Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое роторно лопастной двигатель

Патенты в анимации

представлена анимация динамики взаимодействия основных деталей: ротора и лопастей

Роторный двигатель по патенту ИЗ №2632635 –
технико-экономическое обоснование

Анимация, вариант 1, патента ИЗ 2632635 по независимому пункту № 3, с рабочей камерой внутри ротора.

Патент ИЗ 2632635 по независимому пункту № 3, с рабочей камерой внутри ротора. В сравнении с традиционным поршневым Двигателем Внутреннего Сгорания (ДВС). С использованием преимуществ, аналогичных существующим у двигателя компании Pivotal:
– В Роторном Двигателе (РД) наиболее схожим с ДВС является поршень. Он подвергается тем же механическим нагрузкам: движение происходит под высоким давлением, присутствует трение о стенки рабочей камеры, создается рабочий крутящий момент. Однако, в РД поршень непосредственно приводит в движение ротор, с которого снимается полезная нагрузка. Тогда как в ДВС нагрузка передается потребителю через шатун на коленвал.
– Ротор РД в процессе работы совершает фиксированное вращение вокруг оси относительно статичных стенок корпуса. Внутри ротора расположены рабочие камеры. Такое конструктивное решение обеспечивает хорошую герметизацию на тактах сжатия и снижение требований к смазке. Аналогичные преимущества имеет двигатель «Pivotal»: «…Результат такой необычной механики (фиксированное движение поршня), согласно заявлениям фирмы: заметно меньшие силы трения и нагрузки на детали в системе, хорошая герметизация цилиндра на такте сжатия, снижение требований к смазке…» (из описания двигателя «Pivotal»)

Ожидаемые преимущества в работе РД:

  • При традиционном разогреве осуществляется и разгон РД. Инерционная сила вращения ротора обеспечивает:
    а) более стабильное вращение рабочих деталей и действие вращающего момента.
    б) простоту регулировки электрогенератора благодаря устойчивому вращению ротора (в случаях комбинированного двигателя с электроприводом).
  • Конструктивно нет зависимости между длинной шатуна и размером поршня. Преимуществом также является отсутствие мертвых точек инерции, а увеличение массы ведет к росту инерционных сил, которые активно используются РД (как указано в предыдущем пункте). Кроме того, появляется возможность использовать машину в качестве инерционного аккумулятора, обеспечивающего возобновление движения после коротких остановок.
  • Существует возможность выбора большего диапазона объемов: max/min, корректируя таким образом уровень компрессии.
  • При работе РД создается высокая центробежная сила, использующаяся для системы охлаждения. Для турбонаддува вместо выхлопных газов также можно использовать более чистую среду высокого давления без частиц нагара выхлопов, которая образуется в результате работы центробежной силы.
  • Выброс отработанной среды осуществляется по всей длине рабочей камеры, как остаточным давлением, так и под воздействием центробежной силы. В результате нет необходимости в затратах на установку распределительных клапанов, а поршень не тратит мощность на выталкивание отработанной среды.
  • Для охлаждения рабочих поверхностей открыт доступ к максимально возможным долям поверхности ротора, поршня и самой рабочей камеры.
  • В одной плоскости рабочий такт выполняют несколько рабочих камер, что увеличивает отношение единицы мощности к занимаемому объему.
  • Нет динамических ударов (таких, которые возникают при достижении верхней и нижней мертвых точек в ДВС), а значит меньше требования к используемым деталям, что способствует снижению их стоимости.
  • Ожидаемый результат – отсутствие детонации, разрушающей рабочие поверхности, и полное сгорание топлива в условиях воздействия центробежной силы. Несгоревшие частицы, имеющие большую удельную массу, выталкиваются на максимальный радиус вращения, так же, как и сам процесс горения, в результате сгорает все топливо.
  • Упрощена система зажигания:
    а) такт зажигания находится в фиксированной зависимости от количества камер и от скорости вращения.
    б) калильное воспламенение становиться положительным фактором (особенно если поступление электричества нестабильно).
    в) дополнительное воспламенение топлива происходит от разогретой поверхности.

Особенности РД
– Для борьбы с вибрациями, вызванными неравномерностью вращения, установлены «межлопастные пружины» (в анимациях не показано). Данные пружины обеспечивают стабильное вращение на эксцентричной оси, такое же, как если бы оси были отцентрированными. В конструкции РД эксцентричная ось соединяется со всей площадью поперечного сечения оси ротора и имеет большой диаметр, поскольку стык соединения двух осей должен выдерживать большие нагрузки, вызванные центробежной силой. Вокруг эксцентричной оси вращаются поршни. Данная конструкция РД также может быть улучшена добавлением второго рабочего ротора на другой конец эксцентричной оси. В таком варианте исполнения два ротора могут быть синхронизированы одним внешним валом потребителя.
– Большой диаметр эксцентричной оси позволяет снизить массу вращающихся лопастей, а также использовать внутреннюю часть оси для охлаждения. Кроме того, такой диаметр дает пространство для установки внутри «витых пружин» в качестве стабилизатора вращения.

Анимация, вариант 2, патента ИЗ 2632635 по независимому пункту № 3, большой диаметр эксцентричной оси с внутренним охлаждением.

Завышенные ожидания автора

Современный рынок машин и механизмов огромен, поэтому экономический эффект РД хотя бы в 10-20% – колоссальный.

РД в развитии и ожидаемые завышенные характеристики:

  1. Упрощенная эксплуатация РД (ремонт и замена деталей): поршневая система легко доступна, достаточно снять боковую крышку корпуса; лопасти имеют хорошие эксплуатационные условия охлаждения и смазки, а для получения прямого доступа к замене лопастей достаточно снять ротор с осью.
  2. Повышенная надежность:
    Каждый поршень обеспечивает независимый ход полного рабочего такта (используя инерционное вращение деталей). Такое конструктивное решение позволяет ротору продолжать движение при повреждении остальных поршней. Кроме того, в случаях детонации и образования сколов – под воздействием центробежной силы все осколки выталкиваются на максимальный радиус рабочей камеры (не мешая рабочему такту), а далее выбрасываются через открытый сектор (имеющий достаточно большое сечение).
    В результате РД является отказоустойчивой системой, способной предоставлять полезную мощность даже при частичных повреждениях. Такой уровень надежности позволяет применять РД в машинах с повышенными требованиями, обеспечивая движение машины пусть и на очень малых скоростях, а также, в динамично развивающейся отрасли беспилотных летательных аппаратов.
  3. Более устойчивое движение поршня:
    Точное позиционирование поршня в рабочей камере (уменьшение трения) обеспечивается поршневой юбкой, выполняющей роль «направляющей каретки».
  4. Продолжительный период актуальности патентов:
    Продолжительность обеспечена публикациями признаков, попадающих в объем притязаний патентов и позволяющих модифицировать РД без дополнительных лицензий. Модификации могут быть выполнены в сочетании нескольких патентов, к примеру: а) патент №2632635, по 3-му независимому пункту в качестве рабочего такта Двигателя; б) в развитие, дополнительно – патент №2626186, по 4-му независимому пункту, в качестве Компрессора обеспечивающего среду высокого давления для Турбо-надува или охлаждение поршневого вала; в) в развитие, дополнительно – по признакам патента №2626187, межлопастные камеры в качестве Насоса охлаждающего внутренние поверхности Двигателя; г) патент №2626187, из признаков по 4-му независимому пункту, через каналы проходящие внутри всех осей потоки (всасываемый и нагнетаемый) обеспечивают поступательное движение, то есть, Двигатель, дополнительно, в качестве Движителя на воде и под водой.
    Публикации признаков также преграждает конкурентам патентование других модификаций. Публикации признаков, которые не вошли в финальный текст выданных патентов, но есть публикации на стадии «Заявка», к примеру, следующий 5 пункт излагает примеры существенных признаков, опубликованных на стадии «Заявка».
  5. Использование опубликованных признаков для выбора более эффективной модели: предполагаю, что важным существенным признаком может оказаться вариант с измененной формой камеры двигателя. Отличительной особенностью такой камеры будет являться несовпадение линии движения поршня с линией радиуса вращения ротора. Два возможных варианта, из заявки на изобретение № 2015149961, приоритет от 23.11.2015, публикация ФИПС, Бюл. № 15, от 26.05.2017, представлены на фигурах в качестве примера: (где: 1-корпус, 3-ротор, 9-рабочая камера, 13-поршень).

Анимации раскрывающие другие существенные признаки

(в том числе не запатентованные, но раскрытые в публикациях заявок на изобретения)

Анимация, вариант 3, патента на изобретение № 2636595, «Роторно-лопастной двигатель (варианты)»
Обеспечивается чередование рабочих камер – двигателя и/или охлаждения (или насоса, или компрессора, или смазки).

Анимация, вариант 4, патента на изобретение № 2632635
Поршневой вал расположен на лопасти со смещением, от середины лопасти что обеспечивает для внутренней секции герметизацию в секторе рабочего такта

Анимация, вариант 5, патента на изобретение № 2632635
Добавлена роторная щека, патента на изобретение № 2672199 с приоритетом от 20.11.2017. Обеспечивает герметизацию рабочей внутренней секции независимо от количества лопастей и от сектора окружности, занимаемого каждой рабочей камерой. Рабочий такт в качестве: или гидро- пневмо- Двигателя; или Насоса; или Компрессора

Анимация, вариант 6, патента на изобретение № 2626187, «РОТОРНАЯ МАШИНА (варианты)»
Вариант с 8 лопастями, показаны возможности охлаждения, а также, вращение внешней стенки рабочей камеры
(может быть приемлемо при работе в качестве: или гидро- пневмо- Двигателя; или Насоса; или Компрессора)

Анимация, вариант 7, патента на изобретение № 2626187
Рабочий такт в качестве: или гидро- пневмо- Двигателя; или Насоса; или Компрессора

Анимация, вариант 8, патента на изобретение № 2626187
Рабочий такт с реверсом в качестве: или Движителя; или гидро- пневмо- Двигателя; или Насоса; или Компрессора
(синхронизация двух роторов – внешний общий вал (ось) (в анимации не показано))

Читать еще:  Ваз2107 какое масло для двигателя

Анимация, вариант 9, патента на изобретение № 2626187, «РОТОРНАЯ МАШИНА (варианты)»
Вариант с 4 лопастями, динамика работы в качестве Двигателя Внутреннего Сгорания

Анимация, вариант 10, патента на Полезную Модель №154633, «Роторное устройство»

Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович Докладчик: — презентация

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемs-kon.ru

Похожие презентации

Презентация на тему: » Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович Докладчик:» — Транскрипт:

1 Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович Докладчик: Андреев Михаил Леонидович Псковский государственный университет

2 Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ Основные узлы: 1.РЛДВПТ 2.Электрогенератор 3.Система управления 4.Нагреватель 5.Охладитель Блок схема энергоустановки нового поколения состоит из блоков подготовки топлива, получения, накопления и использования энергии, включая управления режимами. Рис. 1 – конструкция автономной энергоустановки Псковский государственный университет

3 Преимущества двигателей с внешним подводом теплоты Термический КПД составляет до 60% Использование практически всех видов ископаемого топлива Регулирование мощности путем изменения давления рабочего тела и температуры Легкий запуск при любой температуре окружающей среды Герметичность Высокий моторесурс Псковский государственный университет

4 Конструкция РЛДВПТ Рис. 2 – конструкция двигателя Основные узлы: модуль 1 модуль 2 охладитель нагреватель выходной вал Псковский государственный университет

5 Конструктивные особенности роторно-лопастной машины Содержит на 60% деталей меньше, чем ШПД Не имеет сложных деталей, таких как коленчатый вал и распределительный валы Не содержит клапанов, пружин, толкателей, штанг Имеет симметричную конструкцию, благодаря этому двигатель уравновешен Два ротора-лопасти имеют одну камеру сгорания и осуществляют работу эквивалентную работе 8-ми цилиндрового двигателя Имеет простую цилиндрическую форму Псковский государственный университет

6 Рис. 3 – цикл работы двигателя Для камеры 2-4: 1.Сжатие в изолированном объёме 2.Вытеснение газа из камеры через Н в модуль 1 3.Процесс в изолированном объёме 4.Впуск горячего газа из Н 5.Расширение в изолированном объёме 6.Выпуск газа из камеры через О в модуль 1 7.Процесс в изолированном объёме 8.Впуск газа из О Цикл работы двигателя Псковский государственный университет

7 Геометрия лопаток и окон Рис. 4 – геометрия лопатокРис. 5 – геометрия окон Псковский государственный университет

8 Модель расчёта площади окон Рис. 6 – структура динамической модели по определению площади прохождения окон лопатками в системе Simulink Рис. 7 – код программы вычисления искомой функции в блоке MATLAB Function Псковский государственный университет

9 Результат вычисления Угол поворота вала, [радиан] Площадь окна, [м 2 ] Рис. 8 – график зависимости площади окна при прохождении группы лопаток одной камеры от угла поворота вала Псковский государственный университет

10 Определение P, V, T, M Рис. 9 – структура динамической модели по определению PVTM в системе Simulink Динамическая модель позволяет определить на каждом из тактов работы двигателя величину давления, температуры, массы и объёма в функции от угла поворота вала Псковский государственный университет

11 Итоги моделирования Получение зависимости давления, температуры, объёма и массы в каждой из камер в зависимости от угла поворота вала позволит определить момент на лопатках и на валу двигателя Получить двигательные характеристики РЛДВПТ Проектирование и создание системы генератор-двигатель Псковский государственный университет

12 Сравнение экономических показателей различных вариантов автономных электрогенерирующих систем Автономные энергоустановки Стоимость, руб. за 1 кВт установленной электрической мощности Срок внедрения «под ключ», месяцев Срок окупаемости Себестоимость руб/кВт ч производимой электрической энергии Бензо-генераторы Не окупается6,5-7,8 Дизель- генераторы лет3,2-3,5 Газо-поршневые лет0,30-0,40 Газо-турбинные лет0,25 Микро- турбинные лет0,30 РЛДВПТ

1 год 0,6 (без учета утилизации тепла) 0,01 (с учетом утилизации тепла) Псковский государственный университет

13 Роторно-лопастная расширительная машина Рис. 10 – роторно-лопастная расширительная машина Псковский государственный университет

14 Механизм преобразования движения Псковский государственный университет Рис. 11 – Механизм преобразования движения

15 Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания Псковский государственный университет Рис. 12 – роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания

16 Заключение Разработана конструкция двигателя: выбраны основные узлы РЛДВПТ и произведена их компоновка. Проведены расчеты и математическое моделирование для кинематической схемы двигателя. Осуществлено математическое моделирование термодинамических процессов в РЛДВПТ. Разработана техническая документация на макеты механизма преобразования и камеру сгорания РЛДВПТ. Разработана методика проведения экспериментальных исследований макетов механизма преобразования и камеры сгорания РЛДВПТ. Псковский государственный университет

17 Заключение Изготовлены макеты механизма преобразования и камеры сгорания РЛДВПТ, проведены экспериментальные исследования на указанных макетах, данные, полученные в экспериментах обработаны, построены графические зависимости. Сопоставлены результаты экспериментов с результатами расчетов и математического моделирования. Проведены дополнительные патентные исследования. Проведены технико-экономические исследования эффективности внедрения исследования в народное хозяйство. Псковский государственный университет

РОТОР — ДВИГАТЕЛЬ БУДУЩЕГО?

О роторных двигателях пишут, говорят, ими широко интересуются. Но спросите кого угодно (кроме узких специалистов, разумеется), какие он знает двигатели такого типа. И назван будет лишь один — двигатель Ванкеля. А между тем специалисты условно делят все роторные двигатели на три большие группы.

К первой относятся собственно роторные, в которых рабочие такты проходят в «камерах», создаваемых вращающимся ротором. К этому типу и относится ванкель-мотор. Его иногда называют роторно-поршневым, потому что ротор считают своеобразным поршнем. Но это абсолютно неверно.

Двигатели с поршнем — это следующая группа. В них поршни оставлены, но нет сложного и громоздкого шатунно-кривошипного механизма; менее сложен и механизм газораспределения, включающий золотник и систему выходных окон для выхлопа отработанных газов.

Третий тип — роторно-лопастные двигатели, где рабочий процесс тоже происходит в камерах переменного объема. Только создаются они уже не ротором, а плоскими деталями — лопастями.

Рис. 1. Общий вид нового микрованкеля «ОСТраупнер», объемом 5 см 3 и весом 385 г, и отдельные детали

Общий принцип устройства ванкель-мотора широко известен. Ротор в форме треугольника с изогнутыми сторонами вращается внутри цилиндра. Между ним и стенками цилиндра создаются камеры переменного объема. В одной камере горючая смесь сжимается, в другой происходит взрыв, из третьей выхлопные газы выталкиваются наружу. Теоретически двигатель Ванкеля имеет огромные преимущества перед поршневым. Но понадобится не один десяток лет упорной работы самого Феликса Ванкеля и лучших конструкторских коллективов разных стран, чтобы появились на дорогах мира первые серийные образцы автомобилей, оснащенных этим двигателем Однако и сейчас их немного.

Успехи в области создания микрованкелей — двигателей для моделей и небольших машин — более значительны, чем в области создания моторов подобного же типа для автомобилей. Недавно появился новый, очень интересный микрованкель (рис. 1), о котором оповестили автомодельные журналы мира. Это двигатель размером с мандарин, с рабочим объемом 5 см3 и максимальным числом оборотов ротора 16 000 об/мин. Мощность его — 0,67 л. с.

Теперь поговорим немного о цене такого успеха, о труде, который ему предшествовал. В 1961 году, вскоре после того, как технический мир облетело сообщение о реализации доктором Ванкелем идеи двигателя с вращающимся ротором, западногерманская фирма Иоганнеса Граупнера решила создать серийный микрованкель. За проектирование взялся инженер Шегг, один из ведущих конструкторов, имевший к тому же большой опыт по разработке двигателя Ванкеля в натуральную величину. Шеггу понадобилось три года, чтобы создать конструкцию действующего микрованкеля, и еще три года, чтобы поднять на нем в воздух радиоуправляемую модель.

Итак, конструкция была как будто бы уже отработана, оставалось найти серийного производителя. Им стала японская фирма ОС. Еще два года весь экспериментальный отдел фирмы работал над тем, чтобы приспособить новый микродвигатель к условиям серийного производства. В 1969 году появились первые пятьдесят предсерийных образцов, а затем двести серийных. Но и в 1970 и в 1971 году работы над усовершенствованием двигателя не прекращались.

В чем же они заключались?

Главная трудность, из-за которой роторно-поршневой двигатель долгое время не мог увидеть света, заключается в том, что очень сложно создать уплотнение между вращающимся ротором и стенками цилиндра. Если зазор слишком мал, ротор не может вращаться, если велик — рабочая смесь будет просачиваться, не создавая нужного давления и, следовательно, мощности.

Есть и другие конструктивные сложности, например сильное нагревание. В микрованкеле «ОС-Граупнер» зазор между ротором и корпусом при всасывании и сжатии на 0,008— 0,01 мм больше, чем при расширении и выхлопе. Этот последний составляет всего 0,02 мм — чтобы уменьшить потери мощности, улучшить работу при запуске и на холостых оборотах. Дальнейшим усовершенствованием было расширение фазы впуска, применение алюминиевого сплава для внутренней поверхности цилиндра.

Может возникнуть у читателя вопрос: к чему столь подробный рассказ о работе всего над одним типом микрованкеля? А вот к чему. Человек, вздумавший заняться изготовлением его в домашних условиях, должен совершенно отчетливо представить себе, какие трудности перед ним встанут. Конструкция поршневых двигателей отрабатывалась почти столетие. Опыт их изготовления стал достоянием огромного количества людей. Нет в настоящее время двигателя лучше отработанного, пригодного для серийного выпуска в огромном количестве экземпляров, нежели обычный поршневой. Но, как известно, творческая мысль опережает реальность, поиски изобретателей не ограничиваются жесткими рамками современного промышленного производства. Они создают свои конструкции, а вопрос о пригодности их решит время.

Читать еще:  Chevrolet lanos 2007 какой двигатель

Рис. 2. Схематический разрез двигателя Меркера:

а — четырехцилиндрового, б — шестицилилдрового; 1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — опорный ролик, 4 — жесткая рама, 5 — корпус, 6 — золотник, 7 — рабочая дорожка, 8 — канал золотника, 9 — впускные клапаны, 10 — выпускные клапаны.

Поговорим о роторно-поршневых двигателях. Наиболее широко известен вариант (рис. 2), созданный австрийским инженером Остином Меркером. Четыре цилиндра расположены крестообразно внутри жесткой рамы. К концу каждого цилиндра крепится жесткий ролик. Он упирается в специально проточенную внутри рамы дорожку сложной формы. Имеющие выпускные и впускные каналы цилиндры крепятся к корпусу, внутри которого помещается золотник с каналами для подвода горючей смеси. Когда ролик одной соосной пары поршней проходит через места сужения рабочей дорожки, в цилиндрах этой пары происходит максимальное сжатие. В этот момент вспыхивает искра, горючая смесь воспламеняется, давление газов заставляет Цилиндры двигаться по окружности. Ролики попадают на самое широкое место рабочей дорожки, и происходит выхлоп отработанных газов. Но в этот момент сжатие начинается уже в другой паре цилиндров, все повторяется вновь. Ролики поочередно проходят наиболее широкие и наиболее узкие места внутренней дорожки рамы, поршни движутся внутри цилиндров, выхлопные газы уходят через открываемые поршнями окна, золотник вращается, и в тот момент, когда его каналы совпадают с впускными каналами цилиндров, происходит наполнение горючей смесью. Смесь эта поступает в золотник из небольшого нагнетателя, приводимого в действие от вала двигателя.

Вот такой двигатель предложил Остин Меркер. Заманчиво, ничего не скажешь. Нет шатунов, и вал не коленчатый, а прямой; нет инерционных сил, нет мучающего всех автомобилистов стука клапанов, нет даже прерывателя, распределителя, механизма опережения зажигания. Вместо этого неподвижная пластинка с выступами, на которую подается высокое напряжение Свечи, ввернутые в цилиндры, движутся вместе с ними, последовательно проходят выступы, и искра перескакивает с пластинки на свечу. Все предельно просто.

Рис. 3. Силы, действующие в двигателе Меркера на ролик и поршень:

1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — опорный ролик, 4 — рабочая дорожка.

Так почему же двигателестроители мира не бросили поспешно моторы обычного типа и не взялись дружно за конструкции Меркера? Почему эти моторы существуют пока только в виде экспериментальных вариантов и нет даже опытных образцов? Ответ на этот вопрос дает теоретическая механика, а конкретно — та ее часть, которая касается разложения сил. Посмотрим на рисунок 3, где показан ролик, катящийся по дорожке, и поршень. Сила Р, воспринимаемая роликом от дорожки, вовсе не направлена по оси цилиндра. Ее можно разложить на составляющие. Составляющая направлена по оси цилиндра, а сила — вбок. Она-то и перекашивает поршень в цилиндре, вызывая его усиленный износ. Поэтому высокие рабочие обороты в двигателе невозможны. Существуют, правда, конструкции, где основной ролик дополняют два вспомогательных, берущих на себя боковые нагрузки. Но это уж очень большое конструктивное усложнение. Так что двигатель Меркера пока что всего лишь мечта, хотя и очень заманчивая.

К этой же разновидности двигателей относятся и такие, в которых поршни и цилиндры расположены, как гнезда и патроны в револьверном барабане, вокруг оси. С поршнями соединены наклонные диски. Двигаясь, поршни вращают эти диски, а те, в свою очередь, вал. Двигатель подобной схемы был предложен очень давно. Еще в 1916 году молодые инженеры А. Микулин и 6. Стечкин, оба — будущие советские академики, выдающиеся двигателестроители — предложили сконструированный именно по такой, «барабанной» схеме мотор АМБС-1 мощностью 300 л. с. В 1924 году вариант такого же двигателя создал инженер Старостин. Судьба их всех схожа с судьбой двигателя Меркера.

И причина та же. большие потери на трение, быстрый износ.

Рис. 4. Схема роторно-лопастного двигателя:

1 — корпус, 2 — система охлаждения, 3 — выпускное окно, 4 — впускное окно, 5 — свеча.

Рис. 5. Циклы работы роторно-лопастного двигателя.

Рассмотрим теперь, что представляет собой роторно-лопастной двигатель (рис. 4). В корпусе, снабженном системой охлаждения, впускными и выпускными окнами и свечой зажигания, вращаются две лопасти. Если лопасть А вращается равномерно, а лопасть Б то догоняет ее, то отстает, замкнутый объем между лопастями и корпусом все время меняется. Тут-то и возможны всякого рода циклы, имеющие место в двигателях внутреннего сгорания (рис. 5). В камере 1 (позиция «а») горючая смесь воспламеняется от свечи зажигания. В камере 2 газы расширяются — происходит рабочий ход; в камере 3 всасывается новая порция рабочей смеси, в камере 4 она сжимается. Лопасти движутся дальше; камеры меняются местами (позиция «б»)- в 1-й — рабочий ход; во 2-й — выпуск; в 3-й — всасывание; в 4-й — сжатие свежей смеси. Затем все повторяется вновь (позиции «в» и «г»).

Идея заманчивая, что и говорить. Преимущества перед обычным, шатунно-кривошипным механизмом все те же: нет инерционных сил, все уравновешено, двигатель может развивать колоссальные обороты. Перед двигателями Меркера или Ванкеля тоже есть преимущества: сила давления газов воспринимается не крохотной поверхностью контакта ротора или ролика, а большими поверхностями лопастей. И щели между лопастями и внутренней поверхностью корпуса гоже легче уплотнять, нежели в двигателе Ванкеля.

Но одна проблема есть и тут. Как добиться точного движения лопастей относительно друг друга? Для этой цели создано множество механизмов — шестеренчатых, кулачковых, рычажных, — но говорить о результатах пока еще рано. Если эксперименты увенчаются успехом, техника получит высокооборотный, долговечный, надежный, легкий и мощный двигатель.

Рис. 6. Двигатель финских изобретателей, совмещающий в себе особенности роторного и обычного двигателя (механизм газораспределения — клапанный). Описание и чертежи двигателя были любезно предоставлены нашей редакции одним из его авторов, Ману Пайоненом

Таковы основные разновидности двигателей нового типа — роторных. К ним примыкает двигатель с вращающимся поршнем — как бы переходное звено между роторными и обычными двигателями. Эта конструкция предложена финскими изобретателями Онни Хейнола, Матти Кейхманиеми, Ману Пайоненом. Здесь поршень (рис. 6), вращаясь на эксцентриковой оси, то приближается к стенкам цилиндра, то удаляется от них. Цикл идет следующим образом. В одном пространстве происходит взрыв горючей смеси и рабочий ход; в другом — выпуск; в третьем — всасывание. Сохранена в какой-то степени и газораспределительная система обычного поршневого двигателя. В этой конструкции как бы наложились друг на друга, совместились разные типы роторных двигателей.

РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F01C1/73 F02B55/02

Описание патента на изобретение RU2223405C1

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в двигателестроении транспортных средств.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (объемная машина, см. патент RU 2016241, МКИ F 04 C 2/00), содержащий корпус, две пары лопастей, которые кинематически связаны с выходным валом посредством механизмов качания лопастей шестеренчатого типа с сателлитными валами и балансировочными грузами.

Недостатком такой схемы является наличие больших инерционных нагрузок на весь механизм двигателя и сложность его конструкции, что приводит к большому износу узлов.

В качестве прототипа выбран роторно-лопастный двигатель внутреннего сгорания (патент US 5400754, F 02 B 53/00), содержащий корпус с всасывающим и выхлопным отверстиями, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, связанных с выходным валом посредством храповых механизмов (вместо храповых механизмов могут быть использованы обгонные муфты) и образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания. Роторы между собой соединены зубчатыми передачами и второй парой храповиков.

Такая конструкция позволяет снизить инерционные нагрузки на механизм благодаря сбалансированности зубчатой передачи, но имеет низкий кпд, т.к. медленно движущаяся пара лопастей, приводимая валом, вынуждена преодолевать при движении давление расширяющихся газов. Другим недостатком данной конструкции являются остановки двигателя при невозгорании топлива в одном из циклов, либо при недоведении пар лопастей в исходное положение вследствие недостаточного давления расширяющихся газов, что требует многократных стартовых циклов для выхода на рабочий режим.

Задачей заявляемого изобретения является повышение кпд двигателя и его энергосберегающих характеристик.

Указанная задача решается за счет того, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с всасывающим и выхлопным отверстиями, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, связанных с выходным валом посредством храповых механизмов или обгонных муфт и образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания, дополнительно на корпусе установлены два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала, и два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, а на ступицах роторов имеются муфты для связи роторов с выходным валом при определенных положениях лопастей относительно корпуса.

Читать еще:  Что такое зеркальный двигатель

При этом упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, могут быть выполнены с возможностью их отвода давлением газов, образованных при сгорании топлива и поступающих из камеры сгорания, а также могут иметь регулировку усилия их отвода.

Кроме того, упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, могут быть выполнены с возможностью их возвращения в исходное положение давлением газов, образованных при сгорании топлива, после перемещения ограничиваемых упорами роторов.

Упоры, ограничивающие вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, могут быть выполнены с возможностью регулирования их углового местоположения, а муфты — иметь регулировку момента отключения.

Кроме того, роторно-лопастной ДВС может дополнительно содержать маховик, расположенный на выходном валу.

Техническим результатом является повышение кпд двигателя, экономия топлива, в том числе за счет обеспечения полного его сгорания, а также возможность быстрого перевода двигателя на использование топлива с другим октановым числом.

Технический результат достигается тем, что предложенная конструкция двигателя, в котором роторы, имеющие лопасти со ступицами, кинематически связанные с выходным валом храповиками и ограниченные от вращения на момент окончания такта сжатия упорами, позволяет регулировать частоту вращения вала во всем диапазоне путем изменения времени задержки зажигания и использовать при этом в каждом цикле оптимальный в качественном и количественном отношении так называемый свежий заряд (смесь паров бензина и воздуха). Кроме того, при невоспламенении смеси появляется возможность многократно подавать искру и тем самым исключить сброс несгоревшего топлива, а наличие на валу маховика дает возможность накапливать в режиме холостого хода необходимую кинетическую энергию и поддерживать ее с минимальными затратами топлива. Упоры, ограничивающие вращение роторов в направлении движения вала, отводятся давлением газов, поступивших к ним из камеры сгорания, и имеют регуляторы усилия пружин для увеличения времени сгорания смеси и соответственно более полного сгорания топлива, а упоры, ограничивающие обратное вращение роторов, при изменении их углового местоположения, изменяют размеры камеры сгорания и позволяют менять тип топлива.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 представлен продольный разрез двигателя с храповыми механизмами.

На фиг.2 — разрез А-А на момент окончания такта сжатия.

На фиг.3 — разрез В-В.

На фиг.3А — разрез В-В с вариантом обгонной муфты.

На фиг.4А-4Е — поперечные схематичные разрезы для описания этапов работы двигателя.

На фиг.5 — разрез С-С.

На фиг.6 — разрез D-D.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (фиг.1 и фиг.2) содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 отверстиями, два ротора 4 и 5, имеющих по две лопасти 4а, 4в и 5а, 5в, закрепленные на ступицах 4с и 5с, образующих вместе с корпусом камеру сгорания 6, оснащенную устройством зажигания 7, и кинематически связанных с выходным валом 8, на котором размещен маховик 9, посредством двух храповых механизмов 10 и 10′, причем на корпусе 1 установлены два регулируемых подвижных упора 11 и 11′, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала при взаимодействии с устройствами ограничения движения роторов 12 и 12′, закрепленными на ступицах 4с и 5с, убираемых давлением газов, поступающих из камеры сгорания по каналам 13 и возвращаемых в исходное положение газами, поступающими по каналам 14, и два подвижных, регулируемых по угловому местоположению, упора 15 и 15′, препятствующих вращению роторов в направлении, противоположном движению вала 8. Кроме того, двигатель содержит две муфты 16 и 16′, соединяющие и отсоединяющие выходной вал 8 с роторами 4 и 5 при определенных углах поворота последних.

Роторно-лопастной ДВС работает следующим образом.

Лопасти роторов 4 и 5, показанные на фиг.1 и фиг.2, создают вместе с корпусом 1 камеру сгорания 6 и зоны расширения, всасывания и сжатия.

Роторы попеременно вращают выходной вал 8, используя установленные на их ступицах храповые механизмы, показанные на фиг.3, либо обгонные муфты (см. фиг. 3А). На схематичном разрезе фиг.4А изображено положение роторов после окончания цикла сжатия. Ротор 4 ограничен упором 11 (см. фиг.5), ротор 5 — упором 15′ (см. фиг.6), а между лопастями 4а и 5а находится сжатый свежий заряд, воспламеняемый устройством зажигания 7, причем скорость вращения выходного вала будет определяться временем задержки зажигания, которое при невозгорании заряда может неоднократно повторяться.

Упор 11 отводится давлением газов, поступающих из камеры сгорания по каналу 13, и освобождает ротор 4 (см. фиг.4В), который начинает вращаться, поворачивая выходной вал 8 посредством храпового механизма. Усилие, необходимое для отвода упора 11, регулируется, что позволяет максимально увеличить время сгорания смеси и добиться более полного сгорания топлива. Лопасть 4а открывает канал 14, и упор 11 возвращается в исходное положение (фиг.4С). Отработанные газы предыдущего цикла выводятся через выпускное отверстие 3, а во впускное отверстие 2 поступает свежий заряд, при этом между лопастями 4в и 5а происходит сжатие, а муфта 16 соединяет ротор 4 с выходным валом 8. На фиг. 4D изображено взаиморасположение роторов, при котором давление сжимаемого свежего заряда уравнялось с давлением расширенных газов (P1=P2) и выходной вал через муфту 16 начинает вращать ротор 4 и ротор 5. Ротор 5 доходит до упора 11′ (фиг.4Е), после чего ротор 4 заканчивает процесс сжатия и фиксируется упором 15, а муфта 16 отключается, и выходной вал 8 вращается по инерции, причем, регулируя угловое положение упора 15(15′) и момент отключения муфты 16(16′), можно менять размеры камеры сгорания.

Запуск двигателя производится следующим образом. Раскручивается выходной вал 8, упоры 11 и 11′ убираются, и тот ротор, который был ограничен одним из них, вращается до соединения муфтой 16 (либо 16′) с валом 8 (механизмы отжима упоров и стартового вращения роторов не показаны). Вал 8 доводит ротор до положения, показанного на фиг.4А, производя такт всасывания, а после повторения цикла в камере сгорания 6 находится сжатый свежий заряд, таким образом, двигатель готов к работе.

Похожие патенты RU2223405C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 223 405 C1

Реферат патента 2004 года РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторно-лопастных двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что роторно-лопастной двигатель содержит корпус, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания. Согласно изобретению, на корпусе установлены два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала, и два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, а на ступицах роторов имеются муфты для связи роторов с выходным валом при определенных положениях лопастей относительно корпуса. Упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, могут быть выполнены с возможностью их отвода давлением газов, образованных при сгорании топлива и поступающих из камеры сгорания. 5 з.п.ф-лы, 11 ил.

Формула изобретения RU 2 223 405 C1

1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с всасывающим и выхлопным отверстиями, два ротора с двумя лопастями и ступицей каждый, связанных с выходным валом посредством храповых механизмов или обгонных муфт и образующих в корпусе камеру сгорания, оснащенную устройством зажигания, отличающийся тем, что на корпусе установлены два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении движения выходного вала, и два подвижных упора, ограничивающих вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, а на ступицах роторов имеются муфты для связи роторов с выходным валом при определенных положениях лопастей относительно корпуса. 2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, выполнены с возможностью их отвода давлением газов, образованных при сгорании топлива и поступающих из камеры сгорания. 3. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, имеют регулировку усилия их отвода. 4. Роторно-лопастной двигатель по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что упоры, препятствующие вращению роторов в направлении движения выходного вала, выполнены с возможностью их возвращения в исходное положение давлением газов, образованных при сгорании топлива, после перемещения ограничиваемых упорами роторов. 5. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что упоры, ограничивающие вращение роторов в направлении, противоположном движению выходного вала, выполнены с возможностью регулирования их углового местоположения, а муфты имеют регулировку момента отключения. 6. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит маховик, расположенный на выходном валу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector