роторно-поршневая силовая установка

Формула изобретения

РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая цилиндрический полый корпус, ротор, установленный в полости корпуса и состоящий из двух коаксиально расположенных частей внешней и внутренней, на которых имеются поршни, свечу зажигания, выхлопные окна, впускной и выпускной каналы, механизм преобразования движения, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и снижения теплонапряженности деталей, она дополнительно снабжена водяной форсункой и обратным клапаном, в корпусе выполнены каналы подвода воздуха и отвода пара, внешняя часть ротора выполнена со сквозным кольцевым торцевым отверстием и сопряжена с внутренней торцевой стенкой корпуса, причем, водяная форсунка, выходы каналов подвода воздуха и отвода пара, расположенные последовательно по ходу вращения ротора между впускным и выпускным каналами, и свеча зажигания размещены на торцевой стенке корпуса, сопряженной с ротором и кольцевым отверстием внешней части ротора, обратный клапан установлен на выходе канала подвода воздуха механизм преобразования движения выполнен в виде муфт свободного хода, установленных между обоймами вала ротора и соосными валами его частей и муфт обратного хода, установленных между корпусом и соосными валами ротора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям роторно-поршневых силовых установок, например двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение КПД установки и снижение теплонапряженности ее деталей.

На фиг. 1 показан продольный разрез установки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (в положении такта сжатия рабочего тела и впрыска воды); на фиг. 3-8 - то же (в положениях рабочих циклов).

Роторно-поршневая силовая установка содержит цилиндрический полый корпус 1, в полости которого на подшипниках 2 установлен ротор, состоящий из двух коаксиально расположенных частей - внешней и внутренней, конструктивно выполненный в виде двух соосных валов 3 и 4 с жестко закрепленными на них соответственно кольцевой (внешней) частью 5 и цилиндрической (внутренней) частью 6. Полость корпуса 1 с обеих сторон закрыта крышками 7 и 8. Кольцевая (внешняя) часть 5 имеет на внутренней поверхности радиальные поршни в виде лопастей 9, а цилиндрическая (внутренняя) часть 6 - поршни в виде наружных лопастей 10, которые при сопряжении с крышкой 8 образуют рабочие камеры 11 переменного объема. Установка снабжена механизмом преобразования движения, выполненным в виде установленных в крышках 7 и 8 муфт 12 и 13 обратного хода, сопряженных с валами 3 и 4, и муфт 14 и 15 свободного хода, установленных между валами 3 и 4 и обоймой 16 с приводным валом 17. В крышке 8 установлена свеча зажигания 18 и выполнены каналы в виде окон: окно 19 для выпуска отработавших газов, окно 20 для впуска топливной смеси и окно 21 для продувки рабочей камеры. В крышке 8 размещены также обратный клапан 22 и водяная форсунка 23.

Роторно-поршневая силовая установка описанной конструкции может работать как в режиме двигателя внутреннего сгорания (ДВС), так и в режиме ДВС в сочетании с паровым двигателем.

Работа установки в режиме ДВС осуществляется следующим образом.

Вращение вала 4 с цилиндрической частью 6 через муфту предельного момента (на чертежах не показана) и отключающего устройства, снабженного тормозом, производится стартером. Вместе с валом 4 соответственно вращается и вал 3 с кольцевой частью 5 (фиг. 8). В это время происходит всасывание топливной смеси через впускное окно 20 и открывается обратный клапан 22 во избежание образования вакуума в рабочей камере (фиг. 7).

При достижении заданных оборотов двигателя стартер отключается, срабатывает тормоз и вал 4 с цилиндрической частью 6 мгновенно останавливается (фиг. 3), а вал 3 с кольцевой частью 5 продолжает вращение за счет сил инерции и, преодолевая момент муфты, сжимает топливную смесь (фиг. 4), проворачивает вал 4 с цилиндрической частью 6 в положение воспламенения топливной смеси (фиг. 5). Происходят воспламенение топливной смеси от свечи зажигания 18 и рабочий ход. В этот момент отключается муфта предельного момента от стартера.

Работа в режиме парового двигателя и ДВС.

Двигатель сделал несколько оборотов и температура лопастей, кольцевой части и т. д. значительно повысилась и при впрыске воды через форсунку 23 в рабочую камеру она мгновенно превращается в пар высокого давления (фиг. 2). Одновременно с впрыском происходит воспламенение топливной смеси от свечи зажигания 18 (фиг. 2) и сила давления воспламеняющихся газов в рабочей камере и сила давления пара передаются на обе группы лопастей 9 и 10 одинаково, но лопасти 10 с цилиндрической частью 6 и валом 4 не имеют возможности провернуться в обратном направлении, так как вал жестко соединен с муфтой 13 обратного хода, а муфта - с крышкой 8 и корпусом 1 (фиг. 1). Поэтому сила давления газов и пара отжимает одну лопасть от другой (фиг. 3) и проворачивает вал 3 с кольцевой частью 5, передавая вращение через муфту 14 свободного хода обойме 16 с приводным валом 17 (фиг. 1).

При дальнейшем вращении (фиг. 3) лопасти 9 выталкивают ранее отработавшие газы в окно 19, а отработавший пар в окно 21 и далее в коллектор (не показан), всасывают топливную смесь через окно 21, сжимают топливную смесь в рабочей камере и за счет сил инерции проворачивают лопасти 10 с цилиндрической частью 6 и валом 4 в положение для следующего рабочего цикла (фиг. 5). Лопасти 10 с цилиндрической частью 6 и валом 4 проворачиваются без передачи крутящего момента, так как муфта 15 свободного хода с обоймой 16 и приводным валом 17 вращается (вращение получено ранее от стартера).

При следующем рабочем цикле (фиг. 5) при одновременном воспламенении топливной смеси и впрыске воды через форсунку 23 в рабочую камеру с образованием пара высокого давления давление газов и пара передается на лопасти 9 и 10 одинаково. Но лопасть 9 с кольцевой частью 5 и валом 3 не имеет возможности провернуться в обратном направлении, так как вал 3 жестко соединен с муфтой 12 обратного хода, а муфта - с крышкой 7 и корпусом 1 (фиг. 1). Поэтому сила давления газов и пара отжимает одну лопасть от другой (фиг. 6) и проворачивает вал 4 с цилиндрической частью 6, передавая вращение через муфту 15 свободного хода обойме 16 с приводным валом 17. Далее все повторяется в описанной последовательности.

Необходимая степень сжатия достигается исполнением окна 19 (от номинала по ходу вращения или против).

При работе двигателя выделяется большое количество тепла, так как за один оборот происходит шесть (фиг. 3-8) рабочих циклов против одного цикла в двухтактном двигателе.

Команду на впрыск воды в рабочую камеру осуществляют датчики температуры.

При холодном двигателе трубопровод перекрыт и плунжерный насос перекачивает воду в емкость, а при температуре двигателя, необходимой для парообразования или выше, датчик посылает импульс золотниковому устройству и вода под давлением подается в форсунку 23 и далее в рабочую камеру, где образующийся под давлением пар совершает полезную работу, увеличивая мощность двигателя. Отпадает необходимость в радиаторе и вентиляторе, получается комбинированный двигатель, работающий одновременно как ДВС и паровой.

Все это дает возможность получить легкий, мощный, долговечный двигатель при упрощенной конструкции, достигается высокий КПД при пониженной теплонапряженности деталей.