| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2133845
РОТОРНИЙ Двигуни внутрішнього згоряння
Ім'я заявника: Лаптєв Євген Васильович; Лаптєв Дмитро Євгенович
Ім'я винахідника: Лаптєв Євген Васильович; Лаптєв Дмитро Євгенович
Ім'я патентовласника: Лаптєв Євген Васильович; Лаптєв Дмитро Євгенович
Адреса для листування: 443002, Самара, пр.Леніна, д.2а, кв.105, Лаптєва Є.В.
Дата початку дії патенту: 1998.03.11
Винахід відноситься до галузі двигунобудування і може бути використано в автомобілебудуванні, суднобудуванні, тракторобудуванні і інших областях, де застосовуються двигуни внутрішнього згоряння. Технічний результат - підвищення потужності двигуна та спрощення управління системою заслінок. Роторний двигун внутрішнього згоряння містить корпус з внутрішньою циліндричною порожниною і камерами згоряння, забезпеченими перекриваються перепускними каналами, ротор і систему заслінок, встановлених в пазах корпусу і контактують з профільованою зовнішньою поверхнею ротора. Внутрішня циліндрична порожнина розділена на самостійні порожнини стиснення і розширення, сполучені між собою через парне число рівномірно розміщених по окружності камер згоряння, ротор складається з встановлених на загальному валу і розміщених в порожнинах стиснення і розширення дисків. На зовнішніх поверхнях дисків виконані чергуються з циліндричними частинами сегментообразние вирізи. Диски розгорнуті щодо один одного так, що навпроти кожного сегментообразние вирізу одного розташована циліндрична частина іншого. Заслінки попарно розміщені біля кожної камери внутрішнього згоряння, причому одна з заслінок кожної камери встановлена в порожнині стиснення, а інша в порожнині розширення.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі двигунобудування і може бути використано в автомобілебудуванні, суднобудуванні, тракторобудуванні і інших областях, де застосовуються двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).
У сучасному двигунобудування відомі роторні двигуни внутрішнього згоряння різного типу. Їх можна розділити на роторно-поршневі, роторно-лопатеві і власне роторні двигуни. Роторно-поршневі двигуни містять поршні і циліндри, які об'єднуються в єдиний блок або у вигляді багатопроменевої зірки, або у вигляді барабана. У зіркоподібних двигунах кожен поршень має ролик, який спирається на робочу доріжку, проточенной у вигляді "вісімки" на нерухомому силовому кільці, а в центрі корпусу розташований нерухомий золотник для підведення робочої суміші в циліндри. У двигунах барабанного типу поршні рухаються в циліндрах назустріч один одному, утворюючи робочі камери змінного об'єму, а їх поступальний рух перетворюється в обертальний рух вала за допомогою "косих" шайб. У роторно-лопатевих двигунах внутрішнього згоряння основними робочими елементами є лопаті, які ділять циліндричну порожнину корпусу на чотири замкнутих обсягу. Для здійснення в них термодинамічних процесів лопаті повинні здійснювати складний рух, яке крім обертального складається і з руху, подібного рухам ножиць. Простішу конструкцію мають власне роторні двигуни внутрішнього згоряння, в яких змінні робочі обсяги для здійснення термодинамічних процесів утворюються робочими поверхнями ротора і корпусу. Такі двигуни мають або внутрішню порожнину складної форми і простий ротор як, наприклад, в двигунах Ванкеля, або циліндричну форму внутрішньої порожнини і ротор складної конструкції з рухомими поршнями (див., Наприклад, книгу Гуськова Г.Г. Незвичайні двигуни. - М.: знання, 1971 р авт. св. N 1518555, кл. F 02 B 53/00, 1989).
Основним недоліком відомих роторно-поршневих і власне роторних двигунів внутрішнього згоряння є невеликий ресурс їх роботи внаслідок швидкого зносу робочих поверхонь, що обумовлено наявністю великих відцентрових сил, що діють на робочі елементи двигуна. До недоліків відомих власне роторних двигунів, крім того, можна віднести і ненадійну роботу ущільнень, незручну форму камери згоряння, складну форму внутрішньої порожнини або складну конструкцію ротора. Основним недоліком роторно-лопатевих двигунів внутрішнього згоряння є складна система управління лопатями.
Значною мірою від зазначених недоліків вільні роторні двигуни з циліндричної внутрішньої порожниною і простим ротором, змінні робочі обсяги для здійснення термодинамічних процесів в яких утворюються за допомогою профілювання зовнішньої поверхні ротора і установки системи заслінок в пазах корпусу.
Найбільш близьким за технічною сутністю є роторний двигун внутрішнього згоряння, що містить корпус з внутрішньою циліндричною порожниною і камерою згоряння, забезпеченою перекриваються перепускними каналами, ротор і систему заслінок, встановлених в пазах корпусу і контактують з профільованою зовнішньою поверхнею ротора. У середній частині ротора зазначеного двигуна виконаний виступ, що входить в кільцеву проточку корпусу, що є робочою камерою двигуна. Заслінки поділяються на передню, задню, розділову і мають механізм управління, який забезпечений штовхачем і двома двоплечими важелями, кінематично пов'язаними між собою і з заслінками, причому штовхач встановлений в порожнині корпуса з можливістю взаємодії із зовнішньою поверхнею ротора, а розділова заслінка виконана порожнистої у вигляді золотникового клапана з можливістю перекриття впускного каналу (див. патент РФ N 2008468, кл. F 02 B 53/00, 1991).
До основних недоліків описаного двигуна внутрішнього згоряння можна віднести складну систему управління заслінками і невисоку потужність, зумовлену тим, що за один оборот ротора в цьому двигуні відбувається тільки один робочий цикл.
Метою даного винаходу є підвищення потужності двигуна та спрощення управління системою заслінок.
Поставлена мета досягається тим, що в роторному двигуні внутрішнього згоряння, що містить корпус з внутрішньою циліндричною порожниною і камерами згоряння, забезпеченими перекриваються перепускними каналами, ротор і систему заслінок, встановлених в пазах корпусу і контактують з профільованою зовнішньою поверхнею ротора, внутрішня циліндрична порожнина розділена на самостійні порожнини стиснення і розширення, сполучені між собою через парне число рівномірно розміщених по окружності камер згоряння, ротор складається з встановлених на загальному валу і розміщених в порожнинах стиснення і розширення дисків, на зовнішніх поверхнях яких виконані чергуються з циліндричними частинами сегментообразние вирізи, які разом з заслінками утворюють змінні робочі обсяги для здійснення термодинамічних процесів і кількість яких в два рази менше кількості камер згоряння, диски розгорнуті щодо один одного так, що навпроти кожного сегментообразние вирізу одного розташована циліндрична частина іншого, заслінки попарно розміщені біля кожної камери згоряння, причому одна з заслінок кожної пари встановлена в порожнині стиснення, а інша в порожнині розширення.
Корпус двигуна може бути виконаний розбірним, що складається з центрального елемента з камерами згоряння і перепускними каналами, статорних елементів, що утворюють внутрішні циліндричні порожнини стиснення і розширення і мають пази для установки заслінок, і бічних кришок з місцями кріплення вала ротора, а між елементами корпусу і ротора можуть бути встановлені кільцеві ущільнення.
Заслінки можуть бути подпружінени, забезпечені перекриваються каналами впускання-випуску і виконані у вигляді двох рухомих профільованих дотичних пластинок, між якими можуть бути утворені канали для подачі змащувальну рідини.
З метою підвищення ККД і поліпшення екологічних показників двигуна робочі обсяги в порожнині розширення можуть бути виконані більше, ніж в порожнині стиснення.
З метою забезпечення повітряного охолодження двигуна диски ротора можуть бути забезпечені встановленими під кутом до їх осях ребрами жорсткості, а у внутрішніх частинах центрального елементу і бічних кришок корпусу можуть бути виконані вентиляційні вікна.
Поділ внутрішньої циліндричної порожнини корпуса на самостійну порожнину стиснення і розширення, сполучені між собою через парне число рівномірно розміщених по окружності камер згоряння, виконання ротора з встановлених на загальному валу і розміщених в порожнинах стиснення і розширення дисків, на зовнішніх поверхнях яких є чергуються з циліндричними частинами сегментообразние вирізи, які разом з заслінками утворюють змінні робочі обсяги і кількість яких в два рази менше кількості камер згоряння, розворот дисків так, щоб навпроти кожного сегментообразние вирізу одного розташовувалася циліндрична частина іншого, попарне розміщення заслінок біля кожної камери згоряння, установка однієї з заслінок кожної пари в порожнині стиснення, а інший в порожнині розширення дозволяє в кілька разів підвищити потужність двигуна за рахунок збільшення кількості робочих циклів, що здійснюються за один оборот ротора, і спростити управління заслінками до мінімуму, оскільки для його здійснення не потрібно ніяких механізмів, крім пружин, що притискують їх до зовнішніх профільованим поверхнях ротора. Кількість робочих циклів за один оборот ротора і відповідно ступінь підвищення потужності двигуна залежить від кількості камер згоряння. При двох камерах за один оборот ротора в пропонованому двигуні відбувається два робочих циклу, при чотирьох камерах - вісім, при шести - вісімнадцять і т.д.
Виконання корпусу двигуна розбірним дозволяє істотно спростити технологію його виготовлення, а виконання заслінок з двох профільованих пластинок - досить просто забезпечити змащення робочих поверхонь двигуна.
Виконання робочих обсягів в порожнині розширення більше робочих обсягів в порожнині стиснення дозволяє здійснити в двигуні робочі термодинамічні цикли з продовженим розширенням, що дає можливість істотно підвищити термічний ККД двигуна, забезпечити випуск відпрацьованих газів при тиску, близькому до атмосферного, знизити температуру відпрацьованих газів і зменшити викид шкідливих речовин.
Пристрій пропонованого двигуна в четирьохкамерному карбюраторном варіанті показано на фіг. 1, 2, де стрілками показано рух робочої суміші.
Роторний двигун внутрішнього згоряння містить корпус 1 з внутрішньої циліндричної порожниною і камерами згоряння 2, забезпеченими перекриваються перепускними каналами 3, 4 і джерелами займання 5, ротор 6 і систему заслінок 7, 8, встановлених в пазах корпусу 1 і контактують з профільованою зовнішньою поверхнею ротора 6 .
Корпус 1 виконаний розбірним, що складається з центрального елемента 9, двох статорних елементів 10, 11 з пазами для установки заслінок 7, 8 і двох бічних кришок 12 з місцями кріплення вала 13 ротора 6. Статорні елементи 10 і 11 утворюють самостійну порожнину стиснення і розширення, сполучені між собою через чотири рівномірно розміщених по окружності центрального елемента 9 камери згоряння 2 з пропускними каналами 3 і 4, а між елементами корпусу 1 і ротора 6 встановлені кільцеві ущільнення 14.
Ротор 6 складається з двох встановлених на загальному валу 13 і розміщених в порожнинах стиснення і розширення дисків 15 і 16 відповідно, на зовнішніх поверхнях кожного з яких виконані по два чергуються з циліндричними частинами сегментообразние вирізу, які разом з заслінками 7, 8 утворюють змінні робочі обсяги для здійснення термодинамічних процесів. Диски 15 і 16 розгорнуті щодо один одного так, щоб навпроти кожного сегментообразние вирізу одного розташовувалася циліндрична частина іншого.
Заслінки 7 і 8 мають однакову конструкцію і виконані у вигляді рухомих пружних профільованих і дотичних пластинок 17 і 18, між якими утворені канали 19 для подачі змащувальну рідини, забезпечені перекриваються каналами 20 впуску-випуску і попарно розміщені біля кожної камери згоряння 2. При цьому заслінки 7 кожної пари встановлені в порожнині стиснення, а заслінки 8 - в порожнині розширення.
Робочі об'єми в порожнині розширення за рахунок більшої ширини диска 16 ротора 6 виконані більше, ніж робітники обсяги в порожнині стиснення.
Диски 15 і 16 ротора забезпечені встановленими під кутом до їх осях ребрами жорсткості 21, а у внутрішніх частинах центрального елементу 9 і бічних кришок 12 корпусу 1 виконані вентиляційні вікна 22 і 23.
Двигун працює в такий спосіб.
При обертанні ротора 6 навпроти кожної камери згоряння 2 по черзі опиняються то сегментообразние вирізи, то циліндричні частини дисків 15 і 16. Коли перед будь-якої камерою згоряння 2 проходить сегментообразние виріз диска 15, то заслінка 7 в порожнині стиснення опущена, її канал впуску-випуску 20 з заднього боку відкритий, перепускний канал 3 камери згоряння 2 з боку порожнини стиснення відкритий, а перепускний канал 4 з боку порожнини розширення закритий циліндричною частиною диска 16, заслінка 8 в порожнині розширення піднята, її канал впуску-випуску 20 закритий. У цей час у зменшувати робочому обсязі, утвореному сегментообразние вирізом диска 15 перед заслінкою 7, відбувається стиснення робочої суміші, впущених в нього при проходженні попередньої заслінки 7, і нагнітання її в камеру згоряння 2 через перепускний канал 3. Одночасно в збільшується робочий об'єм за заслінкою 7 проводиться впуск свіжого заряду робочої суміші через її відкритий канал 20. Коли наступна за сегментообразние вирізом циліндрична частина диска 15 в процесі повороту досягне даної камери згоряння 2, стиск робочої суміші закінчується і перепускний канал 3 перекривається циліндричної частиною диска 15 на весь час її проходження повз камери згоряння 2. Заслінка 7 піднімається, її канал впуску-випуску 20 перекривається. У момент перекриття перепускного каналу 3 або дещо раніше проводиться займання робочої суміші в камері згоряння 2 джерелом займання 5 і починається процес її горіння. До цього часу перед розглянутої камерою згоряння 2 виявляється сегментообразние виріз диска 16. Заслінка 8 в порожнині розширення опускається, її канал впуску-випуску 20 і перепускний канал 4 камери згоряння 2 відкриваються і починається процес розширення утворилися при горінні робочої суміші газів в збільшується робочий об'єм, утворений за заслінкою 8. у процесі розширення відбувається корисна робота по обертанню ротора 6. Одночасно проводиться випуск відпрацьованих в робочому циклі попередньої камери згоряння 2 газів з зменшується робочого об'єму перед заслінкою 8 через її відкритий канал впуску-випуску 20. розширення триває до тих пір, поки сегментообразние виріз диска 16 не досягне наступного заслінкою 8, через канал 20 якої буде проведений випуск відпрацьованих в даному робочому циклі газів.
При обертанні ротора 6 встановлені під кутом до осей дисків 15 і 16 ребра жорсткості здійснюють прокачування повітря через вентиляційні вікна 22 і 23 центральний елемент 9 і бічних кришок 12 корпусу 1, забезпечуючи повітряне охолодження двигуна, а через канали 19, утворені в заслінках 7 і 8 , безперервно подається змазує робочі поверхні ротора 6 рідина.
Оскільки кожен сегментообразние виріз дисків 15 і 16 за один оборот ротора 6 проходить чотири камери згоряння 2 і таких вирізів в наведеному варіанті двигуна по два, то за один оборот ротора 6 буде відбуватися по вісім тактів впуску, стиснення, розширення і випуску робочої суміші, т . Е. число повних робочих циклів, що здійснюються за один оборот ротора 6, дорівнюватиме восьми.
Можливий і варіант двигуна, в якому перекриваються канали впуску-випуску виконані в бічних кришках 12 корпусу 1. Впускні канали в порожнину стиснення при цьому розміщуються за заслінками 7, а випускні з порожнини розширення - перед заслінками 8, що дозволяє спростити схему газообміну і зменшити гідравлічні опору при впуску-випуску робочої суміші.
Аналогічно влаштований і працює двигун при будь-якому іншому кількості камер згоряння і може використовуватися як в карбюраторному, так і в дизельному варіантах. У дизельному варіанті в робочі обсяги в порожнині стиснення впускается повітря, а замість джерел займання 5 встановлюються форсунки для вприскування палива.
В силу повної симетрії двигун добре збалансований, не має соударяющихся елементів і практично безшумний.
Виконання робочих обсягів в порожнині розширення більше робочих обсягів в порожнині стиснення дозволяє здійснити в двигуні робочі термодинамічні цикли з продовженим розширенням, що дає можливість істотно підвищити термічний ККД двигуна, забезпечити випуск відпрацьованих газів при тиску, близькому до атмосферного, знизити температуру відпрацьованих газів і зменшити викид шкідливих речовин.
Підвищення ККД двигуна можливо не тільки за рахунок здійснення в ньому робочих циклів з продовженим розширенням, а й за рахунок забезпечення горіння робочої суміші при постійному обсязі, що особливо ефективно для дизельного варіанту двигуна і може бути легко досягнуто шляхом рознесення в часі моментів закриття перепускних каналів камер згоряння з боку порожнини стиснення і відкриття їх з боку порожнини розширення.
Двигун містить невелику кількість створюють тертя елементів, внаслідок чого має невисокий відсоток механічних втрат.
Використання пропонованого винаходу забезпечує наступні переваги:
в кілька разів більшу питому потужність, ніж у відомих двигунів;
високу потужність двигуна при невеликих оборотах ротора;
великий крутний момент на валу двигуна;
великий ресурс роботи за рахунок малого зносу робочих поверхонь двигуна;
малі габарити, просту конструкцію двигуна і його основних елементів;
просту систему змащення робочих поверхонь двигуна;
високі термічний і ефективний ККД;
мінімальний шум двигуна.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Роторний двигун внутрішнього згоряння, що містить корпус з внутрішньою циліндричною порожниною і камерами згоряння, забезпеченими перекриваються перепускними каналами, ротор і систему заслінок, встановлених в пазах корпусу і контактують з профільованою зовнішньою поверхнею ротора, що відрізняється тим, що внутрішня циліндрична порожнина розділена на самостійні порожнини стиснення і розширення, сполучені між собою через парне число рівномірно розміщених по окружності камер згоряння, ротор складається з встановлених на загальному валу і розміщених в порожнинах стиснення і розширення дисків, на зовнішніх поверхнях яких виконані чергуються з циліндричними частинами сегментообразние вирізи, які разом з заслінками утворюють змінні робочі обсяги для здійснення термодинамічних процесів і кількість яких в два рази менше кількості камер згоряння, диски розгорнуті щодо один одного так, що навпроти кожного сегментообразние вирізу одного розташована циліндрична частина іншого, заслінки попарно розміщені біля кожної камери згоряння, причому одна з заслінок кожної пари встановлена в порожнини стиснення, а інша в порожнині розширення.
Роторний двигун внутрішнього згоряння по п.1, що відрізняється тим, що корпус двигуна виконаний розбірним, що складається з центрального елемента з камерами згоряння і перепускними каналами, статорних елементів, що утворюють внутрішні циліндричні порожнини стиснення і розширення і мають пази для установки заслінок, і бічних кришок з місцями кріплення вала ротора, а між елементами корпусу і ротора встановлені кільцеві ущільнення.
Роторний двигун внутрішнього згоряння по п.1, що відрізняється тим, що заслінки подпружінени, забезпечені перекриваються каналами впускання-випуску і виконані у вигляді двох рухомих профільованих дотичних пластинок, між якими утворені канали для подачі змащувальну рідини.
Роторний двигун внутрішнього згоряння по п.1, що відрізняється тим, що робочі обсяги в порожнині розширення виконані більше, ніж робітники обсяги в порожнині стиснення.
Роторний двигун внутрішнього згоряння по пп.1 і 2, що відрізняється тим, що диски ротора забезпечені встановленими під кутом до їх осях ребрами жорсткості, а у внутрішніх частинах центрального елементу і бічних кришок корпусу виконані вентиляційні вікна.
Версія для друку
Дата публікації 24.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.