РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ НИЗАМОВА

Полезная модель относится к области моторостроения, а именно к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания роторного типа и может быть использована в различных отраслях промышленности при производстве двигателей внутреннего сгорания и силовых установок различных машин, применяемых в автомобилестроении, тракторостроении, тепловозостроении, судостроении и т.п.
Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Это поршневые двигатели, турбопоршневые, свободно-пошневые, роторно-поршневые, двухтактные, четырехтактные и др.
При работе любого двигателя внутреннего сгорания фактически происходит неполное расширение продуктов сгорания, и при выпуске их из двигателя в атмосферу давление остается высоким, и создается большой шум.
Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания с неравномерным движением лопастей, который содержит кольцевую рабочую камеру с лопастными роторами, разделяющими ее внутренний объем на изолированные друг от друга полости, а также механизм периодического изменения скоростей роторов. (Патент РФ №2257476, МПК F01C 1/077, опубл. 27.07.2005).
Недостатком такого двигателя является наличие синхронизирующего механизма, вследствие этого невысокая надежность, переменные скорости ротора и, как следствие этого, импульсные воздействия, неполное расширение газов, сложное применение уплотняющих элементов.
Известен роторно-лопастной двигатель Г.П.Краюшкина, который содержит корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей ось ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса. (Патент РФ №2298651, МПК F01C 1/34, опубл. 10.05.2007).
Недостатком такого двигателя является сложность конструкции, наличие механизмов синхронизации, вследствие этого невысокая надежность; возвратное
движение ротора с изменением скорости, вследствие этого импульсные воздействия; неполное расширение газов, сложное применение уплотнительных элементов.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому при ее использовании техническому результату является роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с, по меньшей мере, парой цилиндров, закрепленных на выходном валу, по меньшей мере, пару поршней со штоками, установленных в цилиндрах, а также топливную систему, источник сжатого воздуха и систему отвода отработанных газов (Патент РФ №2038494, МПК F02B 57/00, опубл. 27.06.1995).
Недостатком выше описанного технического решения, взятого за прототип, является сложность его конструкции.
Технической задачей полезной модели является создание новой простой конструкции роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания, обладающего компактностью и высокой надежностью в работе.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении надежности путем упрощения конструкции и исключения синхронизирующих механизмов, обеспечение полного (до атмосферного давления) расширения газов.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что в роторно-лопастном двигателе, содержащем корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с, по меньшей мере, парой цилиндров, кинематически связанных с выходным валом, по меньшей мере, пару поршней со штоками, установленных в цилиндрах, а также топливную систему, источник сжатого воздуха и систему отвода отработанных газов, на внутренней поверхности корпуса выполнен направляющий кольцевой паз криволинейной формы, ротор установлен с возможностью взаимодействия с последним, а цилиндры выполнены с возможностью вращательного движения вокруг поршней, которые одним концом шарнирно соединены с выходным валом, при этом наружные части головок цилиндров размещены в направляющем пазу, а во внутренней их части образован канал подвода рабочей среды и канал отвода отработанных газов, выполненный в виде сверхзвукового сопла, взаимодействующего с радиальными лопатками корпуса.
Кроме того, внутренняя поверхность корпуса имеет цилиндрическую форму.
Кроме того, одна часть направляющего кольцевого паза выполнена с отклонением в сторону от центра корпуса по косинусоидальному закону, а вторая - проходит прямолинейно вдоль радиальных лопаток.
Кроме того, топливная система выполнена внутри корпусов цилиндров и состоит из канала форсунки, топливного канала и канала плунжера, в котором установлен плунжер, взаимодействующий, с одной стороны, с приливом поршня, а с другой - со своей возвратной пружиной, которая установлена в канале и взаимодействует с корпусом цилиндра.
Кроме того, сверхзвуковое сопло разделено пазом с размещенной в нем заслонкой, которая закреплена в корпусе цилиндра с возможностью совершения колебательных перемещений, открывая или закрывая сверхзвуковое сопло, и взаимодействует одной стороной с приливом поршня, а с другой стороны с возвратной пружиной заслонки, установленной в этом пазу, которая взаимодействует с корпусом цилиндра.
Кроме того, сверхзвуковые сопла и радиальные лопатки выполнены из термостойкого материала.
Кроме того, в центральной части вала выполнен цилиндрический канал и боковые отверстия для подвода рабочей среды.
Кроме того, двигатель работает на различных видах топлива, например бензине, керосине, дизельном топливе, газе, водороде и др. газообразных, легких жидких и тяжелых жидких видов топлива.
В предлагаемой конструкции двигателя расширение газов происходит одновременно с выпуском, следовательно, происходит полное расширение газов (до атмосферного давления) и совершается полная работа газа, при этом, используется сверхзвуковое сопло, которое на выходе увеличивает скорость газов, следовательно, растет кинетическая энергия газов, а так же растет кинетическая энергия корпусов цилиндров и увеличивается вращающий момент ротора.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан общий вид предлагаемого роторно-лопастного двигателя;
на фиг.2 - то же, разрез по А-А на фиг.1;
на фиг.3 - то же, вид слева;
на фиг.4 - то же, разрез по Б-Б на фиг.3;
на фиг.5 - то же, разрез по В-В на фиг.3;
на фиг.6 представлен общий вид корпуса цилиндра спереди на фиг.1-5;
на фиг.7 - то же, разрез по Г-Г на фиг.6;
на фиг.8 - то же, разрез по Д-Д на фиг.6;
на фиг.9 - то же, вид сверху на фиг.1-5;
на фиг.10 - то же, разрез по Е-Е на фиг.9;
на фиг.11 схематически показано движение корпуса цилиндра по направляющему пазу на фиг.2-5;
на фиг.12 изометрия корпуса двигателя;
на фиг.13 система подачи рабочей среды с использованием дизельного топлива;
на фиг.14 система подачи рабочей среды с использованием бензина.
Предпочтительные варианты исполнения полезной модели описываются далее на основе представленных чертежей, где:
1 - цилиндрический корпус двигателя;
2 - направляющий кольцевой паз в корпусе двигателя;
3, 4 - корпусы цилиндров;
5 - термостойкие лопатки в корпусе двигателя;
6, 7 - поршни;
8, 9 - цилиндрические расточки в корпусах цилиндров;
10, 11 - полусферические расточки в корпусах цилиндров;
12, 13 - сверхзвуковые сопла в корпусах цилиндров;
14, 15 - впускные каналы в корпусах цилиндров;
16, 17 - каналы плунжеров (проводов) в корпусах цилиндров;
18, 19 - возвратные пружины плунжеров;
20, 21 - плунжеры (провода с неподвижным контактом);
22, 23 - топливные каналы в корпусах цилиндров;
24, 25 - каналы форсунок (свечи) в корпусах цилиндров;
26, 27 - пазы заслонок в корпусах цилиндров;
28, 29 - заслонки;
30, 31 - возвратные пружины заслонок;
32, 33 - верхние отверстия заслонок;
34, 35 - нижние отверстия заслонок;
36, 37 - валики заслонок;
38, 39 - цилиндрические расточки в рабочем теле для валиков заслонок;
40, 41 - толкатели плунжеров (подвижный контакт), приливы поршней;
42, 43 - толкатели заслонок, приливы поршней;
44, 44, 45, 46 и 47 - проушины поршней;
48, 49 - валики поршней;
50, 51 - шатуны;
52, 53, 54, 55, 56 и 57 - наружные проушины шатунов;
58, 59, 60, 61, 62 и 63 - внутренние проушины шатунов;
64, 65 - валики вала;
66 - вал;
67, 68, 69 и 70 - проушины вала;
71, 72 - удерживающие бордюры в направляющем кольцевом пазу;
73, 74, 75 и 76 - выступы корпусов цилиндров;
77 - канал подачи рабочей среды в валу;
78, 79 - боковые отверстия в валу;
80 - наружная труба;
81 - внутренняя труба на фиг.13 (основной изолированный провод на фиг.14);
82, 83 - наружные гибкие шланги;
84, 85 - внутренние гибкие шланги на фиг.13 (прицепные изолированные провода на фиг.14);
86 - сквозные прямоугольные окна в цилиндрическом корпусе двигателя.
Роторно-лопастной двигатель Низамова с использованием дизельного топлива работает следующим образом.
Цилиндрический корпус 1 закреплен неподвижно. На внутренней поверхности корпуса двигателя выполнен направляющий кольцевой паз 2 таким образом, что на половине дуги корпуса паз меняет свое направление по косинусоидальному закону длинной в один период, а на второй половине дуги корпуса проходит прямолинейно. Так же на второй половине дуги корпуса во всю ширину паза выполнены прямоугольные окна 86, между которыми образуются термостойкие радиальные лопатки 5. Стартер (на чертежах не показан) раскручивает ротор. Ротор состоит из вала 66, который установлен в подшипниках (на чертежах не показан) боковых крышек (кожухов) двигателя, и, по меньшей мере, по два шатуна 50, 51, поршня 6, 7, корпусов цилиндров 3, 4 (их число определяется в зависимости от необходимой стабильности мощности). Стартер
прикреплен к валу 66. Через проушины вала 67-70 и внутренние проушины шатунов 58-63 с помощью валиков вала 64, 65 вал 66 соединен с шатунами 50, 51. Так же через наружные проушины шатунов 52-57 и проушины поршней 44-47 с помощью валиков поршней 48, 49 соединены шатуны 50, 51 с поршнями 6, 7. В свою очередь поршни 6, 7 входят в цилиндрические расточки 8, 9 в корпусах цилиндров 3, 4, в которых они могут возвратно-поступательно перемещаться. Вращающий момент передается от вала 66, через шатуны 50, 51 и поршни 6, 7 к корпусам цилиндров 3, 4. Корпуса цилиндров 3, 4 устанавливаются в направляющем кольцевом пазу 2, с возможностью перемещения в нем. Для этого в направляющем кольцевом пазу 2 имеются удерживающие бордюры 71, 72, а у корпусов цилиндров 3, 4 выполнены выступы 73-76. Корпус цилиндра 4 в точке b (фиг.11) поворачивается вокруг поршня 7, встает параллельно направляющему кольцевому пазу 2 и смещается по нему к точке а. Корпус цилиндра 4 смещается в сторону от центра и перемещает за собой поршень 7. За поршнем 7 перемещаются наружные проушины шатуна 55-57, а так как внутренние проушины шатуна 61-63 закреплены на валу 66, следовательно, шатун 51 поворачивается вокруг внутренних проушин шатуна 61-63 и перемещает за собой поршень 7 вверх. Перемещаясь вверх, поршень 7 открывает впускной канал 15, который выполнен в корпусе цилиндра 4, так же своим приливом толкателя плунжера 41 отпускает плунжер 21. В центральной части вала 66 во всю длину выполнен канал 77 подачи рабочей среды, а так же выполнены боковые отверстия 78, 79. В канале 77 подачи рабочей среды располагают пару трубок (фиг.12), наружная трубка 80 и внутренняя трубка 81. Диаметр внутренней трубки 81 должен быть меньше диаметра наружной трубки 80 так, что бы через полость образованной между этими трубками можно было подавать сжатый воздух от источника сжатого воздуха (на чертежах не показан). По внутренней трубке 81 подается топливо под давлением от топливного насоса (на чертежах не показан). Через боковые отверстия 78, 79 к паре трубок прицепляют пару гибких шлангов (фиг.12), наружные гибкие шланги 82, 83 и внутренние гибкие шланги 84, 85, которые выполняются по такому же принципу, что и трубки 80, 81. Другим концом наружные гибкие шланги 82, 83 крепятся к впускным в корпусах цилиндров 14, 15 и подается сжатый воздух, а внутренние гибкие шланги 84, 85 крепятся к топливным каналам в корпусах цилиндров 22, 23 и подается топливо. Под действием возвращающей пружины плунжера 19 плунжер 21 перемещается и засасывает топливо через топливный канал в корпусе цилиндра 23. Через
впускной канал 15 и сверхзвуковое сопло 13 вентилируется цилиндр, выполненный в виде цилиндрической расточки 9, и полусферической расточки 11. В точке а поршень находится в крайней верхней точке. В точке а корпус цилиндра 4 поворачивается вокруг поршня 7 в обратную сторону, встает параллельно направляющему пазу 2 и перемещается к точке с. При повороте корпуса цилиндра 4 заслонка 29 нижним концом набегает на прилив поршня толкателя заслонки 43. Заслонки 42, 43 вставляются в пазы заслонок 26, 27, которые выполнены в корпусе цилиндров 3, 4, и через нижние отверстия заслонок 34, 35 и расточенные цилиндрические отверстия в корпусах цилиндров 38, 39 с помощью валиков заслонок 36, 37 крепятся к корпусам цилиндров 3, 4. Верхний конец заслонки 29 поворачивается вокруг валика заслонки 37, и верхнее отверстие заслонки 35 смещается и перекрывает сверхзвуковое сопло 13. Через впускной канал 15 в цилиндр нагнетается воздух. Корпус цилиндра 4 смещается обратно к центру, перемещая за собой поршень 7. За поршнем 7 перемещаются наружные проушины шатуна 55-57, и шатун 51 поворачивается обратно вокруг внутренних своих проушин 61-63, перемещая поршень 7 вниз. Перемещаясь вниз, поршень 7 перекрывает впускной канал 15 и сжимает воздух в цилиндре. Так же прилив поршня толкателя плунжера 41 давит на плунжер 21, который перемещаясь вниз по каналу плунжера 17, сжимает топливо к каналу форсунки 25. В точке мпт (момент подачи топлива, за несколько градусов до крайней нижней точки поршня 7, точки с) сжатое топливо с помощью форсунки (на чертежах не показана) впрыскивается в цилиндр с сжатым (следовательно, разогретым) воздухом. В точке с поршень 7 и шатун 51 вытягиваются и встают перпендикулярно валу 66. В точке с корпус цилиндра 4 поворачивается вокруг поршня 7 и встает параллельно направляющему пазу 2. Заслонка 29 отходит от прилива поршня толкателя заслонки 43 и под действием возвратной пружины заслонки 31 поворачивается обратно вокруг своего валика 37. Верхнее отверстие заслонки 35 перемещается обратно и открывает сверхзвуковое сопло 13. Прогретое топливо воспламеняется в камере сгорания, которое выполнено в виде полусферической расточки 11 в корпусе цилиндра. Полученный газ вылетает через сверхзвуковое сопло 13 и бьет в термостойкие лопатки 5, тем самым приводит в движение корпус цилиндра 4, который движется по прямолинейной части кольцевого направляющего паза 2 от точки с к точке b. Через поршень 7 и шатун 51 вращающий момент передается от корпуса цилиндра 4 к валу 66, и через поршень 6 и шатун 50 вращающий момент
передается от вала 66 к корпусу цилиндра 3, который повторяет вышеописанный цикл.
Роторно-лопастной двигатель Низамова с использованием бензина работает следующим образом.
Цилиндрический корпус 1 закреплен неподвижно. На внутренней поверхности корпуса двигателя выполнен направляющий кольцевой паз 2 таким образом, что на половине дуги корпуса паз меняет свое направление по косинусоидальному закону длинной в один период, а на второй половине дуги корпуса проходит прямолинейно. Так же на второй половине дуги корпуса во всю ширину паза выполнены прямоугольные окна 86, между которыми образуются термостойкие радиальные лопатки 5. Стартер (на чертежах не показан) раскручивает ротор. Ротор состоит из вала 66, который установлен в подшипниках (на чертежах не показаны) боковых крышек (кожухов) двигателя, и, по меньшей мере, по два шатуна 50, 51, поршня 6, 7, корпусов цилиндров 3, 4 (их число определяется в зависимости от необходимой стабильности мощности). Стартер прикреплен к валу 66. Через проушины вала 67-70 и внутренние проушины шатунов 58-63 с помощью валиков вала 64, 65 вал 66 соединен с шатунами 50, 51. Так же через наружные проушины шатунов 52-57 и проушины поршней 44-47 с помощью валиков поршней 48, 49 соединены шатуны 50, 51 с поршнями 6, 7. В свою очередь поршни 6, 7 входят в цилиндрические расточки 8, 9 в корпусах цилиндров 3, 4, в которых они могут возвратно-поступательно перемещаться. Вращающий момент передается от вала 66, через шатуны 50, 51 и поршни 6, 7 к корпусам цилиндров 3, 4. Корпуса цилиндров 3, 4 устанавливаются в направляющем кольцевом пазу 2, с возможностью перемещения в нем. Для этого в направляющем кольцевом пазу 2 имеются удерживающие бордюры 71, 72, а у корпусов цилиндров 3, 4 выполнены выступы 73-76. Корпус цилиндра 4 в точке b (фиг.11) поворачивается вокруг поршня 7, встает параллельно направляющему кольцевому пазу 2 и смещается по нему к точке а. Корпус цилиндра 4 смещается в сторону от центра и перемещает за собой поршень 7. За поршнем 7 перемещаются наружные проушины шатуна 55-57, а так как внутренние проушины шатуна 61-63 закреплены на валу 66, следовательно, шатун 51 поворачивается вокруг внутренних проушин шатуна 61-63 и перемещает за собой поршень 7 вверх. Перемещаясь вверх, поршень 7 открывает впускной канал 15, который выполнен в корпусе цилиндра 4, так же своим приливом подвижным контактом 41 отходит от провода с неподвижным контактом 21. Провода с
неподвижным контактом 20, 21 устанавливаются в канале проводов в корпусах цилиндров 16, 17. Так же при повороте корпуса цилиндра 4 прилив провода толкателя заслонки 43 давит на заслонку 29, с которой связан шарнирно. Заслонки 28, 29 вставляются в пазы заслонок 26, 27, которые выполнены в корпусе цилиндров 3, 4, и через нижние отверстия заслонок 34, 35 и расточенные цилиндрические отверстия в корпусах цилиндров 38, 39 с помощью валиков заслонок 36, 37 крепятся к корпусам цилиндров 3, 4. Заслонка 29 поворачивается вокруг своего валика 37 и верхнее отверстие заслонки 33 уходит, перекрывая сверхзвуковое сопло 13. В центральной части вала 66 во всю длину выполнен канал 77 подачи рабочей среды, а так же выполнены боковые отверстия 78, 79. В канале 77 подачи рабочей среды располагают наружная трубка 80 и основной изолированный провод 81. Диаметр основного изолированного провода 81 должен быть меньше диаметра наружной трубки 80 так, что бы через полость образованной между ними можно было подавать сжатый воздух от источника сжатого воздуха (на чертежах не показан). По основному изолированному проводу 81 подается электрический ток от аккумуляторной батареи или от генератора (на чертежах не показан). Через боковые отверстия 78, 79 к паре трубок прицепляют наружные гибкие шланги 82, 83 и прицепные изолированные провода 84, 85, которые выполняются по такому же принципу, что и трубки 80, 81. Другим концом наружные гибкие шланги 82, 83 крепятся к впускным в корпусах цилиндров 14, 15 и подается сжатый воздух, а прицепные изолированные провода 84, 85 крепятся к подвижным контактам приливов поршней 40, 41 и подается электрический ток. Через впускной канал 14 газовой смесью заполняется цилиндр, выполненный в виде цилиндрической расточки 9, и полусферической расточки 11. В точке а поршень находится в крайней верхней точке. В точке а корпус цилиндра 4 поворачивается вокруг поршня 7 в обратную сторону, встает параллельно направляющему пазу 2 и перемещается к точке с. При повороте корпуса цилиндра 4 заслонка 29 под действием прилива поршня толкателя заслонки 43 поворачивается в обратную сторону, сверхзвуковое сопло 13 остается закрытым. Корпус цилиндра 3 смещается обратно к центру, перемещая за собой поршень 7. За поршнем 7 перемещаются наружные проушины шатуна 55-57, и шатун 51 поворачивается обратно вокруг внутренних своих проушин 61-63, перемещая поршень 7 вниз. Перемещаясь вниз, поршень 7 перекрывает впускной канал 15 и сжимает газовую смесь в цилиндре. Так же прилив поршня подвижного контактора 41 касается провода с неподвижным контактом 21, и подается электрический ток к
свече 25. В точке мпи (момент подачи искры, за несколько градусов до крайней нижней точки поршня 7, точки с) свеча 25 производит искру. В точке с поршень 7 и шатун 51 вытягиваются и встают перпендикулярно валу 66. В точке с корпус цилиндра 4 поворачивается вокруг поршня 7 и встает параллельно направляющему пазу 2. Заслонка 29 под действием прилива поршня толкателя заслонки 43 поворачивается обратно вокруг своего валика 37. Верхнее отверстие заслонки 35 перемещается обратно и открывает сверхзвуковое сопло 13. Газовая смесь воспламеняется в камере сгорания, которое выполнено в виде полусферической расточки 11 в корпусе цилиндра. Полученный газ вылетает через сверхзвуковое сопло 13 и бьет в термостойкие лопатки 5, тем самым приводит в движение корпус цилиндра 4, который движется по прямолинейной части кольцевого направляющего паза 2 от точки с к точке b. Через поршень 7 и шатун 51 вращающий момент передается от корпуса цилиндра 4 к валу 66, и через поршень 6 и шатун 50 вращающий момент передается от вала 66 к корпусу цилиндра 3, который повторяет вышеописанный цикл.
Двигатель может быть использован для газообразных, легких жидких и тяжелых жидких видов топлива (бензин, авиационный керосин, дизельное топливо, газ, водород и др.).
Двигатель выполнен в модульном виде, поэтому для получения необходимой мощности целесообразно использовать соответствующее число модулей.
Приведенные новые конструктивные изменения роторно-лопастного двигателя обеспечивают преимущества предложенной конструкции над прототипом.