роторный двигатель

Формула изобретения

Роторный двигатель, содержащий неподвижный корпус, ротор с крестовиной, установленной с возможностью вращения, заслонки, жестко закрепленные на корпусе, камеру сгорания, раздельные камеру сжатия и рабочую камеру, отличающийся тем, что двигатель снабжен фиксаторами и крестовиной корпуса, вынесенной на его внутреннюю поверхность и закрепленной в гнезде так, что одна из ее лопаток выполнена выступающей над поверхностью корпуса и соприкасающейся с ротором, оси крестовины закреплены с возможностью вращения к двум планшайбам, жестко установленным на корпусе, крестовина ротора выполнена в виде одинаковых рабочих лопаток со сферическими поперечно выпуклыми плоскостями с радиусом их сфер, равным радиусу ротора, а крестовина корпуса - в виде одинаковых рабочих лопаток с плоскими ребрами и установлена под углом к центру ротора так, что ребро одной лопатки является продолжением внутренней поверхности корпуса со стороны камеры сжатия, причем высота лопатки крестовины ротора равна высоте рабочей камеры, а высота лопатки крестовины корпуса в ¹/₂ раза больше высоты рабочей камеры, при этом камера сгорания образована рабочими лопатками крестовин, а фиксаторы выполнены удерживающими крестовины в рабочем положении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям, и может быть применено для преобразования тепловой энергии в механическую.

Наиболее близким решением к заявляемому изобретению является роторный двигатель, содержащий неподвижный корпус, ротор, раздельные камеры сжатия, сгорания и рабочую камеру, крестовину, вынесенную на поверхность ротора, закрепленную в гнезде так, что одна из ее лопаток выступает над ротором и соприкасается с внутренней поверхностью корпуса двигателя, при этом крестовина осями крепится с возможностью вращения к двум планшайбам, жестко закрепленным с боков на роторе. На внешней поверхности корпуса двигателя установлен блок с размещенным внутри якорем, на котором выполнены две камеры сгорания. Для перемещения сжатой смеси из камеры сжатия в рабочую камеру якорь поворачивается на 180° через сложный шестеренчатый механизм (см. US 2454006 А, 16.11.1948, F01C 1/36).

Недостатком известного двигателя является недостаточная эффективность работы, низкий КПД, сложный ненадежный малоэффективный механизм перемещения сжатой смеси из камеры сжатия в рабочую камеру.

Задачей настоящего изобретения является создание простого, надежного, эффективного механизма перемещения и своевременного сгорания сжатой смеси в роторном двигателе с раздельными камерой сжатия и рабочей камерой, повышение эффективности, надежности, энергоемкости, простота конструкции роторного двигателя, высокий КПД.

Поставленная задача достигается тем, что роторный двигатель, содержащий неподвижный корпус, ротор с крестовиной, установленной с возможностью вращения, заслонки, жестко закрепленные на корпусе, камеру сгорания, раздельные камеру сжатия и рабочую камеру, согласно изобретению, двигатель снабжен фиксаторами и крестовиной корпуса, вынесенной на его внутреннюю поверхность и закрепленной в гнезде так, что одна из ее лопаток выполнена выступающей над поверхностью корпуса и соприкасающейся с ротором, оси крестовины закреплены с возможностью вращения к двум планшайбам, жестко установленным на корпусе, крестовина ротора выполнена в виде одинаковых рабочих лопаток со сферическими поперечно выпуклыми плоскостями с радиусом их сфер, равным радиусу ротора, а крестовина корпуса - в виде одинаковых рабочих лопаток с плоскими ребрами и установлена под углом к центру ротора, так что ребро одной лопатки является продолжением внутренней поверхности корпуса со стороны камеры сжатия, причем высота лопатки крестовины ротора равна высоте рабочей камеры, а высота лопатки крестовины корпуса в ¹/₂ раза больше высоты рабочей камеры, при этом камера сгорания образована рабочими лопатками крестовин, а фиксаторы выполнены удерживающими крестовины в рабочем положении.

Сущность изобретения поясняется чертежами; где на фиг.1 изображен фрагмент поперечного разреза двигателя; на фиг.2 - продольный разрез двигателя; на фиг.3 - схема вращения крестовины ротора; на фиг.4 - схема совместного поворота крестовин корпуса двигателя и крестовины ротора; на фиг.5 - крестовина корпуса двигателя; на фиг.6 - крестовина ротора; на фиг.7 - фиксатор.

Роторный двигатель состоит из неподвижного цилиндрического толстостенного корпуса 1 с жестко закрепленными внутри по окружности заслонками 2, крестовин 3, 8, лопаток 4, 9, ротора 5 рабочей камеры 6, камеры сжатия 7, впускного окна 10, выпускного окна 11, фиксаторов 12, 13, фиксирующих шайб 14, 15, планшайб 16, 17, свеч зажигания 18, двух крышек 19.

Крестовина 3 имеет, например, четыре одинаковые рабочие лопатки 4 с восьмью сферическими поперечно выпуклыми плоскостями; радиус их сфер равен радиусу ротора 5. В точке соединения плоскостей лопаток 4 имеются углубления, в которые при вращении крестовины 3 входит вершина заслонки 2. Высота рабочей лопатки 4 равна высоте камеры 6 и 7. Ширина вершины лопатки 4 позволяет уплотнить ее с корпусом двигателя 1. Диаметр крестовины 3 в 4/3 раза меньше внутреннего диаметра корпуса двигателя 1. Ширина крестовины 3 равна ширине ротора 5. С боков крестовина 3 имеет две оси, которыми она крепится к планшайбам 16, жестко закрепленным с боков на роторе 5. С одной стороны крестовины 3 на оси выполнено шлицевое посадочное место для крепления фиксатора 12. Крестовина 8 установлена на внутренней поверхности корпуса, которая, например, имеет четыре одинаковые рабочие лопатки 9 с восьмью плоскими ребрами. Высота рабочей лопатки 9 в ¹/₂ раза больше высоты камеры 6 и 7, ширина лопатки у основания и у вершины одинаковая, вершина лопатки сферическая по радиусу крестовины. Устанавливается крестовина под углом к центру ротора так, что ребро одной лопатки является продолжением внутренней поверхности корпуса двигателя со стороны камеры сжатия 7. Выступающая лопатка 9 крестовины 8 разделяет собой камеру сжатия 7 и рабочую камеру 6 и уплотняет корпус двигателя 1 с ротором 5. С боков крестовина 8 имеет две оси, которыми она крепится к двум планшайбам 17, жестко закрепленным с боков на корпусе двигателя 1 с одной стороны крестовины 8, на оси выполнено шлицевое посадочное место для крепления фиксатора 13. Плоские ребра рабочих лопаток 9 крестовины 8 дают ей возможность поворачиваться при прохождении через нее крестовины 3, при этом ее выступающая лопатка 9 смещается по ходу движения крестовины 3, исключая там самым возможность заклинивания крестовин 3 и 8 при их совместном повороте.

Длина заслонки 2 равна ширине корпуса 1, а с торца заслонки 2 имеют форму пирамиды, у основания ширина позволяет закрепить ее к корпусу 1, высота равна высоте камеры 6 и 7, ширина вершины позволяет уплотнить ее с ротором 5. Заслонки 2 разделяют собой камеру сжатия 7 и рабочую камеру 6, уплотняют корпус двигателя 1 с ротором 5. Вблизи заслонки 2 с обеих сторон в корпусе 1 имеются впускное окно 10 и выпускное окно 11. Ротор 5, установленный в центре диаметра корпуса двигателя 1, соприкасается лишь с вершинами заслонок 2 и вершинами выступающих лопаток 9 крестовин 8. Пространства между рабочими лопатками 9, крестовин 8 и заслонками 2, корпусом двигателя 1, ротором 5, планшайбами 16, 17 образуют со стороны окна 10 камеру сжатия, со стороны окна 11 рабочую камеру.

Фиксаторы 12, 13 ставят и удерживают крестовины 3, 8 в рабочем положении, плоские четырехугольные имеют четыре сферических вогнутых ребра, радиус сфер равен радиусу внешней поверхности фиксирующей шайбы 14. Диаметр фиксатора на 1/3 меньше диаметра крестовины, ширина достаточна для фиксации. Такая конфигурация позволяет ему удерживать крестовину в рабочем положении и беспрепятственно поворачиваться. В центре фиксатор имеет шлицевое отверстие для крепления на крестовину. Фиксаторы взаимозаменяемые. Фиксирующая шайба 15 фиксатора 12 крепится на планшайбу 17 общими винтами, внутренний диаметр шайбы 17 позволяет скользить по нему фиксатору 12, в месте поворота крестовины 3 выполнены пазы, в которые заходят углы фиксатора 12, ширина шайбы 15 равна ширине фиксатора 12. Фиксирующая шайба 14 фиксатора 13 крепится на планшайбу 16 общими винтами. Внешний диаметр шайбы 14 позволяет скользить по нему фиксатору 13, в месте поворота крестовины 8 выполнены пазы, в которые заходят углы фиксатора 13, ширина шайбы равна ширине фиксатора 13. Планшайба ротора 16 своим внешним диаметром заходит во внутренний диаметр планшайбы 17 с возможностью вращения, одновременно уплотняя с боков камеры 6, 7 и центруя ротор в двигателе. Ширина планшайб 16, 17 позволяет выдерживать максимальное давление рабочих газов. Свеча зажигания 18 устанавливается в гнездо, выполненное в планшайбе 17, рядом с гнездом оси крестовины 8, в начале совместного поворота крестовин 3, 8. С боков двигатель закрывают две крышки 19 с сальниками, жестко закрепленные на корпусе двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Крестовина 3 под действием ротора 5 перемещается по камере сжатия 7 от впускного окна 10 к крестовине 8, сжимая при этом находящуюся в камере 7 топливовоздушную смесь. Выход смеси преграждают корпус двигателя 1, ротор 5, рабочие лопатки 4, 9 крестовин 3, 8, с боков планшайбы 16, 17, происходит цикл сжатия. Одновременно в той же камере 7, между рабочей лопаткой 4 крестовины 3 и заслонкой 2 создается разрежение, через окно 10 камера 7 заполняется топливовоздушной смесью, происходит впуск. Дойдя до крестовины 8, крестовина 3 начинает скользить вершиной выступающей лопатки 4 по ребру лопатки 9 крестовины 8, а вершина выступающей лопатки 9 крестовины 8 скользит по ребру лопатки 4 крестовины 3, при этом происходит перехлестывание крестовин. Образованная разница в площади лопаток крестовин будет поворачивать крестовины 3, 8 давлением сжатой смеси. От дальнейшего самопроизвольного вращения крестовины будут удерживать вершины рабочих лопаток 4, 9, упираясь в ребра прилегающих лопаток, одновременно уплотняя их между собой, освобождается фиксатор 13. Пространство между рабочими лопатками 4, 9 крестовин 3, 8 и планшайбами 16, 17 образует камеру сгорания. Когда выступающие лопатки 4, 9 сблизятся, освобождается фиксатор 12, крестовины 3, 8 начинают поворачиваться вместе, удерживая при этом сжатую смесь в камере сгорания. Начинается переход крестовины 3 и камеры сгорания в рабочую камеру 6, на свечу зажигания 18 подается искра, смесь воспламеняется. Крестовины 3, 8 поворачиваются на 90 градусов, фиксаторы 12, 13 ставят их в рабочее положение и фиксируют. Крестовина 3 перешла в рабочую камеру 6 и под давлением рабочих газов перемещается по ней к выпускному окну 11, толкая собой поверхность ротора 5 по окружности, происходит рабочий цикл. Одновременно выталкиваются отработанные газы, оставшиеся от предыдущего цикла. Дойдя до выпускного окна 11, крестовина 3 своей выступающей лопаткой 4 открывает его, отработанные газы выпускаются, рабочий цикл закончен. Фиксатор 12 освобождается, рабочая лопатка 4 крестовины 3 упирается в заслонку 2, под действием ротора 5 крестовина 3 поворачивается на 90 градусов и как бы перешагивает через заслонку 2, своими лопатками 4 переходит в камеру сжатия 7. Таким образом одновременно в каждой камере 6, 7 происходит по два цикла.

Протяженность рабочей камеры 6 намного больше камеры сжатия 7, это позволит более эффективно использовать тепловую энергию топлива. Протяженность камеры сжатия 7 зависит от степени сжатия, необходимого для воспламенения применяемого топлива, чем выше степень сжатия, тем протяженнее камера 7.

Двигатель способен работать на дизельном топливе, для этого вместо свечи зажигания устанавливается форсунка. Для нормальной и эффективной работы двигатель должен иметь не менее двух камер сжатия, двух рабочих камер и трех крестовин на роторе, тогда рабочий цикл не прервется и не произойдет самопроизвольной остановки двигателя. Смазываются в двигателе только детали, находящиеся под крышками корпуса, поэтому масла для смазки потребуется очень мало.

Заявляемый роторный двигатель может быть использован в любой области техники и заменить собой любой двигатель внутреннего сгорания. Не имея дополнительных механизмов, он не затрачивает энергию на себя, прост в конструкции и обладает высоким КПД. При равном расходе топлива, предлагаемый двигатель будет в три раза мощнее и в пять раз меньше применяемого сегодня поршневого двигателя. В сравнении с ним многократно снизятся вредные выбросы из двигателя, он будет экологически чистым и энергоемким.