аксиальный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Аксиальный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий установленный на валу ротор с радиальными пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти, камеры сгорания, статор, включающий коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы соответственно большего и меньшего диаметров, между которыми размещены кольцевые элементы с волнообразными поверхностями, образующими гребни и впадины, при этом волнообразные поверхности обращены друг к другу, эквидистантны и совместно с наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра и поверхностью ротора образуют рабочие камеры, причем в гребнях кольцевых элементов с волнообразными поверхностями с чередованием через один гребень выполнены впускные и выпускные каналы, отличающийся тем, что камеры сгорания выполнены в виде полых цилиндров, разделенных перегородками на две секции, радиально установленных с возможностью вращения в свободных от впускных и выпускных каналов гребнях кольцевых элементов с волнообразными поверхностями, при этом в каждой секции камеры сгорания выполнены впускное и выпускное окна, а в кольцевых элементах с волнообразными поверхностями в зоне впускных и выпускных окон выполнены соответственно нагнетательные и выпускные отверстия, при этом на роторе укреплены сектора, входящие в зацепление с передаточными элементами, находящимися в контакте с камерой сгорания, для ее поворота на 180°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к двигателестроению.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включающий статор, коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, между которыми размещены кольцевые элементы с обращенными друг к другу эквидистантными поверхностями, образованными в виде совокупности ступенчато сопряженных плоскостей; устройство также имеет ротор с лопастями, установленный на валу. Рабочая камера находится между эквидистантными поверхностями кольцевых элементов и коаксиальными поверхностями цилиндров. Часть рабочей камеры в определенный момент выполняет функцию камеры сгорания, US 4401070.

Недостатком устройства является то обстоятельство, что часть воспламененной смеси возвращается в зону сжатия, что обусловливает низкий коэффициент полезного действия (КПД). Кроме того, устройство весьма сложно по конструкции и в изготовлении ввиду наличия внутренних каналов в роторе и статоре.

Более простую конструкцию имеет аксиальный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания по патенту US 5551853, содержащий статор, включающий коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, между которыми размещены кольцевые элементы с волнообразными поверхностями, имеющими гребни и впадины. Волнообразные поверхности обращены друг к другу, эквидистантны и совместно с наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра и внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра образуют рабочую камеру. Устройство также содержит установленный на валу ротор с радиальными пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочей камеры размещены лопасти. Устройство имеет камеры сгорания, выполненные в роторе. В гребнях кольцевых элементов с волнообразными поверхностями с чередованием через один гребень выполнены впускные и выпускные каналы.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент полезного действия. Это объясняется тем, что значительная часть воспламененной рабочей смеси выбрасывается в атмосферу через выпускной канал с противоположной свече зажигания стороны ротора. Кроме того, устройство по патенту US 5551853 требует минимум 6 лопастей для полного рабочего цикла двигателя, при этом при сжатии рабочей смеси используется только часть объема рабочей камеры между двумя соседними лопастями. Это обусловливает невысокую степень сжатия рабочей смеси и, соответственно, также негативно влияет на КПД.

Следует также указать, что часть объема рабочей камеры в зоне зажигания сообщается с частью объема рабочей камеры в зоне сжатия, в результате чего газы, образовавшиеся при сгорании смеси, перемешиваются со свежим зарядом рабочей смеси, ухудшая ее качество и, соответственно, дополнительно снижая КПД.

Задачей настоящего изобретения является повышение коэффициента полезного действия аксиального роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в аксиальном роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, содержащем установленный на валу ротор с радиальными пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти, камеры сгорания, статор, включающий коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, между которыми размещены кольцевые элементы с волнообразными поверхностями, имеющими гребни и впадины, при этом волнообразные поверхности обращены друг к другу, эквидистантны и совместно с наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра и поверхностью ротора образуют рабочие камеры, причем в кольцевых элементах с волнообразными поверхностями в гребнях с чередованием через один гребень выполнены впускные и выпускные каналы, камеры сгорания выполнены в виде полых цилиндров, разделенных перегородками на две секции, радиально установленных с возможностью вращения в свободных от впускных и выпускных каналов гребнях кольцевых элементов с волнообразными поверхностями, при этом в каждой секции камеры сгорания выполнены впускное и выпускное окна, а в кольцевых элементах с волнообразными поверхностями в зоне впускных и выпускных окон выполнены соответственно нагнетательные и выпускные отверстия.

Заявителем не выявлены технические решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Благодаря реализации отличительных признаков настоящего изобретения в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения, достигаются важные новые свойства заявленного объекта. Каждая лопасть сжимает полный объем рабочей камеры, таким образом, заявленная машина имеет значительно (в несколько раз) бóльшую степень сжатия рабочей смеси; исключается перемешивание свежего заряда с отработавшими газами, свежий заряд подается из рабочей камеры в одну секцию камеры сгорания, а воспламенение газов в этот момент происходит в другой секции камеры сгорания с последующим выбросом из нее отработавших газов.

В результате значительно повышается коэффициент полезного действия двигателя.

Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие настоящего изобретения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - разрез двигателя по оси ротора;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2.

Аксиальный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит статор 1, включающий коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы 2 и 3, между которыми размещены кольцевые элементы 4 и 5 с волнообразными поверхностями, образующими гребни 6 и впадины 7. Волнообразные поверхности кольцевых элементов обращены друг к другу и эквидистантны. На валу 9 установлен ротор 10 с радиальными пазами 11, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти 12 с уплотнениями 13 по концам. Волнообразные поверхности кольцевых элементов совместно с наружной поверхностью цилиндрического элемента 3 меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента 2 большего диаметра и поверхностью ротора 10 образуют рабочие камеры 8. В гребнях 6 кольцевых элементов 4 и 5 с чередованием через один гребень выполнены впускные 14 и выпускные 15 каналы. Камеры сгорания 16 выполнены в виде полых цилиндров, разделенных перегородками на две секции 17 и 18. Камеры сгорания в виде полых цилиндров установлены радиально с возможностью вращения в свободных от впускных и выпускных каналов гребнях кольцевых элементов 4 и 5 с волнообразными поверхностями. Каждая секция камеры сгорания имеет впускное окно 19 и выпускное окно 20. В кольцевых элементах 4 и 5 в зоне впускных окон 19 выполнены нагнетательные отверстия 21, а в зоне выпускных окон 20 - выпускные отверстия 22. На роторе 10 укреплены фрикционные сектора 23, сопряженные с фрикционными передаточными элементами 24, находящимися в контакте с камерами сгорания 16. Чтобы показать взаимодействие фрикционных секторов 23, фрикционного передаточного элемента 24 с камерой сгорания 16, условно повернем ротор 10 в положение, при котором фрикционные секторы 23 и ось лопасти 12 на фиг.1 показаны пунктиром. При этом ось лопасти 12 повернута (смещена) от середины фрикционных секторов 23 с учетом расстояния между осями фрикционного передаточного элемента 24 и камеры сгорания 16. В секциях 17 и 18 камер сгорания 16 установлены свечи 25 зажигания. В заявленной конструкции предусмотрены системы охлаждения и смазки (на чертежах не показаны).

Пуск аксиального роторно-лопастного двигателя осуществляется посредством стартера (на чертежах не показан).

Ротор 10 вращается в направлении против часовой стрелки (фиг.2), что соответствует его направлению движения вверх на фиг.1 и 3, показанному стрелками на этих рисунках.

При вращении ротора 10 за лопастью 12 в рабочей камере 8 создается разряжение и через впускной канал 14 рабочая камера 8 заполняется свежим зарядом топливовоздушной смеси. Одновременно лопастью 12 сжимается свежий заряд топливовоздушной смеси, заполнивший рабочую камеру 8 в предыдущем цикле и находящийся перед лопастью. Этот заряд через нагнетательное отверстие 21 и впускное окно 19 заполняет секцию 17 камеры сгорания 16. При дальнейшем вращении ротора 10 лопасть 12 перемещается за гребень 6 кольцевого элемента 5 с волнообразной поверхностью. При этом фрикционный сектор 23 входит в зацепление с фрикционным передаточным элементом 24, находящимся в контакте с камерой сгорания 16. Камера сгорания 16 поворачивается в направлении движения часовой стрелки и ее поворот осуществляется на 180 градусов к моменту достижения лопастью 12 положения за гребнем 6 и выпускным отверстием 22 кольцевого элемента 5; при этом секция 17 камеры сгорания 16 занимает положение, которое занимала секция 18. В секции 17 воспламеняется посредством свечи 25 сжатая топливовоздушная смесь; сгоревшая смесь расширяется, проходя через выпускное окно 20 и выпускное отверстие 22 в рабочую камеру 8, оказывая давление на лопасть 12. Лопасть 12 передает через стенки паза 11 усилие ротору 10, который продолжает вращение в заданном направлении, перемещая лопасть 12 в положение следующей лопасти 12, которая вытесняет отработавшие газы предыдущего рабочего цикла через выпускной канал 15. В конкретном примере герметичность в рабочих камерах 8 обеспечивается подпружиненными уплотнениями 13, размещенными по концам лопастей 12. При дальнейшем вращении ротора 10 и прохождении лопастью 12 нижнего гребня 6 кольцевого элемента 5 один полный рабочий цикл двигателя завершается и начинается второй рабочий цикл, полностью повторяющий первый, и т.д. При вращении ротора 10 лопасти 12 вращаются вместе с ним и одновременно совершают возвратно-поступательные движения между кольцевыми элементами 4 и 5. В левой и правой половинах аксиального роторно-лопастного двигателя рабочие циклы протекают одинаково, но со смещением во времени, обусловленным соответствующим смещением рабочих камер 8, впускных 14 и выпускных 15 каналов и камер сгорания 16.

Принимая заявленную конструкцию за единичный модуль, можно увеличивать мощность аксиального роторно-лопастного двигателя, объединяя на одном валу несколько модулей.