РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано на автотранспортных средствах, тракторах, в авиации, а также в качестве приводов генераторов электрической энергии.
Известны двигатели внутреннего сгорания, так называемые двигатели Ванкеля, содержащие корпус, закрытый передней и задней крышками, внутренняя поверхность которого выполнена по эпитрохоиде, внутрь которой вставлен ротор, соединенный с валом с помощью зубчатых колес [1-2]. Недостатком их является сложность конструкции, отсутствие хорошего уплотнения ротора с камерами впуска, сжатия и рабочего хода, наличие вибрации от эксцентрика вала.
Известны роторные двигатели, содержащие полый корпус с эпитрохоидной полостью и соответствующий ей ротор, эксцентрический вал и специальные стационарные компактные камеры сгорания, горячие отработанные газы проходят через ротор и одну из торцевых крышек, что приводит к выгоранию смазочного масла в подшипниках [3] или двигатель, использующий радиальные уплотнения, выполненные в виде установленных в выступах корпуса радиальных уплотнительных пластин [4]. Однако такие уплотнения сложно выполнить, и они недостаточно надежны. Эти недостатки частично устранены в роторном двигателе [5], в котором газораспределительный диск расположен с наружной стороны торцевой крышки, а выпуск горячих газов минует ротор.
Известны роторные двигатели, в которых корпус имеет внутреннюю камеру с доминирующей цилиндрической поверхностью с выступами по числу отсекателей, в которой размещен цилиндрический ротор, установленный на выходном валу [6], или ротор, содержащий пластины, выполненные с возможностью их радиального перемещения в роторе [7], для
более лучшего уплотнения пластин, выступы корпуса оснащены уплотнителями [8] или концах уплотнительных пластин установлены шарнино-подвижные уплотнения [9]. Но предложенные усовершенствования отрицательно сказываются на работе двигателя и его ресурсе.
Наиболее близким является роторный двигатель [9], содержащий статор (корпус) с внутренней профилированной поверхностью переменного радиуса, ротор с внутренней полостью, закрепленный на валу, уплотнительные пластины (лопасти), установленные в роторе с возможностью радиального перемещения, взаимодействующие с выступами и впадинами внутренней профилированной поверхности статора и образующие вместе с торцевыми крышками (фланцами) статора, поверхностью ротора и профилированной поверхностью статора рабочие камеры (цилиндры) с зонами впуска и нагнетания, рабочие камеры (цилиндры) впуска- воспламенения горючей смеси с зоной дополнительного сжатия, камеры расширения и выпуска отработанных газов, свечи зажигания, размещенные в статоре, между выступами профилированной поверхности статора и ротором выполнен зазор, уплотнительные пластины снабжены шарнирно-подвижными уплотнениями, соприкасающимися с поверхностью статора.
Задачей изобретения является создание двигателя, в котором ротор конструктивно выполнен с возможностью размещения в нем электрической машины.
Поставленная задача решается тем, что в известном роторном двигателе, содержащем, корпус с внутренней полостью с замкнутой кривой поверхностью, обладающей выступами и впадинами, ротор с внутренней полостью, закрепленный на валу, лопасти с концевыми уплотнениями, установленные в роторе с возможностью радиального перемещения, взаимодействующие с выступами и впадинами внутренней поверхности корпуса и образующей с ней и торцевыми фланцами корпуса рабочие цилиндры, свечи зажигания, размещенные в корпусе, между внутренней
поверхностью корпуса и ротором выполнен зазор, согласно изобретению, двигатель снабжен электрической машиной, корпус выполнен с выступами и впадинами, а вал состоит из двух частей, на одной из них закреплен ротор двигателя и якорь электрической машины, обмотка которой размещена во внутренней полости ротора и изолирована от него, на другой части вала находится кулачок газораспределительного механизма, связанного с клапанами впуска и выпуска, установленными в корпусе. Изобретение поясняется чертежами:
на фиг.1 изображен роторный двигатель (поперечный разрез);
на фиг.2 - то же, что и на фиг.1 (разрез по А-А);
на фиг.3 изображены варианты выполнения корпуса. Устройство состоит из фигурного корпуса 1, ротора 2, лопастей 3, которые находятся в стаканах (щелях) и поджаты пружинами 4. Ротор 2 находится на валу 5 и снабжен также уплотнительными кольцами 6 (полукольцами). Концы лопастей 3 снабжены уплотнительными пластинами (кольцами) 7. Лопасти образуют группу: лопасть А и лопасть Б. Вал 5 - составной (в случае если двигатель снабжен электрической машиной). На одном конце его находится фланец 8, на другом фланец 9, на этой же части вала находится кулачок 10 привода газораспределительного механизма, который приводит в движение толкатель 11, который приводит в движение рокеры 12, которые осуществляют привод подпружиненных клапанов 13. На фиг.2 показаны только выхлопные клапана, всасывающие клапана, расположенные перпендикулярно линии выхлопных. Клапанные полости выхлопа 14 и всасывания снабжены отверстиями, которые объединены и подключены к выхлопной трубе и к карбюратору (фильтру) соответственно. На полувалу 5 находится якорь 15. Здесь возможно несколько вариантов. Якоря вообще нет (двигатель без электрической машины); якорь 15 и вал 5 неподвижно укреплены на корпусе 1 и третий вариант: фланец 8 (следовательно, якорь 15) вращается валом другой секции двигателя. В роторе 2 находится обмотка электрической машины 16 (стартер) или
магнит. Электрическая машина снабжена токопередающим устройством, например, кольцами (на чертеже не показаны) для отвода электроэнергии. От остальной части ротора 2, стартер 16 отделен теплоизоляционной прослойкой (в простейшем случае воздушной прослойкой) 17. Здесь может быть организован поток, охлаждающий электрическую машину. Двигатель состоит из типовых секций 18. Для достижения определенной мощности набирается определенное количество секций 18. Кроме этого исполнения двигатель может быть двухлопастным (одноцилиндровым) - 19, четырехлопастным (двухцилиндровым) - 20, шестилопастным (трехцилиндровым) и т.д., 2п лопастным, где n - число цилиндров. На 21 показан двигатель с десятью лопастями (пятицилиндровый). Чем больше цилиндров, тем больше диаметр ротора, больше внутренняя поверхность ротора, для электрической машины (или коробки передач, редуктора) и больше плечо привода от рабочего тела. Двигатели в секциях 18 могут вращаться в противоположные стороны для динамической балансировки (при наличии внутренней электрической машины; или соответствующего механизма). Двигатель также снабжается водяным или воздушным охлаждением, системой электроискрового обеспечения, карбюратором или инжектором, топливным насосом, как и обычный двигатель внутреннего сгорания. В лопастях 3 могут быть предусмотрены отверстия для устранения динамического сжатия. На роторе 2 между лопастями А и Б предусмотрен канал для рабочего тела. В корпусе 1 могут быть предусмотрены направляющие, связанные с лопастями для принудительного движения последних в соответствии с фигурной поверхностью корпуса
Двигатель работает следующим образом.
Первая лопасть А (фиг.1) при вращении по часовой стрелке при открытом соответствующем клапане, осуществляет процесс всасывания. Далее лопасть А входит в ротор 2, а лопасть Б начинает осуществлять процесс сжатия (всасывающий клапан закрыт). Когда лопасть Б достигнет конца фигурного выреза корпуса 1, лопасть А уже войдет во второй вырез корпуса на
определенно-регулируемом расстоянии. Воздух или воздушно-топливная смесь сжата. В этот момент подается искра (в двигателях Отто), впрыскивается топливо и подается искра в инжекторных двигателях, впрыскивается топливо в двигателях, работающих по принципу Дизеля. Расширяющееся рабочее тело давит на лопасть А, осуществляется рабочий ход до тех пор, пока лопасть А уходит в ротор 2. В этот момент лопасть Б выдвигается из выреза ротора 2. Срабатывает кулачок 10, открывая соответствующий выхлопной клапан 14, осуществляется процесс выхлопа. Аналогично происходит процесс с другой парой лопастей, описываемого для примера 4-х лопастного (2-х цилиндрового) двигателя. Также работает и n-цилиндровый двигатель.
Предлагаемый двигатель эффективен, так как он обладает большим количеством цилиндров на секцию, свободным внутренним объемом для электрической машины или редуктора. Поскольку сила приложена на большом расстоянии от вала, отсутствует возвратно-поступательное движение коленвала и соответствующих частей можно добиться большего КПД. Двигатель компактен, лучше сбалансирован. При необходимости лопасти могут приводиться в движение отдельным приводом внутри ротора.
Используемые источники:
1. Политехнический словарь, гл. ред. Акад. А.Ю.Ишлинский, М:, Советская энциклопедия, 1960, с.71.
2. Патент RU №639473, F 01 С 11/00, 1979
3. Патент US, кл. 123-8.11,1968
2
4. Патент Франции №2050093, кл. F 62, 1971
5. Патент RU №2133355, F 02 В 53/00,1999
6. Патент RU №1565352, F 02 В 53/00, 1990
7. Патент WO №99/60257, F 02 В 53/00
8. Патент RU №2126898, F 02 В 53/02, F 01 С 1/344, 1999
9. Патент RU №2209323. F 02 В 53/10, 2003