Роторно-лопастной двигатель (РЛД) внутреннего сгорания “Гаромар”
Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном машиностроении, а также в дорожно-строительной, судостроительной, сельскохозяйственной, энергетической и других отраслях промышленности.Техническим результатом изобретения является уменьшение веса двигателя и увеличение его мощности, экономичности по расходу топлива, компактности и удобства в эксплуатации.Это достигается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, ротор и запальную свечу, корпус имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, ротор расположен в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности и снабжен лопастями вогнутой формы, каждая лопасть одним концом шарнирно прикреплена к ротору и на другом конце снабжена штифтами, а на внутренней стороне торцевых крышек корпуса выполнены кольцевые пазы для введения штифтов лопастей.
Текст
(51)7 02 53/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном машиностроении, а также в дорожностроительной, судостроительной, сельскохозяйст венной, энергетической и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является уменьшение веса двигателя, увеличение его мощности и экономичности по расходу топлива. Это достигается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности, лопасти выполнены выпукло-вогнутыми, обращены выпуклой стороной по ходу вращения ротора и прикреплены к ротору шарнирно с помощью цилиндрических пальцев. 8538 Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном машиностроении (автомобильной,тракторной, судостроительной, тепловозостроительной), а также дорожно-строительной, сельскохозяйственной, энергетической и в др. отраслях машиностроения и военно-промышленного комплекса. Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания является роторно-лопастным двигателем и предназначается для использования на всех видах и типах транспортных средств (автомобили, трактора, тепловозы, речные, морские и океанские суда, самолеты и вертолеты, мотоциклы и мотороллеры), а также на энергоустановках, строительно-дорожных машинах и механизмах, зерноуборочных и других сельскохозяйственных комбайнах, бронетанковой технике и т.д. Известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля(Кузнецов Б.В. Развитие тепловых двигателей. М. Машиностроение, 1953). Преимущества этого двигателя перед поршневыми двигателями заключаются в следующем.- простота конструкции он состоит из трех крупных базисных узлов (корпуса, ротора и рабочего вала)- отсутствие системы клапанного газораспределения- малое число деталей, меньшие габариты и масса. Однако у роторно-поршневого двигателя имеются серьезные недостатки такие, как- очень сложной и дорогостоящей является технология его изготовления из-за сложности внутренней поверхности корпуса, имеющей профиль эпитрохоиды, объемные отливки которой очень сложно выполнить, особенно у многосекционных двигателей, а также не менее сложной является поверхность ротора- очень сложной является передача вращения ротора на выходной вал. В корпусе роторнопоршневого двигателя внутренняя полость имеет сложную эпитрохоидальную форму, в которой вращается ротор. Передача вращения выходному валу осуществляется через находящуюся внутри ротора зубчатую передачу планетарного типа, в которой коронная шестерня ротора с внутренними зубьями передает вращение солнечной шестерне, насажанной на выходной эксцентриковый вал. Передача вращения с ротора на выходной вал требует высокой точности изготовления деталей- для изготовления роторно-поршневых двигателей требуется принципиально новое оборудование- большие на 10-15, чем у современных поршневых двигателей, расходы моторного топлива и масел- существенно большие, чем в обычных двигателях габариты масляной и водяной систем охлажде 2 ния, обусловленные большей теплонапряженностью двигателя- высокая токсичность продуктов сгорания при выхлопе отработанных газов, по этому параметру они даже не могут сравниться с обычными поршневыми двигателями- невысокая надежность уплотнений вращающегося ротора, что вызывает быстрый износ рабочих поверхностей камеры сгорания. Известен также роторно-лопастной двигатель(патент 2011866, кл. 02 В 53/00, 1994), принятый за прототип. Он включает корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцовыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности. Лопасти выполнены прямыми и размещены в пазах ротора. Этот двигатель проще по конструкции, но выполнение ротора с пазами делает конструкцию ротора все же сложной и нетехнологичной в изготовлении, а выполнение лопастей выдвижными не позволяет обеспечить достаточную герметичность камеры сгорания, а следовательно,повысить мощность двигателя и понизить расход топлива. Задачей изобретения является создание компактного двигателя внутреннего сгорания, характеризующегося уменьшением веса. увеличением мощности и экономичности по расходу топлива. Это достигается тем. что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности, лопасти выполнены выпукло-вогнутыми, обращены выпуклой стороной по ходу вращения ротора и прикреплены к ротору шарнирно с помощью цилиндрических пальцев,Такое выполнение лопастей и их крепления обеспечивает создание давления на вогнутую сторону лопастей в камере сгорания, что способствует улучшению герметичности камеры, а следовательно,повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива. Сущность изобретения поясняется чертежами,где на фиг. 1 показано устройство двигателя, на фиг. 2 приведена схема его действия, а на фиг. 3 двигатель изображен в аксонометрии. Корпус роторно-лопастного двигателя состоит из цилиндра 1 и двух торцевых крышек 2. На стенках цилиндра имеются впускные 6 и выпускные 7 окна. Первые предназначены для всасывания в межлопастную полость воздушно-топливной смеси, вторые для выпуска отработанных газов. Могут быть конструктивные варианты, при которых эти окна могут располагаться на торцевых крышках корпуса. На одной из торцевых крышек корпуса устанавливается запальная свеча 11. Корпус роторно-лопастного двигателя можно изготавливать с внутренними полос 8538 тями для водяного охлаждения 8 или с ребрами воздушного охлаждения, или комбинированным. Ротор 3, находящийся внутри полости корпуса,установлен эксцентрично относительно оси цилиндра корпуса, с возможностью вращения на подшипниках 13, впрессованных в торцевые крышки корпуса цилиндра. На внешней поверхности ротора выполнены выемки 10, предназначенные для создания послойной топливной смеси. Один конец ротора переходит в выходной вал 12, передающий крутящий момент потребителям. К ротору крепятся лопасти 4, имеющие вогнутую форму. Одним своим концом лопасть крепится к ротору с помощью шарнира 5, а другой ее конец прижимается к внутренней стенке цилиндра. При вращении ротора этот конец лопасти свободно скользит по внутренней поверхности цилиндра. Для плотного прилегания свободного конца лопасти к внутренней поверхности стенки цилиндра, во избежание пропуска газов и отжимания его от внутренней поверхности цилиндра действием рабочих газов в предыдущей межлопастной полости, на торцевых сторонах лопастей ротора имеются штифты 9, которые входят и движутся по направляющим пазам 14, выполненным в виде канавок, расположенных по окружности торцевых крышек цилиндров. Такая конструкция позволяет избежать чрезмерного усилия прижатия свободных концов лопастей ротора к поверхности цилиндра корпуса, тем самым, доводя до минимума износ от их трения между собой, но в то же время сохраняя герметичность межлопастных полостей. Могут быть другие варианты конструкции свободный конец лопасти ротора может прижиматься к внутренней стенке цилиндра с помощью пружинных пластин, которые одним концом прикреплены к ротору, а другим упираются в лопасть ротора, или с помощью торсионного типа пальцев (осей) шарнира, а также ряд других вариантов. При наличии карбюратора воздушно-топливная смесь подается в межлопастную полость через впускные (всасывающие) окна, а при его отсутствии устанавливается инжектор или форсунка, которые могут размещаться перед впускными окнами в воздухопроводе или во всасывающей полости,Принцип работы роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания пояснен фиг. 2 и состоит в следующем. Воздушно-топливная смесь, подготовленная в карбюраторе, засасывается в разреженное пространство, создаваемое в межлопастной полости,через впускные окна цилиндра при прохождении лопасти ротора вплоть до закрытия этих окон следующей лопастью. При дальнейшем вращении ротора пространство межлопастной полости, уменьшаясь в своем объеме, благодаря эксцентрично расположенному ротору в цилиндре, сжимает воздушнотопливную смесь. Максимально сжатая воздушнотопливная смесь воспламеняется от запальной свечи(при увеличении степени сжатия эта смесь может самовоспламеняться по принципу работы дизельного двигателя). При сгорании рабочей смеси образуются газы, создающие очень высокое давление. Под действием давления газов на лопасть последняя,перемещаясь, вращает ротор, выполняя этим рабочий ход, и передает крутящий момент на выходной вал. Дальнейшее движение лопасти ротора мимо выпускных окон цилиндра позволяет отработанным газам, обладающим еще достаточной энергией, с большой скоростью вырываться из выпускных окон и по направляющим каналам поступать на рабочие лопатки турбокомпрессора, одновременно с этим очищая и освобождав межлопастную полость от продуктов сгорания для последующего такта всасывания. В итоге, за один оборот ротора выполняются все четыре такта рабочего цикла, в отличие от поршневого двигателя, где этот процесс происходит за два оборота коленчатого вала, это означает, что роторно-лопастной двигатель является высокооборотным и более мощным по сравнению с поршневым двигателем за счет ликвидации одного холостого оборота коленчатого вала, при котором выполняются циклы (такты) всасывания и сжатия топливновоздушной смеси и соответственного уменьшения расхода индикаторной мощности двигателя. Одним из важнейших преимуществ роторнолопастного двигателя является возможность составления в межлопастной полости широкого диапазона вариантов послойного распределения воздушнотопливной смеси путем широкого варьирования форм изгиба контура лопастей, а также выемок на роторе, что позволяет значительно снизить расход моторного топлива, уменьшить выброс токсичных компонентов в выхлопных газах, работать на бензине с низким октановым числом, избегая работы на этилированном топливе и обеспечить плавную и уравновешенную работу двигателя. Преимущества предлагаемого роторнолопастного двигателя перед поршневым, роторнопоршневым и газотурбинным двигателями состоит в следующем. Роторно-лопастной двигатель- проще по конструкции он состоит всего из двух простых узлов, поэтому технология его изготовления проще и не требует сложного станочного парка, проще и расчет двигателя- дает возможность увеличивать мощность без изменения габаритных размеров за счет увеличения количества лопастей, что проще и экономичней увеличения числа цилиндров в поршневых двигателях,или наращивания дополнительных секций в роторно-поршневых- обеспечивает более простое и дешевое восстановление работоспособности после износа трущихся деталей, путем замены лопастей, имеющих низкую себестоимость- имеет более высокий КПД- имеет всего одну свечу зажигания при многотактной работе- при рабочем цикле не возникает резких переменных ударных нагрузок, что позволяет выполнить основные детали, работающие в условиях высокой температуры и давления, в частности цилиндр и лопасти, изготавливать из керамики и металлокерами 3 8538 ки, в результате чего можно повысить температуру сгорания топливной смеси, увеличить степень ее сжатия и, таким образом, повысить мощность, КПД двигателя и обеспечить полное сгорание топливной смеси, сделав двигатель экологически чистым. Предлагаемый двигатель может иметь форму цилиндра или диска, т.е. может изготавливаться в разных вариантах, что увеличивает удобство его размещения в машинах и расширяет область его применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности, отличающийся тем, что лопасти выполнены выпукловогнутыми, обращены выпуклой стороной по ходу вращения ротора и прикреплены к ротору шарнирно с помощью цилиндрических пальцев.