БЫСТРОХОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися роторами.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (патент США US 2003047158), состоящий из корпуса, смещенного относительно оси вращения ротора. Лопатки присоединены к ротору шарнирно и создают отдельные камеры в двигателе. Каждая из камер обладает способностью работать по циклу Отто. Каждая камера обладает свечей зажигания и клапанами впуска и выпуска, которые позволяют всасывать свежую смесь и удалять отработавшие газы.
Недостатком двигателя является низкая надежность ввиду того, что шарнирные соединения крепления лопаток находятся в зоне сгорания топлива.
Известен роторно-лопаточный двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №2413853). Двигатель состоит из корпуса с полостью, в которой размещен ротор с рабочими лопатками и копир, который установлен в корпусе с эксцентриситетом к оси ротора. Во время работы двигателя рабочие лопатки вращаются вместе с ротором и одновременно совершают радиальные перемещения, прокатываясь роликами по кольцевым дорожкам копира. Сгорание топлива происходит в рабочих камерах, разность давлений в рабочих камерах вызывает вращение ротора.
Недостатком данного двигателя является низкая надежность, поскольку взаимодействие лопаток с ротором происходит вблизи зоны сгорания топлива, что приведет к выходу лопаток из строя.
За прототип принят роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2589882. Двигатель состоит из корпуса, внутри корпуса размещен ротор с пазами, в которых помещены лопасти. Двигатель имеет пульсирующую систему впрыска топлива, зону сжатия горючей смеси, зажигание горючей смеси производят от свечи, находящейся в полости сжатия, и далее следует зона расширения и зона выхлопа. Достоинством двигателя является быстроходность. Двигатель за один оборот ротора совершает четыре рабочих хода. Ни один известный двигатель не позволяет получить столь высокой интенсивности работы
Недостатком данного двигателя является низкая надежность двигателя, поскольку силовое взаимодействие между лопастями и ротором происходит в зоне сгорания топлива. Это приведет к быстрому выходу двигателя из строя.
Задачей настоящей полезной модели является создание двигателя, обладающего высокой надежностью и быстроходностью, обеспечивающей не менее двух рабочих ходов за один оборот ротора.
Поставленная задача решается тем, что быстроходный двигатель состоит из корпуса с полостью, в которую помещен ротор, снабженный радиальными прорезями, с размещенными в них пластинами, которые образуют рабочие камеры переменного объема, сообщающиеся с камерой сгорания. Также двигатель содержит двигательную часть и компрессорные части. Размер двигательной части в осевом направлении превышает суммарный размер компрессорных частей, которые разбиты на две части и размещены по краям двигательной части. Пластины в двигателе выполнены как единое целое, кроме того, в корпусе двигателя размещен копир, который выполнен в виде замкнутой кольцевой гладкой волновой линии без точек излома и точек возврата. Число вершин и впадин волновой линии на копире не имеет ограничений в большую сторону. Предусмотрено, что копир состоит из двух частей, внутренней и внешней, между которыми размещены пластины. Кроме того, внешней частью копира служит внутренняя поверхность корпуса, размещенная за пределами проточных частей, как двигателя, так и компрессора в осевом направлении. Причем внутренняя часть копира прикреплена к боковой стенке корпуса двигателя и выполнена уменьшенной копией внешней части в окружном направлении. Также к концам каждой пластины в радиальном направлении шарнирно прикреплены башмаки с возможностью перемещения в окружном направлении, как по внешней, так и по внутренней части копира, кроме того, с возможностью совершения колебательных движений в окружном направлении. Причем предусмотрено, что к каждому штифту, прикрепленному к пластине и размещенному свободным концом в замкнутых выточках, выполненных в боковых стенках, шарнирно присоединен башмак с возможностью перемещения в окружном направлении также с возможностью совершения колебательных движений в окружном направлении. Также предусмотрено, что на внутренней поверхности каждой боковой стенки двигателя размещены замкнутые кольца. Кроме того, к каждой пластине прикреплено два штифта с зазором в радиальном направлении, причем на штифтах шарнирно размещены башмаки с возможностью совершения колебательных движений в окружном направлении. Кроме того, в зазор между башмаками помещен свободный конец кольца с возможностью перемещения башмаков в окружном направлении.
На фиг. 1-9 представлен быстроходный двигатель.
На фиг. 1-3 представлен быстроходный двигатель с копиром, выполненным в виде волновой линии с шестью вершинами и шестью впадинами.
На фиг. 1 представлена двигательная часть.
На фиг. 2 представлена компрессорная часть.
На фиг. 3 представлена направляющая часть.
На фиг. 4-9 двигатель, в котором копир выполнен в виде овала.
На фиг. 4 представлена двигательная часть с двумя камерами сгорания.
На фиг. 5 представлена двигательная часть с одной камерой сгорания.
На фиг. 6 представлена компрессорная часть двигателя.
На фиг. 7 представлена направляющая часть двигателя, с копиром, состоящим из внутренней и внешней части.
На фиг. 8 представлена направляющая часть двигателя с копиром в виде замкнутой выточки.
На фиг. 9 представлена направляющая часть двигателя с копиром в виде замкнутого кольца.
Быстроходный двигатель на фиг. 1-3 состоит из камеры сгорания 1, причем предусмотрена установка на двигателе как одной, так и нескольких камер сгорания. Также двигатель состоит из двигательной части 2, впускного отверстия 3 в корпусе двигательной части, которое соединено с камерой сгорания. Рабочее тело из камеры сгорания поступает в двигательную часть во впускное окно по стрелке А1 в рабочие камеры 4, которые образованы пластинами 5. Рабочие камеры для двигателя и компрессора имеют одинаковое обозначение. В рабочих камерах двигателя происходит расширение рабочего тела, под воздействием разности давлений на пластины происходит вращение ротора 6, по стрелке С. Пластины в двигателе выполнены как единое целое и силовое воздействие пластин на ротор осуществляется в направляющих частях 7 данного двигателя. Направляющие части размещены по краям двигателя в осевом направлении возле боковых стенок корпуса, в зоне низких температур. В направляющей части к ротору прикреплены направляющие элементы 8, в которых размещаются пластины, вынуждая ротор вращаться. Направляющие элементы также позволяют перемещаться пластинам в радиальном направлении. На внутренней стороне обеих боковых стенок корпуса двигателя выполнены выточки 9 в виде замкнутой кольцевой гладкой волновой линии без точек излома и точек возврата. К каждой пластине в направляющих частях крепится штифт 10, который свободным концом помещен в выточку, с возможного перемещения в окружном направлении. Выточки в боковых стенках выполняют функцию копира и вынуждают пластины перемещаться возвратно-поступательно при вращении ротора. Ось, проходящая через центры копиров, совпадает с осевой линией вала. Компрессорные части 11 содержат выпускные окна 12, через которые сжатый воздух направляется в камеру сгорания (стрелка Б). Свежий воздух поступает во впускные окна 13 компрессорных частей, в рабочие камеры, где происходит его сжатие (стрелка А). Компрессорные части размещены по краям двигательной части в осевом направлении. Выхлопные газы из двигательной части удаляется по стрелке Б1 в выхлопные окна 14. Уплотняющие элементы 15 размещены в двигательной части и в компрессорных частях для предотвращения утечек. При необходимости в двигательной части и в компрессорных частях также размещаются и направляющие элементы. Штриховая линия 16 соответствует форме копира.
На фиг. 4-9 представлен быстроходный двигатель, в котором копир выполнен из двух вершин волн без точек перегиба между ними, и копир в этом случае имеет форму овала. Небольшое количество волн упрощает двигатель и делает его надежнее, в остальном в устройстве двигателей принципиальной разницы нет. (Обозначения на всех фигурах сохраняются.) На фиг. 4 представлен двигатель с двумя камерами сгорания. Двигатель содержит ресивер 17, куда подается сжатый воздух из компрессорной части, далее воздух направляется в регенератор 18, размещенный в выхлопном патрубке 19. На фиг. 5 представлена двигательная часть, которая по форме совпадает с компрессорной частью и имеет одну камеру сгорания. На фиг. 6 представлена компрессорная часть двигателя, которая для каждого из этих двигателей выполняется одинаковой. На участке сжатия воздуха у компрессора и на участке расширения рабочего тела у двигателя внутренняя поверхность корпуса и копира в окружном направлении подобны, на остальных участках это необязательно. На фиг. 7-9 представлены направляющие части, которые размещены по краям двигателя за пределами двигательной части и за пределами компрессорных частей. На фиг. 7 представлена направляющая часть, которая состоит из внешней и внутренней части. Копир в направляющей части состоит из двух частей, внутренней и внешней, внешней частью копира служит внутренняя поверхность 20 корпуса, размещенная за пределами проточных частей двигателя и компрессора в осевом направлении. Внутренняя часть 21 копира прикреплена к боковой стенке корпуса двигателя и выполнена уменьшенной копией внешней части в окружном направлении. Между внешней и внутренней частью размещены пластины. К концам пластин в радиальном направлении на шарнирах 22 прикреплены башмаки 23, причем для внутренней части копира выполнены башмаки меньшего размера, чем к внешней стороне. К ротору прикреплены направляющие элементы, в которых размещаются пластины, вынуждая ротор вращаться. Также направляющие элементы направляют движение пластин в радиальном направлении. Башмаки, шарнирно закрепленные на пластинах, вынуждают пластины двигаться возвратно-поступательно при вращении ротора. На фиг. 8 выполнен копир, в виде выточки 24 в боковых стенках корпуса двигателя. Ось, проходящая через центры копиров, совпадает с осевой линией вала. На штифте, размещен шарнирно на пластине башмак, который выполнен со способностью перемещаться по выточке в окружном направлении. На фиг. 9 выполнен копир в виде замкнутого кольца 25, размещенного на внутренней поверхности каждой боковой стенки двигателя. В этом случае на пластине размещаются два штифта с радиальным зазором между ними, на каждый штифт одеваются шарнирно башмаки. В пространстве между башмаками размещается замкнутое кольцо, с возможностью свободного перемещения башмаков по кольцу в окружном направлении, как по внешней, так и по внутренней части кольца.
При работе быстроходного двигателя на рис. 1-3 воздействие пластин 5 на ротор 6 осуществляется в направляющей части 7, где к ротору прикреплены направляющие элементы 8, в которых размещаются пластины, вынуждая ротор вращаться. Под воздействием рабочего тела на пластины происходит вращение ротора, которое показано стрелкой С. При вращении ротора штифт 10 перемещается по выточке 9 и поскольку выточки в боковых стенках выполнены в виде волновой линии, пластины перемещаются в направляющих элементах также возвратно-поступательно. При этом направляющие элементы направляют движение пластин в радиальном направлении. Сжатый воздух в камеру сгорания поступает из компрессорных частей 11 через выпускные окна 12 (стрелка Б). Свежий воздух поступает во впускные окна 13 (стрелка А), в рабочие камеры компрессора 4. Выхлопные газы удаляется по стрелке Б1 в выхлопные окна 14 в двигательной части. Уплотняющие элементы 15 в двигательной части и в компрессорных частях предотвращают утечки. Штриховая линия 16 соответствует форме копира.
Двигатель при работе за один оборот ротора совершает шесть рабочих ходов, что больше чем прототипа.
Работа представленного на фиг. 4-9 двигателя, где копир выполнен в виде овала, осуществляется аналогично. В этом случае двигатель совершает два рабочих цикла за один оборот ротора. На фиг. 4 представлен двигатель с двумя камерами сгорания 1. Сгорание в камерах сгорания во время работы двигателя осуществляется непрерывно. Для уменьшения пульсаций воздуха двигатель содержит ресивер 17, куда подается сжатый воздух из компрессорной части 11, далее воздух направляется в регенератор 18, размещенный в выхлопном патрубке 19. Расширение рабочего тела осуществляется в нескольких рабочих камерах 4, это уменьшает нагрузку на пластины 5 и увеличивает надежность двигателя. Поскольку размеры двигательной части в осевом направлении превышают суммарный размер компрессорных частей, расширение рабочего тела происходит до низкой величины, близкой к атмосферному давлению, то есть двигатель работает по циклу Брайтона. На фиг. 5 представлена двигательная часть 2, которая по форме совпадает с компрессорной частью 11 и содержит одну камеру сгорания 1. На фиг. 6 представлена компрессорная часть 11 двигателя, которая для каждого из этих двигателей выполняется одинаковой. На фиг. 7-9 представлены направляющие части, которые отличаются копирами. На фиг. 7 представлена направляющая часть 7 двигателя, в котором копир состоит из внешней 20 и внутренней 21 части. При работе двигателя башмаки 23 скользят в окружном направлении по поверхностям копира, вынуждая пластины 5 перемещаться возвратно-поступательно, также пластины движутся в окружном направлении и радиально, к чему их вынуждают направляющие элементы 8, закрепленные на роторе 6. На фиг. 8 выполнен копир, в котором в выточке 24 на штифте, размещен шарнирно на пластине башмак, который при работе перемещается по выточке в окружном направлении. Прикрепленные к ротору направляющие элементы 8 вынуждают пластины к движению в окружном и в радиальном направлении. На фиг. 9 выполнен копир в виде замкнутого кольца 25. Башмаки 23 охватывают кольцо с двух сторон и при работе, скользят по нему в окружном направлении. Шарниры 22 во всех копирах позволяют башмакам совершать колебательные движения в окружном направлении.
При шести волнах, размещенных на копире, происходит шесть рабочих ходов за один оборот ротора, что больше чем у прототипа. Причем для подобных двигателей это не предел, но большое количество волн проще применять на двигателях больших размеров. Силовое взаимодействие между ротором и копиром осуществляется в зоне низких температур, башмаки увеличивают площадь соприкосновения с копиром, что увеличивает надежность двигателя в сравнении с прототипом.