Синхронный двухроторный поршневой двигатель Евсеенко-3

ГОСУДАРСТВЕННЬП 1 ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 6 СИНХРОННЪПДВУХРОТОРНЬП 1 КЛПНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ЕВСЕЕНКО 4(46) 30.03.1998 (73) Патентообладатель Евсеенко Николай ГордеевичСинхронный двухроторнь 1 й поршневой двигатель, содержащий неподвижный корпус с каналами впуска и выпуска и полостями, образованными, по меньшей мере, двумя симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, роторную камеру сгорания с перепускными каналами, два цилиндрических золотника и размещенные в полостях Центрально-симметрично роторы с валами и противовесами, кинематически связанные между собой и образующие с корпусом четыре полости переменного объема, две смесительные впуск-сжатие и две расширения-выпуска, причем перепускные каналы расположены с возможностью сообщения камеры сгорания с соответствующими полостями впуска-сжатия и расширения-выпуска, отличающийся тем, что он снабжен двумя установленными по обе стороны от продольной оси корпуса поворотными шарнирами, каждый из которых выполнен с Центральным пазом, расположенным с возможностью сообщения через перепускной канал с камерой сгорания, роторы установлены на валах эксцентрично с возможностью касания соответствующих им цилиндрических поверхностей, снабжены разделительными заслонками,каждая из которых жестко связана с одним из роторов и установлена в пазу соответствующего шарнира с возможностью радиального перемещения и перекрытия перепускного канала, а Цилиндрические золотники выполнены поворотными, жестко связаны с разделительными пластинами, подпружиненными в сторону роторов, снабжены впускными окнами для сообщения каналов впуска с полостью впуска-сжатия и выпускным каналом для сообщения полости расширения-выпуска с каналами выпуска в корпусе.Фиг. 1 Изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено в легковых автомобилях ,легких самолетах , вертолетах и беспилотных летательных аппаратах. Наиболее близким решением по технической сущности, принятым в качестве прототипа, является роторный двигатель 1, содержащий неподвижный корпус с каналами впуска и выпуска и полостями, образован 1112027 С 1ными, по меньшей мере, двумя симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, роторную камеру сгорания с перепускными каналами, цилиндрические разделители и размещенные в полостях центрально-симметрично роторы с валами, кинематически связанные между собой и образующие с корпусом четыре полости переменного объема две впуска-сжатия и две расширения-выпуска, причем перепускные каналы расположены с возможностью последовательного сообщения камеры сгорания с соответствующими полостями впуска-сжатия и расширения-выпуска.Главный весьма существенный недостаток этого двигателя - это отсутствие и невозможность создать эффективного радиального уплотнения, а без него происходит очень большая утечка газов через щели, возникающие при входе и выходе выступов роторов в соответствующие выемки камеры сгорания. И это происходит в моменты наибольшего давления газов. Здесь утечка газов будет столь значительная, что ставит под сомнение вообще возможность работы двигателя. И еще, камера сгорания сообщается с полостями расширения сначала непосредственно, а затем через длинные каналы, в которых происходит расширение газов без совершения работы.Задачей изобретения является снижение механических потерь на трение, повышение КПД, удельной мощности и эксплуатационных качеств двигателя при той же технологичности, что и у поршневых двигателей.Синхронный двухроторный поршневой двигатель ЕВСЕЕНКО-З состоит из двух идентичных секций, размещенных в одном корпусе симметрично его центра масс, термодинамические процессы в котором протекают синхронно. Он содержит неподвижный корпус с каналами впуска и выпуска, по меньшей мере, две симметрично расположенные цилиндрические полости, два шарнира, роторную камеру сгорания с перепускными каналами, два цилиндрических золотника и размещенные в цилиндрах центрально-симметричные роторы с валами и противовесами. Каждый шарнир выполнен поворотным и снабжен центральным пазом, расположенным с возможностью сообщения через перепускной канал с камерой сгорания, роторы на валах установлены эксцентрично с возможностью касания соответствующих им цилиндрических поверхностей, снабжены разделительными заслонками, каждая из которых жестко связана с одним из роторов и установлена в пазу соответствующего шарнира с возможностью радиального перемещения и перекрытия перепускного канала, цилиндрические золотники выполнены поворотными, жестко связаны с разделительными пластинами, подпружиненными в сторону роторов. Все органы двигателя кинематически связаны между собой и образуют с корпусом четыре полости переменного объема две впуска-сжатия и две расширения-выпуска. Каждый золотншс снабжен впускным окном для сообщения каналов впуска с полостью впуска-сжатия и выпускным каналом для сообщения полости расширения-выпуска с каналом выпуска в корпусе. Для наддува горючей смеси и охлаждения роторов изнутри на противовесах размещены малолопастные вентиляторы в виде шнеков.Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен вид двигателя без торцовой крышки. На фиг.2 - его разрез по плоскости симметрии. На фиг.3 - разрез по А-А, а на фиг.4 - разрез по Б-Б. На фиг.5, 6, 7 изображена кинематическая схема работы двигателя. На фиг.8 - изображена диаграмма газораспределения двигателя. Двигатель содержит неподвижный корпус 1 с двумя торцевыми крышками 2, соединенных с корпусом шпильками роторную камеру сгорания 3, расположенную в центре корпуса два вала 4 с противовесами 5 и эксцентриками 6, размещенных центрально-симметрично два цилиндрических золотника 7, снабженных впускными окнами 8 и выпускным каналом 9, два шарнира 10 с диаметральными пазами 11. Корпус и торцевые крышки снабжены рубашкой охлаждения 12 и полостями 13. На эксцентрики через посредство роликовых подшипников 14 насажены роторь 1-поршни 15, снабженные разделительными заслонками 16, установленными в пазах шарниров с возможностью радиального перемещения. Каждая заслонка с одной стороны содержит радиальную канавку, которая со стенкой паза шарнира образует перепускной канал 17. Роторные камеры сгорания содержат четыре полости 18, которые своевременно сообщаются с запальными свечами 19 и через каналы 17, 20 и 21 с цилиндрическими полостями 22. Во внутренних полостях ротора размещены шнекообразные вентиляторы 23, жестко соединенными с боковыми стенками эксцентриков. Вентиляторы производят наддув горючей смеси, поступающей от карбюраторов через каналы 24, окна 25, полости роторов, окна 26 и каналы 27 к впускным окнам 8 золотника 7. В процессе наддува в полостях роторов происходит дополнительное смешивание и испарение горючей смеси, что способствует более полному сгоранию топлива, а значит повышению КПД и снижению токсичности выхлопных газов и одновременно производится отвод тепла от роторов. Разделительные пластины 28, жестко связаны со своими золотниками и прижимаются к поверхностям роторов спиральными пружинами 29, установленными на оси золотника. Вал 30 отбора мощности кинематически связан шестеренчатой передачей 31 с валами роторов.Роторная камера сгорания через промежуточные шестерни 32 и 33, размещенных на одной оси, и шестерни 34 и 35 кинематически связаны с одним из валов роторов с общим передаточном числом 14. Роторы со скольжением обкатываются по цилиндрическим поверхностям полостей 22 и со всеми разделительными органами, каналами и корпусом образуют четыре полости переменного объема две впуска-сжатия А и две расширения - выпуска В. С этими полостями сообщаются золотники через каналы 36 и 9, а также полости роторной камеры сгорания через каналы 17, 20 и 21. Канал 37 сообщен с выхлопным патрубком.Торцы роторов снабжены крышками 38, неподвижно сопряженными с внешними обоймами роликовых подшипников, которые внатяг насажены на роторы. Крышки снабжены кольцевыми канавками, в которых размещены уплотнительные кольца 39, опирающиеся на гофрированные пружины. Каждый ротор снабжен торцевым уплотнительным кольцом 40, сопряженный с ним по винтовой поверхности с возможностью поворота в тангенциальном направлении под действием пружины, размещенной в канавке 41.Гнездо роторной камеры сгорания выполнено в виде усеченного конуса и сопряжено с ней. Уплотнение камеры происходит под действием пружины 42. Заслонки, разделительные пластины, Шарниры снабжены подпружинными уплотнительными пластинами 43.Механизм радиального уплотнения зоны сопряжения ротора с корпусом.Во внутренние обоймы роликовых подшипников впрессованы эксцентриковые втулки. Втулки с зазором насажены на эксцентрики вала. Их торцы снабжены прямоугольными зубьями и просветами. По разные стороны от оси установлены листовая пружина 44 и биметаллическая пластина 45, середины которых опираются на противовес, а концы входят в зацепление с эксцентриковыми втулками так, чтобы их оси симметрии лежали в одной плоскости. При этом, до обкатки двигателя в зацеплениях эксцентриковых втулок с биметаллической пластиной должен быть зазор, для того чтобы при обкатке двигателя, когда происходит притирка поверхностей, пружина могла бы свободно без ограничения со стороны биметаллической пластины поворачивать втулки в сторону увеличения суммарного радиуса эксцентрика до тех пор, пока биметаллическая пластина не войдет в контакт с зацеплением втулок. После этого устанавливается взаимозависимая кинематическая связь эксцентриковых втулок с пружиной и биметаллической пластиной действие пружины на втулки всегда направлено в сторону увеличения суммарного радиуса эксцентрика, а-биметаллической пластины направлено в ту или другую сторону в зависимости от температуры внутри полости ротора, за счет чего и достигается компенсация разности теплового расширения ротора и корпуса. При жесткости биметаллической пластины значительно большей жесткости листовой пружины двигатель после обкатки эффективно будет работать на бесконтактном уплотнении зоны сопряжения ротора с корпусом, поскольку зазор зоны будет настолько мал, что масляная пленка, заполняющая зону, предотвратит утечку газов. Теоретически это возможно (график изменения суммарного радиуса эксцентрика есть косинусоида и в промежутке от 40 до 140 она почти линейная функция, а в этом интервале и работает механизм радиального уплотнения). В этом случае потери на трение здесь близки к нулю. Есть и второй вариант жесткость пружины и биметаллической пластины подбирается так, чтобы после обкатки двигатель мог работать в режиме контактного уплотнения с минимальным силовым воздействием ротора на цилиндрическую поверхность корпуса. В этом случае вместо одной биметаллической пластины лучше установить пакет из двух-трех биметаллических пластин. Термодинамический цикл двигателя совершается за один оборот вала. Рассмотрим ход течения процессов в одной (нижней на чертеже) секции в той последовательности, как они протекают при запуске двигателя. За начало отсчета примем положение валов с эксцентриками, изображенное на фиг. 2. На чертеже ось золотника расположена под углом 2 О 5. Для этого положения золотника и приводятся численные значения углов диаграммы газораспределения. С изменением угла расположения оси золотника изменяются и углы газораспределения. При повороте вала на 220 впускное окно 8 золотника открывается (см. фиг.6) и через него начинается сообщение карбюратора (через каналы 24, окна 25, полости роторов, окна 26 и каналы 27) с полостью впуска-сжатия А и в эту полость вентилятором 23 производится наддув горючей смеси, который длится (см. фиг.7, 5) до закрытия окна (1 О 0). После этого в полости А до 310 (см. фиг.7) происходит сжатие горючей смеси и заполнение ею через каналы 17 и 20 полости камеры сгорания, причем начиная от 220 в полость А со стороны золотника одновременно производится и наддув смеси. При втором обороте вала в полости А продолжают протекать в той же последовательности те же процессы, но только будет заполняться смесью последующая полость камеры сгорания, а предыдущая, заполненная смесью, будет сообщена с запальной свечой и при угле 0 (начальном положении) от свечи происходит воспламенение горючей смеси. В этот момент открывается канал 21, полость камеры сообщается с полостью В и начинается процесс расширения газов, который длится до открытия выпускного канала 9 (220). Запуск двигателя происходит через один оборот вала. При работе двигателя в полости А происходит впуск (с наддувом) и сжатие горючей смеси, в полости В - расширение и выпуск газов, при этом противоположные пары полостей камеры сгорания своевременно сообщаются первая пара с полостью А, вторая - с запальной свечой и полостью В, а потом через оборот вала - наоборот. При повороте вала от начального положения до закрытия окна 8 золотника 7 (1 О 0) в полости В происходит расширение газов, в полости А заканчивается впуск смеси. При 100 окно 8 и выпускной канал 9 закрываются в полости А начинаются процесс сжатия смеси И перепуск ее через каналы 17, 20 в очередную полость камеры сгорания, в-В со стороны камеры сгорания продолжается расширение газов, а со стороны золотнша 7 начинается сжатие отработанных газов (см. фиг.5), которые до открытия канала 9 (220) в замкнутом пространстве между разделительной пластиной 28 и корпусом образуют упругую подушку, предотвращающую удар пластины о поверхность корпуса (см. фиг.5, 6). При 220 каналы 9 и 36 открываются, а 17, 20, 21 продолжают быть открытыми и в полости А со стороны камеры сгорания продолжается сжатие смеси и перепуск ее в полость камеры сгорания, а в-В закончилось расширение и начался вь 1 ВУ 2027 С 1пуск отработанных газов. При повороте до 310 все Каналы открыты в полости А с одной стороны продолжается сжатие газов, а с другой - впуск, в-В продолжается выпуск. В конце сжатия примерно при 310-320 смежные полости камер сгорания на очень Малый промежуток времени сообщаются между собой и в этот момент происходит продувка полости, в которой прошел процесс сгорания. Длительность протекания процессов следующая впуск и выпуск продолжается в течение 240 поворота вала (от 220 до 100), сжатие - 210 (от 100 до 310), расширение 22 О (от 0 до 220).Секции размещены симметрично относительно их центра масс, а движение их механизмов происходит в противофазах, вследствие чего двигатель полностью уравновешен. Термодинамические процессы протекают синхронно, причем так, что процессы сгорания и процессы впуска протекают в противоположных парах полостей камеры сгорания, вследствие чего равнодействующая всех сил, действующих на камеру сгорания равна нулю и это сводит к нулю механические потери на трение в сопряжении между роторной камерой сгорания и поверхностью ее гнезда в корпусе, а также создаются условия для изготовления камеры сгорания из термостойких керамических и композиционных материалов с малым пределом прочности.В отличие от поршневых двигателей, роторно-поршневых двигателей типа Ванкеля и прототипа в заявленном двигателе в течение всего процесса расширения давления газов АРАРА на ротор изменяется незначительно, так как по мере убывания давления АР увеличивается активная площадь ротора АЗ. Это устраняет ударные нагрузки на роторы, подшипники и обеспечивает мягкость работы двигателя.Очистка остаточных газов в двигателе начинается не из всего рабочего объема, а из полостей камеры сгорания, причем так, что в процессе продувки предварительно сжатая смесь выталкивает их из камеры сгорания. При таком способе можно добиться почти полного удаления остаточных газов без утечки горючей смеси.В двигателе создается высокая степень смесеобразования , что способствует более полному сгоранию топлива, а значит повышению КПД и снижению токсичности отработанных газов он снабжен эффективным механизмом радиального уплотнения в нем снижены механические потери на трение роторы обкатываются со скольжением по цилиндрическим поверхностям корпуса с малым их силовым взаимодействием рабочие поверхности имеют цилиндрическую форму и могут изготовляться на тех же станках и линиях, что и поршневые двигатели.Длительность протекания процессов впуска-сжатия, расширения-выпуска зависит от величины расположения угла золотника в корпусе, который можно менять в большем интервале (120-240), что при конструировании позволяет для каждого конкретного двигателя выбрать такие оптимальные длительности протекания процессов, при которых двигатель будет работать наиболее эффективно - иметь наибольшую удельную мощность при самом высоком КПД.