БАРАБАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателестроению и может найти применение в различных машинах и механизмах в качестве энергоустановки.
Из уровня техники известен патент RU 2106504. В решении роторная часть двигателя имеет вид лопастей, между которыми образуется камера сгорания, одной из стенок которой является корпус (статор) на котором расположены впускные и выпускные каналы, свеча зажигания. Следует полагать, что при работе данного двигателя велик риск заклинивания лопастей, которые проходят на минимальном расстоянии от статора, вследствие теплового расширения, так как система охлаждения не предусмотрена конструкцией.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- барабанный двигатель предусматривает возможность расположения системы охлаждения, что снижает тепловое расширение;
- камеры сгорания в барабанном двигателе расположены внутри барабана и не связаны с корпусом, благодаря чему зазор между барабаном и корпусом двигателя меньше, а значит меньше и вероятность заклинивания.
Из уровня техники известен патент РФ №2131522, в котором описана конструкция двигателя, который имеет впускные и выпускные окна, свечи зажигания расположенные в корпусе и диск с лопатками, благодаря которым в процессе вращения роторной части создаются камеры сгорания в которых происходит воспламенение топлива. При этом, следует полагать, что при воспламенении горючей смеси давление в камере сгорания распределяется не только толкая диск и производя полезную работу, но и в центр ротора, а также по стенке корпуса двигателя, что приводит к потере мощности и малому КПД двигателя.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- камеры сгорания в барабанном двигателе, в отличии от аналога, размещены внутри вращающейся части двигателя (барабана) и при воспламенении топливно-воздушной смеси давление распределяется точечно под углом к центральной части барабана, что позволяет повысить мощность и эффективность двигателя.(это отличие пожалуй стоит заменить, например взять из описания отличий следующего патента, для лучшего пояснения отличий двигателя)
Известен патент РФ №2235895 на конструкцию, которая имеет впускные и выпускные окна, свечи зажигания расположенные в корпусе двигателя (статоре). По описанию аналог имеет разделенные стенками камеры сгорания, причем стенки камер сгорания достаточно тонки, а сами стенки плотно примыкают посредством уплотнительных пластин к корпусу двигателя. Так как конструкцией не предусмотрено наличия системы охлаждения, то высока вероятность заклинивания двигателя.
Сжатия топливо-воздушной смеси в аналоге не предусмотрено, а значит давление отработавших газов будет невысоким, что достаточно для достижения высокого крутящего момента, но недостаточно для высокой мощности, что необходимо при работе двигателя в механизмах с повышенной нагрузкой.
При воспламенении воздушно-топливной смеси в аналоге давление будет распределяться в сторону центра ротора, а также по стенке корпуса двигателя и по стенкам камеры сгорания.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- барабанный двигатель имеет рубашку охлаждения, что позволяет регулировать тепловое расширение деталей в необходимых пределах;
- камеры сгорания расположены внутри барабана и имеют выпускное отверстие направляющее газы в противоположную вращению сторону, т.е. даже при распределении газов по стенкам камеры сгорания, давление производит максимально возможную работу.
- на барабанном двигателе изначально конструкцией предусматривается возможность применения системы сжатия, что при незначительном снижении крутящего момента позволит повысить мощность в несколько раз (в зависимости от степени сжатия). Известен патент РФ №2380556, в котором двигатель имеет лопасти, которые, для обеспечения стабильной работы двигателя, должны проходить с минимальным зазором от статора. Это повышает вероятность заклинивания при тепловом расширении.
Конструктивное отличие аналога от барабанного двигателя состоит в том, что аналог имеет клапана и свечи зажигания расположенные на невращающемся корпусе. Камеры сгорания аналога позволяют давлению при воспламенении воздушно-топливной смеси распространяться по стенке статора, а также уходить к центру ротора, что снижает КПД двигателя.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- барабанный двигатель имеет рубашку охлаждения, что позволяет регулировать тепловое расширение деталей в необходимых пределах;
- камеры сгорания расположены внутри барабана и имеют выпускное отверстие направляющее газы в противоположную вращению сторону, т.е. даже при распределении газов по стенкам камеры сгорания, давление производит максимально возможную работу.
Известен патент РФ №2400641, в котором конструкция двигателя имеет впускные и выпускные окна, свечи зажигания расположенные в корпусе двигателя (статоре). По описанию аналог имеет разделенные стенками камеры сгорания, причем стенки камер сгорания достаточно тонки, а сами стенки плотно примыкают посредством уплотнительных пластин к корпусу двигателя. Так как конструкцией не предусмотрено наличия системы охлаждения, то высока вероятность заклинивания двигателя. Сжатия топливо-воздушной смеси в аналоге не предусмотрено, а значит давление отработавших газов будет невысоким, что впрочем достаточно для достижения высокого крутящего момента, но недостаточно для высокой мощности, что необходимо при работе двигателя в механизмах с повышенной нагрузкой.
При воспламенении воздушно-топливной смеси в аналоге давление будет распределяться в сторону центра ротора, а также по стенке корпуса двигателя и по стенкам камеры сгорания.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- барабанный двигатель имеет рубашку охлаждения, что позволяет регулировать тепловое расширение деталей в необходимых пределах.
- камеры сгорания расположены внутри барабана и имеют выпускное отверстие направляющее газы в противоположную вращению сторону, т.е. даже при распределении газов по стенкам камеры сгорания, давление производит максимально возможную работу.
- на барабанном двигателе изначально конструкцией предусматривается возможность применения системы сжатия, что при незначительном снижении крутящего момента позволит повысить мощность в несколько раз (в зависимости от степени сжатия).
Известен патент РФ №2416726 на классический роторно-поршневой двигатель дополненный форкамерой. При этом вращающейся частью является ротор представляющий собой поршень без расположения на нем дополнительных элементов. Воспламенение топливо-воздушной смеси в аналоге начинается в форкамере, что снижает экономичность двигателя, а расширяющиеся продукты горения ударяют в сторону ротора и только незначительная их часть произодит полезную работу. Также следует учесть, что ротор в данном аналоге не способен обеспечить крайне малый зазор со статором, что также снижает его мощность.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- сгорание воздушно-топливной смеси в в барабанном двигателе происходит внутри барабана, что повышает экономичность и повышает КПД двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- камеры сгорания расположены внутри барабана и имеют выпускное отверстие направляющее газы в противоположную вращению сторону, т.е. даже при распределении газов по стенкам камеры сгорания, давление производит максимально возможную работу.
Известен патент РФ №2451191 на двигатель, который имеет ротор, выполненный в форме лопаток. Образующиеся на аналоге при помощи лопаток камеры сгорания приводят к такому расширению рабочей смеси, что затрагиваются стенки не участвующие в процессе привода ротора. Это ведет к потере мощности.
Также аналог имеет свечи зажигания, клапана и управляющие элементы (трубопроводы воздушно-топливной смеси и т.д.) выведенные за пределы вращающейся части и расположенные на статоре.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- сгорание воздушно-топливной смеси в в барабанном двигателе происходит внутри барабана, что повышает экономичность и повышает КПД двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- камеры сгорания расположены внутри барабана и имеют выпускное отверстие направляющее газы в противоположную вращению сторону, т.е. даже при распределении газов по стенкам камеры сгорания, давление производит максимально возможную работу.
Наиболее близким решением является патент РФ №2301900, в котором конструкция двигателя имеет впускные и выпускные окна, свечи зажигания расположенные в корпусе двигателя (статоре). По описанию аналог имеет разделенные стенками камеры сгорания, причем стенки камер сгорания достаточно тонки, а сами стенки плотно примыкают посредством уплотнительных пластин к корпусу двигателя. Так как конструкцией не предусмотрено наличия системы охлаждения, то высока вероятность заклинивания двигателя.
Сжатия топливо-воздушной смеси в аналоге не предусмотрено, а значит давление отработавших газов будет невысоким, что впрочем достаточно для достижения высокого крутящего момента, но недостаточно для высокой мощности, что необходимо при работе двигателя в механизмах с повышенной нагрузкой.
При воспламенении воздушно-топливной смеси в аналоге давление будет распределяться в сторону центра ротора, а также по стенке корпуса двигателя и по стенкам камеры сгорания.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- подача топливо-воздушной смеси в барабанном двигателе проходит через центральную часть двигателя;
- такие элементы, как свечи зажигания и клапана в барабанном двигателе расположены непосредственно на барабане, т.е. на той части, которая вращается;
- барабанный двигатель имеет рубашку охлаждения, что позволяет регулировать тепловое расширение деталей в необходимых пределах;
- камеры сгорания расположены внутри барабана и имеют выпускное отверстие направляющее газы в противоположную вращению сторону, т.е. даже при распределении газов по стенкам камеры сгорания, давление производит максимально возможную работу;
- на барабанном двигателе изначально конструкцией предусматривается возможность применения системы сжатия, что при незначительном снижении крутящего момента позволит повысить мощность в несколько раз (в зависимости от степени сжатия).
Технический результат состоит в возможности реализации конструкции двигателя, не уступающего в мощности ныне известным роторно-поршневым двигателям, но имеющего лучшее охлаждение рабочей полости, чем у них.
Результат достигается за счет того, что барабанный двигатель, имеющий стационарно располагающийся корпус и вращающуюся внутреннюю часть, внутри которой расположены камеры сгорания, элементы систем охлаждения и зажигания такие, как трубопроводы подвода и вывода охлаждающего элемента, не менее одной свечи зажигания, впускные и выпускные клапана, элементы трубопровода подвода воздушно-топливной смеси к камерам сгорания, отличающийся тем, что система подачи топливо-воздушной смеси в двигателе расположена в центральной части двигателя, свечи зажигания и клапана расположены непосредственно во вращающейся части барабана, камеры сгорания расположены внутри барабана, а выпускное отверстие выполнено в такой форме, которая направляет газы в противоположную вращению барабана сторону.
Кроме того, барабанный двигатель может содержать систему сжатия воздушно-топливной смеси.
Лопатки клапанов, возвратные пружины, контактная часть свечи зажигания могут быть расположены снаружи барабанной части двигателя. Кулаки впускных и выпускных клапанов, трубопроводы, топливная форсунка, могут быть расположены на корпусе двигателя. Барабанный двигатель может быть изготовлен с расположением камер сгорания в один или два ряда.
Барабанный двигатель содержит не менее одного кулака впускного и выпускного такта.
Указанный технический результат достигается путем расположения камер сгорания в корпусе вращающейся части и расположением выпускного трубопровода в сторону обратную вращению барабана, позволяя, таким образом, вращающейся, роторной части двигателя раскручивать самой себя.
Лучшее охлаждение достигается за счет расположения внутри барабана рубашки охлаждения заполненной охлаждающим жидкостным или газообразным веществом в зависимости от условий работы двигателя.
Также, часть систем зажигания, охлаждения, питания и часть системы привода клапанов расположены на вращающейся части двигателя.
Частными случаями изготовления двигателя являются:
- изготовление двигателя без системы охлаждения;
- построение двигателя с двухрядным расположением камер сгорания;
- построение двигателя с удвоением частоты работы за счет расположения дополнительных кулаков клапанов впуска, выпуска и контактной части системы зажигания;
- построение двигателя без, или с иной, системой сжатия;
- изготовление и установка иной контактной части свечи зажигания;
- помещение на двигатель клапанов иной конструкции.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан барабан двигателя (роторная часть) в разрезе; на фиг.2 показана задняя часть барабана со стороны камер сгорания; на фиг.3 показана задняя часть барабана со стороны лопаток клапанов; на фиг.4 показана задняя часть корпуса двигателя; на фиг.5 показана задняя часть корпуса двигателя в разрезе; на фиг.6 показан клапан двигателя с осью; на фиг.7 показана свеча зажигания и контактная часть; на фиг.8 показан поршень системы сжатия; на фиг.9 показан барабан двигателя в разрезе с выделенными элементами системы охлаждения; на фиг.10 показана задняя часть барабана с выделенными системами охлаждения.
Для передачи вращательного движения на коробку передач или другой рабочий элемент на корпусе барабана 1 установлена шлицевая часть 2, на которую одевается фланец маховика 3, закрепляемый гайкой 4.
Для обеспечения расположения датчиков и иных устройств внутри барабана 1, на задней части барабана имеется крышка 5, дополненная сальником 6 для обеспечения герметичности внутреннего пространства.
С целью обеспечения большей ремонтопригодности корпус барабана 1 является раздельным, при этом основные элементы систем двигателя располагаются на задней части барабана. На передней части расположены части трубопроводов и камер сгорания, которые непосредственно примыкают к таким же элементам задней части.
На корпусе барабана имеются кольца трения 7, предназначенные для плотного и герметичного соединения с кольцами трения 8 корпуса двигателя 9. При необходимости кольца могут быть заменены резиновыми сальниками и уплотнителями. Работа двигателя происходит следующим образом:
По расположенному в корпусе двигателя 9 трубопроводу 10 в агрегат попадает воздух который смешивается с топливом подающимся через форсунку 11. Далее топливо-воздушная смесь проходит по трубопроводу 10 в барабан 1, где первый трубопровод разделяется на более мелкие, число которых равняется числу камер сгорания 12. При открытии впускного клапана 13 смесь попадает в камеру сгорания 12. Воспламенение смеси происходит от искры, которую создает свеча зажигания 14. Продукты горения выходят под давлением через выпускной клапан 15 по трубопроводу 16 производя полезную работу и поддерживая вращения барабана внутри корпуса двигателя. Далее продукты горения отводятся через выпускной коллектор 17 расположенный на корпусе двигателя.
Чтобы клапана двигателя производили открытие предусмотрены такие элементы, как расположенный внутри корпуса двигателя кулак впускного такта 18, который производит нажатие на лопатку 19 впускного клапана. При этом лопатка 19 прокручивает ось 20 на другом конце которой располагается клапан. Для возврата клапана в исходное положение предусмотрена возвратная пружина 21. Выпускной клапан 15 задействуется похожим образом - кулак выпускного такта 22 производит нажатие на лопатку клапана 19, которая посредством оси 20 производит открытие выпускного клапана 15.
Для того, чтобы обеспечить надежное примыкание к корпусу клапанов 13, 15 они крепятся к оси 20 с незначительным смещением, чтобы давление создаваемое внутри камеры сгорания при воспламенении смеси лучше прижимало к барабану 1 впускной клапан 13 и приоткрывало выпускной клапан 15 для более лучшего отвода продуктов горения и более раннего совершения полезной работы. Клапана 13, 15 с двух сторон имеют зоны примыкания 23 клапана к барабану 1 для лучшей герметичности камеры сгорания 12.
Для охлаждения двигателя предусмотрена система включающая в себя насос или компрессор (показан на фиг.9 условно под буквой К), который создает давление в системе охлаждения, заставляя охлаждающий элемент (жидкостной или воздушный (газообразный)) проходить через корпус двигателя 9 в систему охлаждения барабана 1 по трубопроводу 24. Далее элемент попадает в камеру охлаждения 25, где производит полезную работу по охлаждению стенок камеры сгорания 12. Далее охлаждающий элемент выводится по трубопроводу 26 в атмосферу, если применяется воздушная система охлаждения фиг.9, в трубопровод 10 при необходимости подогрева поступающего в камеры сгорания воздуха, или в расширительный бачок в случае применения жидкостной системы охлаждения.
При этом благодаря расположенным на разных уровнях трубопроводам 24 и 26 (на фиг 10 распределение воздушных потоков направленных на выход из двигателя и ответвление трубопровода 26 показано условно, поскольку он расположен на уровень выше камеры сгорания, см. фиг.9) обеспечивается оптимальное заполнение охлаждающим элементом камеры охлаждения и его вывод из двигателя.
Система смазки двигателя состоит из горловины 27, в которую заливается смазка, трубопровода 28, который подводит смазку к барабану 1, и сальников 29, обеспечивающих герметичное соединение и предохраняющих двигатель от утечек из системы смазки.
Для работы системы зажигания на корпусе двигателя 9 предусмотрены контактные элементы 30, которые передают энергию на свечу зажигания 14 при помощи одеваемой на свечу зажигания конструкции, которая состоит из резьбы верхнего контакта свечи зажигания 31, резинового пыльника 32, гайки 33 предназначенной для крепления конструкции на свече зажигания, пальца 34 заканчивающегося резьбовой частью 35, на которую накручивается контргайка 36. Также на резьбу накручивается направляющая контакта 37 на которой жестко закреплен контакт 38. Направляющая контакта 37 за счет собственной резьбовой части и контргайки регулирует зазор между контактом 38 и корпусом двигателя 9. Все элементы конструкции, за исключением пыльника, делаются из токопроводящих материалов.
Также двигатель может быть оборудован системой сжатия (поскольку двигатель может работать без нее - на фиг.8 указана только отдельно конструкция системы), предназначенной для повышения мощности и экономичности. Сжатие обеспечивается поршнем 39, установленным под камерой сгорания в задней части барабана. Система работает следующим образом: внутри корпуса двигателя 9 на уровне между лопатками 19 внутренних клапанов и внешних, чтобы не допустить соприкосновения с ними, устанавливается дополнительный кулак сжатия (на чертежах не указан). На барабан 1, также между лопатками впускных и выпускных клапанов устанавливаются элементы системы, такие, как поршень 39 имеющий ударную выпуклость 40 и передвигающийся по стенкам цилиндра 41. Цилиндр связан с камерой сгорания 12 в которой, при движении поршня, повышается давление топливно-воздушной смеси, благодаря чему увеличивается отдача двигателя. Для того, чтобы поршень возвращался в исходное состояние предусмотрены направляющие 42, закрепляемые на юбке поршня гайками 43, и пружины отбоя 44.
Отвод продуктов горения из двигателя осуществляется через выпускной коллектор 17 в корпусе двигателя 9, закрепляемый при помощи болтов или шпилек в резьбовых отверстиях 45.
Передняя и задняя части барабана соединяются подобным образом, для чего имеются внешние резьбовые отверстия 46 большего диаметра и внутренние резьбовые отверстия 47 меньшего.
Крышка задней части крепится вышеописанным образом через отверстия 48. Передняя крышка (на чертежах не указана) корпуса двигателя 9 крепится при помощи шпилек или болтов в резьбовых отверстиях 49. Также в крышке имеется отверстие с подшипником под фланец маховика.
Сам двигатель устанавливается на станок, автомобиль и т.д. при помощи предусмотренных в нижней части двигателя опор 50 или других крепежных элементов. Решению описанных ранее задач способствует расположение элементов частей систем питания, охлаждения, привода клапанов, зажигания непосредственно на вращающейся части двигателя. Наличие системы охлаждения, способной остудить стенки камеры сгорания. Направленность выпускных трубопроводов в сторону противную вращению, что позволяет разогнать двигатель и достичь мощности сравнимой с мощностью аналогов. Возможность расположения на двигателе системы сжатия, которая еще более повысит мощность.