Роторный двигатель

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Коничев Алексей Викторович, Толмачев Вячеслав Иванович(57) 1. Роторный двигатель, содержащий корпус с двумя цилиндрическими расточками, расположенными симметрично с установленными в них двумя роторами, механизм газораспределения, систему подачи топлива и воздуха, отличающийся тем, что корпус роторного двигателя изготовлен двухступенчатым и секция впуска-сжатия горючей смеси выполнена цилиндрической расточкой меньшего диаметра, а секция рабочего хода - большего диаметра, поперек цилиндрических расточек перпендикулярно обеим секциям в корпусе выполнен канал впуска-сжатия горючей смеси и камера сгорания, соединенные между собой, в цилиндрических расточках установлен цилиндрический или двухступенчатый ротор, диаметром соответствующим цилиндрическим расточкам в корпусе, на цилиндрической поверхности ротора на каждой ступени выполнены прямоугольные полукольцевые каналы, расположенные диаметрально противоположно, оба конца каналов заканчиваются наклонными под острым углом торцами, выполняющими функции поршней, причем в канале впуска-сжатия горючей смеси поршнем служит только вторая наклонная поверхность, а в канале рабочего хода наоборот первая, клапаны впуска-сжатия горючей смеси расположены по ходу вращения после задней стенки камеры сгорания, а клапаны рабочего хода до передней стенки камеры сгорания и выполнены Т-образной формы с профилем рабочей поверхности клапанов соответствующей поверхности поршней, для автоматического управления клапанами выполнен механизм, состоящий из профильных втулок, жестко закрепленных на валу ротора, с поверхностью подобной полукольцевым каналам впуска-сжатия и рабочего хода выпуска расширяющихся газов, взаимодействующими с механизмом управления клапанами. Фиг. 3 2. Роторный двигатель, по п. 1, отличающийся тем, что герметичность ротора и корпуса обеспечивается кольцевыми уплотнениями, типа поршневых колец, а уплотнения клапанов выполнены П-образными подпружиненными уплотнителями. Полезная модель относится к двигателестроению - к конструкциям роторных двигателей малой и большой мощности. Известен роторный двигатель 1, содержащий корпус с проточкой в виде цилиндра, верхняя часть которого выполнена неправильной кривой образующей камеру сгорания, ротор эллипсовидной формы по большой оси которого концом установлены пластинчатые уплотнения в средней части ротора по большой оси выполнен продолговатый прямоугольный паз, в котором размещен прямоугольный вал двигтля. В крышке корпуса выполнены клапан подачи топливной смеси и выхлопной клапан, механизм газораспределения и система зажигания. Недостатками этого роторного двигателя являются свободная скользящая посадка по прямоугольному пазу ротора вала двигателя в двух направлениях конструктивно неработоспособна,большие потери мощности и КПД, вследствие малого угла 40 использования действия полезной мощности расширения газов сгоревшего топлива, сложная система газораспределения. Наиболее близким к предполагаемому решению является роторный двигатель 2, содержащий корпус с двумя цилиндрическими расточками, расположенными симметрично по горизонтальной оси. Внутри корпуса размешены два ротора овальной формы и два подпружиненных шиберных поршня, между которыми расположен механизм газораспределения, приводимой во вращение роликовой цепью и двумя зубчатыми звездочками, закрепленными на каждом из валов. Недостатками этого двигателя являются трудоемкость изготовления двигателя, ненадежная конструкция механизма газораспределения, недостаточное время для поступления горючей смеси в камеру сгорания и воздействия сгоравших газов на поршень ротора, цепной привод на распределительный барабан механизма газораспределения, не обеспечивает точность соединения распределительных каналов, удаленность камеры сгорания от поршней ротора, низкий КПД. Задачи полезной модели повышение КПД роторного двигателя, достигается путем уменьшения массы и габаритов двигателя и трудоемкости изготовления, следовательно уменьшение количества материалов, расходуемых на изготовление, уменьшение себестоимости, расширение области применения их в народном хозяйстве, возможность изготовления его в варианте роторного дизеля, простая возможность увеличения мощности роторного двигателя в два и более раза, путем установки на одном валу двух и более двухступенчатых роторов или соединение двух и более двигателей, а также увеличение мощности за счет увеличения диаметра ротора. Роторный двигатель, содержащий корпус с двумя цилиндрическими расточками, расположенными симметрично с установленными в них двумя роторами, механизмом газораспределения, систему подачи топлива, воздуха отличается следующими существенными признаками, что корпус роторного двигателя может быть изготовленным в нескольких вариантах двухсекционным цилиндрическим, двухступенчатым, с двумя клапанами или четырьмя клапанами. В двухступенчатом двигателе канал впуска-сжатия горючей смеси выполнен цилиндрической расточкой меньшего диаметра с целью увеличения степени сжатия и уменьшения расхода мощности на сжатие, а ступень-секция рабочего хода - большего диаметра, с целью увеличения момента вращения и следовательно увеличения мощности и КПД двигателя. Поперек цилиндрических расточек в обеих секциях корпуса выполнены канал впуска-сжатия и камера сгорания, соединенные между собой, а также клапаны впуск-сжатие горючей смеси, расположенные на ходу вращения ротора после задней стенки канала впуска-сжатия и клапаны рабочего хода до передней стенки камеры сгорания, имеющие Т-образную форму с профилем рабочей поверхности клапанов, соответствующую поверхности поршней. Для автоматического управления клапанами выполнен механизм, состоящий из профильных втулок, жестко закрепленных на валу ротора, с поверхностью подобной полукольцевым каналам нагнетания с рабочего хода, меньших размеров и взаимодействующих с механизмом управления клапанами. Такая конструкция выполнена с целью предотвращения ударных нагрузок на клапаны и надежности работы механизма управления клапанами. В расточках корпуса установлен цилиндрический или двухступенчатый ротор, размеры которого соответствуют цилиндрическим расточкам в корпусе. На каждой ступени цилиндрической поверхности ротора выполнены прямоугольные каналы длиной до половины окружности ротора, расположенные диаметрально противоположно, причем оба конца каналов заканчиваются наклонными под острым углом торцами, выполняющими функции поршней. В канале сжатия горючей смеси поршнем служит только второй наклонный под острым углом торец канала по ходу вращения, а в канале рабочего хода наоборот первая. Канал нагнетания горючей смеси ротора выполнен меньшим диаметром с целью увеличения степени сжатия и уменьшения расхода мощности, а канал рабочего хода - большего диаметра, с целью увеличения момента вращения и следовательно увеличения мощности и КПД двигателя. Герметичность двигателя обеспечивается кольцевыми уплотнениями, типа поршневых колец и П-образными подпружиненными уплотнениями, которые обеспечивают высокую герметичность и высокую степень сжатия достаточную, чтобы использовать этот тип двигателя в дизельном варианте. 291 На фиг. 1 изображен роторный двигатель в разрезе по оси А-А на фиг. 2 - вид со стороны крышки 2 на фиг. 3 - разрез по оси В-В на фиг. 4 - роторный двигатель с четырьмя клапанами на фиг. 5 -клапан - вид сбоку на фиг. 6 - клапан - вид сверху на фиг. 7 - роторный двигатель двухступенчатый в разрезе по оси А-А. Роторный двигатель содержит корпус 1, в боковых крышках 2, 3 которого, в подшипниках 4 установлен приводной вал 5 с жестко закрепленным на нем цилиндрическим ротором 6 с двумя секциями 7, 8, свеча зажигания 9, в секции 7 расположена камера впуска-сжатия 10, 8 - камера рабочего хода-выпуска расширяющихся газов 11 в корпусе 1 выполнена камера сгорания 12, с обеих сторон камеры сгорания 12 выполнены выемки 13, 14 для размещения в них впускного клапана 15 и выпускного клапана 16, выполняющие одновременно две функции, благодаря прямоугольному полукольцевому каналу 17 с наклонными под острым углом торцами 18 в камере впуска 10, выполняющими функции поршня 18 и прямоугольными полукольцевыми каналами 19 с наклонными под острым углом торцами 20 в камере выпуска расширяющихся газов 11,выполняющими функции поршня 20 впускной клапан 15 и выпускной клапан 16 имеют наклонную поверхность, аналогичную поршням 18, 20 конструкцию и Т-образный вид сверху, один конец клапанов жестко закреплен на осях 21, а другой - полностью перекрывает поперечное сечение прямоугольных полукольцевых выемок в камерах 10, 11 при помощи П-образных уплотнений 22, для управления клапанами выполнены профильные втулки 23, жестко закрепленные на приводном валу 5, которые установлены с таким расчетом, чтобы наклонные торцы поршней 18, 20 не производили ударных нагрузок на клапаны 15, 16,втулки 23 своей профильной поверхностью 24 взаимодействуют с роликами 25, установленными на штоках толкателей 16, установленными в направляющих втулках 27, жестко закрепленными на боковых крышках 2,3, на конце рычагов 28 установлены механизмы регулировки 29 и пружина 30, рычаги 28 жестко соединены с осями 21 клапанов 15, 16 для прижатия которых к поверхностям каналов 10 и 11 установлены пружины 30 для герметичности между корпусом 1 и ротором 6 установлены уплотняющие кольца 31 со стопорным устройством, а для уплотнения между крышками 2, 3 и секциями 7, 8 ротора 6 установлены подпружинные уплотняющие кольца 32 для жесткого крепления ротора 6 на валу 5 выполнено шлицевое соединение 33 в корпусе ротора 6 выполнен канал 35 охлаждения ротора в центре вала 5 выполнены каналы 35-36 для подвода охладителей (воздух, эмульсия, вода, масло и др.) к каналу охлаждения 34, в крышках 2, 3 выполнены каналы 37 для охлаждения корпуса 1, в крышке 3 установлен штуцер 38 для подвода охладителей, а в крышке 2 штуцер 39 для отвода, на цилиндрической поверхности корпуса напротив камеры 10 впуска-сжатия горючей смеси выполнено впускное окно 40 и выпускное окно 41, соединенное с камерой 11 рабочего хода - выпуска отработанных газов. На фиг. 4 изображен вариант роторного двигателя (вид со стороны крышки корпуса), отличающийся от описанного выше с дополнительно выполненными в корпусе вторыми экземплярами камерой впуска-сжатия и камерой сгорания горючей смеси и клапаном впуска-сжатия горючей смеси и клапаном рабочего хода, выпуска отработанных газов, расположенными симметрично по диаметру корпуса. На фиг. 7 изображен вариант роторного двигателя с двухступенчатым ротором и двухсекционным корпусом, отличающийся от цилиндрического тем, что канал 11 рабочего хода - выпуска отработанных газов выполнен диаметром, большим канала 10 впуска-сжатия горючей смеси, и камера сгорания 12 соединена с каналом 13 впуска-сжатия горючей смеси вертикальным каналом 14, и каналы охлаждения 15, 16 соединены между собой радиальными каналами 17 в основном конструкция этого роторного двигателя аналогична изображенному на фиг. 1. Роторный двигатель работает следующим образом при вращении ротора 6 горючая смесь через впускное окно 40 всасывается в полость канала 17, сжимается и поступает в камеру сгорания 12 (как изображено на фиг. 3), своим каналом большего диаметра секции 7 перекрывает канал 12 камеры сгорания 12, в этот момент профильные втулки 23 своей поверхностью 24 подобной клапану 20 взаимодействуют с роликом 25, установленным на штоках толкателей 26, установленными в направляющих втулках 27, жестко закрепленной на крышке 2, и поворачивают рычаг 28, а так как профильная втулка 23 установлена с некоторым опережением в сторону вращения относительно подобной поверхности ротора, то клапан впуска-сжатия 15 открывается до соприкосновения с поршнем 18, вследствие чего не происходит ударных нагрузок на наклонную часть клапана впуска-сжатия 15, а наклонная часть клапана 15 и поршня 18 служит для увеличения времени на открытие клапана 15 с постоянным зазором между наклонной поверхностью поршня 18 и клапана 15 вследствие чего клапан впуска-сжатия 15 открывается, а клапан рабочего хода-выпуска 16 закрыт, и наклонный конец 20 полукольцевого паза 19, выполняющий функции поршня 19, приоткрывает канал 12 камеры сгорания 12 и в этот момент происходит воспламенение горючей смеси давление газов распространяется на клапан 16 и поршень 19, ротор 6 вращается когда наклонный под острым углом торец 20 проходит выпускное окно 41,отработанные газы выбрасываются в атмосферу, а далее цикл повторяется. Использование роторного двигателя в сравнении с известным имеет следующие преимущества повышение КПД двигателя, простота конструкции, низкая трудоемкость и себестоимость изготовления, высокая надежность и технологичность изготовления, расширение области применения, использование в качестве роторного дизеля, а также в двигателях от совершенно малой и большой мощности, уменьшение массы, габаритов и следовательно уменьшается количество материалов, расходуемых на изготовление двигателя. 3 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.