се) існуючих 4-х тактних двигунів внутрішнього згоряння ( для автомобілів), в 1.5-2 рази менше.

Збільшення крутячого моменту, зменшення коефіцієнту тертя, збільшення часу на згоряння палива в е камерах згоряння, збільшення максимального тиску згоряння в камерах згоряння до 100Окг/см 2? і вище, - І 50 тому потужність запропонованого роторного двигуна у 10-15 разів вища від існуючих двигунів, а за один ще оберт ротора здійснюється 8 силових циклів, що відповідає роботі восьмициліндрового двигуна.

У запропонованому двигуні відсутні вихлопні клапани та складні профільні поверхні.

В роторному двигуні для здійснення крутячого моменту ( обертання ротора ) використовується реактивна сила енергії вихідних газів від згоряння палива у камерах згоряння, яке безперервно подається в циліндри з перемінним об'ємом під тиском, а високий ступінь стиснення та високий тиск

ГФ) згоряння палива в камерах згоряння забезпечують високу потужність з низькою витратою палива.

ГФ На рис. 1 зображений повздовжній розріз двигуна, на рис.2 зображене кільце з випускним каналом.

Корпус двигуна складається з трьох частин: торцевих кришок - 1, кільце - 2 з внутрішньою робочею поверхнею, центр якого зміщений на величину Е (ОС) (ексцентриситета) відносно центра ротора. Усі бо частини поєднані поміж собою стяжними болтами. Торцеві кришки - 1 мають виточені внутрішні кільця - З для герметизації циліндрів - 10. У нижній частині кільця - 2 проточений канал - 4 для подання пальної сумішки у циліндрі -10.

Кільце - 2 циліндричного типу має канал - 5 випуску газів з камери згоряння, проточені канавки - 12 для герметизації циліндрів, та канал - 4 подання пальної сумішки в циліндри. бо Ротор - 6 виконаний у вигляді циліндра, у якому розташовані камери згоряння - 7 під кутом 45" до -Д-

умовної лінії - ОА, що поєднує центр ротора з центром реактивного сопла - КО камери згоряння.

Кількість камер згоряння у запропонованому двигуні - 8 , але їх кількість може змінюватися у залежності від потрібної потужності, кількості обертів та т. ін. Камери згоряння розташовані у тілі ротора та розділені поміж собою пластинчатими клапанами - 8, що рухаються радіальне та виявляються у пази - 9. Кут поміж клапанами дорівнює 45".

При обертанні ротора - 6 поміж пластинчатими клапанами - 8 і внутрішньою робочою поверхньою кільця - 2 утворюються циліндри - 10 з перемінним об'ємом. Герметизація циліндра - 10 здійснюється пластинчатими клапанами - 8 , які при обертанні ротора контактують з внутрішньою робочою поверхньою 7/р кільця - 2 та проточеними з двох боків у роторі - 6 та кільці - 2 канавками -11 та 12.

Вал - 13 двигуна, на якому монтується ротор, встановлюється на два радіально-опорних підшипники -14, що запресовуються в торцеві кришки. У валі можуть бути виконані канали для охолодження ротора, камер згоряння та мастила підшипників.

Запропонований двигун не має колінвала, ексцентикового вала, паливних насосів та форсунок, що /5 забезпечує йому надійність у роботі та спрощує конструкцію.

Високий ступінь стиснення забезпечує самозаймання пальної сумішкив камері згоряння та низьку витрату палива, роботу двигуна на різних гатунках палива без зміни конструкції двигуна.

Двигун працює так:

Запуск двигуна здійснюється стартером. В процесі обертання ротора відбувається утворення обертових циліндрів - 10 з об'ємами, що змінюються, за рахунок зміщення (ексцентриситета - Е) центра кільця - 2 відносно центра ротора - б у напрямку, перпендикулярному осі обертання вала. Утворення циліндрів відбувається поміж пластинчатими клапанами - 8 , внутрішньою поверхнею кільця - 2 та камерою згоряння, розташованою в роторі.

Пальна сумішка потрапляє у обертові циліндри, коли вони проходять канал - 4 для безперервної подачі сч ов пального, проточений у кільці 2. Тиск пальної сумішки, що потрапляє у циліндри двигуна, регулюється від 0 до 10кг/см. о

Система забезпечує безперервну подачу пального у циліндри під тиском за допомогою ежектора, який сприяє рівномірному розподіленню пального по усьому об'єму циліндра та камери згоряння та збільшенню часу підготовки пальної сумішки до самозаймання. Після наповнення циліндра пальною сумішкою «ч- починається процес стиснення, уся кількість пальної сумішки стискається у камері згоряння. Тиск стягнення досягає максимального значення, коли камера згоряння (одна з 8) закривається внутрішньою - поверхнею кільця - 2 та пластинчатими клапанами (8 за 20"до нульового градуса). У цю мить відбувається «І самозаймання палива або запалення палива від свічки, яку можна встановити у тілі кільця - 2 та починається процес інтенсивного горіння палива. о

Пальна сумішка (паливо) горить у камері згоряння - 7 при постійному об'ємі М-сопвзі від -207 до ю нульового градуса та до 420" після нульового градуса.

Час горіння палива при 3000 обертах за хвилину становить 0.02сек. Тиск згоряння у камері згоряння гостро зростає та може досягти 1000кг/см? та вище. Високий тиск стиснення та високий тиск згоряння у « камері згоряння забезпечується за рахунок герметизації циліндрів з боків торцьовими кришками - 1, у яких виточені внутрішні кільця - 3, а в роторі - б та кільці - 2 проточені бічні канавки - 11 та 12, а - с також за допомогою закриття камери згоряння робочою поверхнею кільця - 2 та пластинчатими клапанами - а 8. "» В процесі руху камери згоряння з максимальним тиском згоряння при М-сопві за 20" після нульового градуса відчиняється реактивне сопло камери згоряння - 7 та відбувається витік газів з камери згоряння через реактивне сопло (Лаваля) та канал - 5 випуска газів в кільці - 2. Гази під тиском та з великою 1 швидкістю спрямовуються в атмосферу, утворюючи реактивну силу тяги, яка обертає ротор та вал відбору со потужності та забезпечує за один оберт ротора вісім силових циклів, що відповідає роботі восьмициліндрового двигуна.

Її Максимальний крутячий момент дорівнює реактивній силі Р на зрізі реактивного сопла, помноженої на -1 50 радіус розміщення камери згоряння відносно осі обертання вала.

Енергія газів, отримана від згоряння газів, використовується в реактивному соплі для створення "- реактивної сили тяги та крутячого момента на вихідному валу ротора. В запропонованому двигуні максимальна величина тиску згоряння практично не обмежена та не робить впливу на погрішення механичньхх та динамічних навантажень на деталі двигуна через відсутність кривошипно-шатунного механізму.

На зміну крутячого момента, а отже й потужність двигуна впливають отакі параметри: площа перерізу о реактивного сопла, об'єм камери згоряння, ступінь стиснення, тиск робочої сумішки, що потрапляє у циліндри. іме) Запропонований роторний двигун компактний, легкий , придатний для використання різних гатунків рідкого та газоподібного палива, має низьку металоємкість в порівнянні з потужністю. Робота двигуна 60 можлива у будь-якому положенні.

Робота на подолання механічних опорів на привод допоміжних механізмів та на тертя робочих поверхонь становить незначну частину від всієї енергії згоряння палива, через те, що двигун має тільки одну внутрішню робочу поверхню тертя.

Внаслідок відсутності верхніх мертвих точок в двигуні відсутні ударні навантаження, що знижує 65 механічні напруження.

Відсутність колінвала, паливних насосів, форсунок, спрощує технологію виготовлення, ремонт та техничне обслуговування двигуна. Конструкція двигуна дозволяє обирати ступінь стиснення від 0 до 50 та вище. Для виготовлення деталей двигуна не потрібно застосування нових технологій. Завдяки збільшенню часу горіння палива відбувається цілковите його згоряння, що призводить до різкого зменшення викидів у атмосферу шкідливих речовин зі спрацьованими газами.

Запропонований двотактний роторний двигун відповідає вимогам концепції утворення "адіабатного" двигуна, в основу якого закладена ідея максимального зниження відводу тепла при повній теплоізоляції камери згоряння та працюючого від самозаймання по циклу Дизеля при безперервній подачі пальної сумішки в циліндри під тиском. Ізоляція камери згоряння від зовнішнього середовища здійснюється шляхом /о утворення вакуумної оболонки - 15 навколо камери згоряння. Міцність (тривкість) та термостійкість камери згоряння забезпечується застосуванням метала з карбіднокремнійовим складом (патент Болотова

Б.В.), який за міцністю (тривкістю) не поступається перед природними та штучними алмазами, не плавиться при температурі коло 40007 С. Температура горіння палива у камері згоряння близько 22007С.

Самозаймання палива забезпечує високий ступінь стиснення, що згоряє при М - сопві

Для забезпечення закона згоряння палива при М - сопзі в зоні максимального тиску згоряння в запропонованому двигуні пальна сумішка для наповнення циліндрів та камери згоряння подається у період проходження циліндром канала подачі палива під тиском за допомогою ежектора, що сприяє охолодженню камери згоряння, збільшенню часу підготовки сумішки до самозаймання, підвищенню температури пальної сумішки у процесі стиснення.

Конструкція двигуна дозволяє збільшити кількість роторів на одному валу до 2-х, 3-х та більше в залежності від умов застосування двигуна, а також розміри в залежності від потрібної потужності.

Запропонований двигун може бути застосований як тепловий двигун з кількістю обертів від 0 до 10000.

Claims (1)

1. Формула винаходу с щі 6) Двотактний роторний двигун внутрішнього згоряння, що містить корпус, який складається з двох торцевих кришок та циліндрового кільця, циліндрів, ротора, в тілі якого виконані камери згоряння і який жорстко встановлений на валу, який відрізняється тим, що камери згоряння розташовані під мінімальним кутом 45" до «- зо умовної лінії, яка з'єднує центр вала двигуна з центром реактивної сили тяги на зрізі реактивного сопла, а також тим, що камери згоряння розділені між собою пластинчатими клапанами, які мають можливість в. поздовжнього переміщення у пазах ротора і розміщені під кутом 45" між собою, а циліндри двигуна є обертовими «т і виконані зі змінним об'ємом по довжині та утворені пластинчатими клапанами та внутрішньою робочою поверхнею циліндрового кільця, по якій ковзають пластинчаті клапани за рахунок ексцентриситету поміж б» з5 центрами ротора та циліндрового кільця. ю

   -

   . и? 1 се) ЧК» -і -ь іме) 60 б5