Вернуться к оглавлению книги 3.

 

 

 

 

Глава 11.  Машина «Ротпор».

                                                         

Раздел 1. От автора.

 

Машина разрабатывалась как максимально технологичный механизм (практически все детали цилиндрической формы!).

В ходе переписки с ВНИИГПЭ выяснилось, что существует похожая конструкция (патент ФРГ № DE3610108 A1 с приоритетом от 26.03.1986 г.)

Отличие в том, что запатентованная конструкция содержит два параллельных ротора, жестко связанных шестеренной передачей. Один ротор активный, другой – пассивный, обслуживающий.

Похожесть - в геометрии взаимоперемещений в системе поршень-ротор-статор. Стыковочное устройство только одной конструкции – эксцентриковой (аналог кривошипной).

 

 

Раздел 2. Машина «Ротпор». Материалы заявки № 4674853/06-049434 от 06.04.1989 г. на выдачу а. с.

 

Объект-устройство

 

 

 

 

 

Первеев Георгий Павлович

                                                                                                                        МКИ

 

 

РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА "РОТПОР".

 

 

Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, в качестве силового элемента трансмиссий машин и механиз­мов, а так же в качестве основы для высокоэкономичных двигателей внутреннего сгорания, пневмо-гидро-газо насосов и моторов.

 

Известны конструкции машин, которые в той или иной мере функционально являются аналогами предлагаемой - это "Ротоком" /английское изобретение/ и механизм "Машина Голубева" /отечественное изобретение/, а так же механизм двигателя Ванкеля.

Описание первых двух механизмов приведено в журнале "Техника-Молодежи" 1986 г. № 6 стр. 6-7 в статье "Машина Голубева" автора  А. Пятницкого.

 

Двигатель Ванкеля описан в журнале "Катера и яхты" №2 /3-4/,1986г. стр. 44 - 47 в статье

Г. Колясева и Г. Тихомирова "Пробьет ли час роторного двигателя?"  Все вышеупомянутые механизмы по сра­внению с традиционными поршневыми устройствами /на базе кривошипно-шатунных механизмов/ имеют, в некоторых случаях, лучшие конструк­тивные, технологические и эксплуатационные характеристики.

 

В качестве прототипа выбран механизм роторно-поршневого двигателя Ванкеля /см. журнал "Катера и яхты" №2 /3-4/, 1986 г. стр. 44 - 47, статья Г. Колясева и Г. Тихомирова "Пробьет ли час роторного двигателя?"/. Основными его де­талями являются вал с эксцентриком, на котором может вра­щаться трехгранный ротор, выполняющий функции поршня, и корпус с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды. Ротор может вращаться на эксцентрике вала, только обкатываясь своей шестерней с внутренним зубом по неподвижной шестерне закрепленной на боковой крышке корпуса.

 

При вращении все три вершины ротора постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры. Эти камеры, перемещаясь по периметру рабочей поверхности корпуса при сложном вращательном движении ротора, периодически изменяют свой объем - они изменяют его четыре раза за один оборот ротора. Рабочие процессы происходят во всех трех камерах одновре­менно, но со сдвигом 120 градусов. Отсутствие деталей совершающих возвратно-поступательные движения /шатунов, поршней и пр./ делает механизм уравно­вешенным и надежным/.

 

К достоинствам механизма можно так же отнести его компактность, малый вес и высокую равномер­ность крутящего момента.

 

Технологическая сложность производства основных деталей механизма Ванкеля - тот существенный недостаток, который является тормозом для широкого распространения его.

 

Целью настоящего изобретения является реализация более тех­нологичной роторно-поршневой машины, предназначенной для преобразования разности статических давлений рабочего тела в крутящий момент, и наоборот. Что позволяет на ее базе производить технологически дешевые, мощные, компактные и надежные двигатели внутреннего сгорания, пневмо-гидро-газо насосы и моторы.

 

Для достижения этой цели за основу взята концепция непод­вижного статора и совместно вращающихся ротора с поршнем, имеющих стабильно расположенную и циклически перемещающу­юся оси вращения соответственно /машина РОТПОР/.

Наличие таких осей обуславливает собой циклическое изменение объе­мов оппозитных рабочих камер ротора /фазы изменения их объемов сдвинуты на 180 градусов/, круговое перемещение их делает возможным бесклапанное перераспределение рабочего тела в них и из них посредством соответствующе расположен­ных организующих выемок в теле статора.

 

Крутящий момент в машине может сниматься как с силовой оси ротора, так и с силовой оси поршня посредством соответствующих стыковочных узлов осуществляющих силовую связь по линиям силовая ось ротора - силовой вал машины или силовая ось поршня - силовой вал машины. Это позволяет в зависимости от необходимости получать несколько диапазонов, снимаемого с силового вала машины, крутящего момента.

Статор машины представляет собой закрытый с обоих концов крышками, полый цилиндр, имеющий внутри рабочую поверхность. В стенках статора изнутри сделаны полукруговые организующие выемки, имеющие штуцерные выходы наружу и изымающие из рабочей поверхности поясовые ее области.

Одна выемка слу­жит для бесклапанной подачи рабочего тела, другая - для бесклапанного приема рабочего тела.

 

Внутри статора скользяще-герметично размещен цилиндрический ротор состоящий непосредственно из тела ротора и одетой на него намертво тонкостенной гильзы. Продольные геометрические оси статора и ротора совпадают.

 

По центру тела ротора, перпендикулярно его геометрической оси, находится, круглого сечения сквозная выемка /"цилиндр"/, а в гильзе напротив входов выемки находятся отверстия для перераспределения рабочего тела внутрь рабочих камер и из них. В цилиндре находится поршень, имеющий две одинаковые голо­вки. Своим телом поршень разделяет объем цилиндра на две равноценные оппозитные рабочие камеры, в которые /и из ко­торых/ подается рабочее тело.

 

В теле ротора вдоль его геометрической оси, так те находится цилиндрическая выемка для элементов стыковочного узла, ротор имеет свободу вращения внутри статора.

При подаче рабочего тела через штуцер в одну из организующих полостей /от того в которую подается рабочее тело, зави­сит направление получаемого крутящего момента/, система ротор-поршень, вследствие взаимодействия с элементами стыко­вочного узла, поворачивается.

Активный поворот под действи­ем давления рабочего тела в, находящейся в зоне действия по­дающей организующей выемки, рабочей камере, продолжается до тех пор, пока перераспределительное отверстие этой камеры не выйдет из контакта с организующей выемкой.

 

Дальнейший поворот системы ротор-поршень /в пределах, когда перераспределительное отверстие этой камеры находится в зоне перемычки между организующими выемками статора/ происходят по инерции.

Весь активный поворот происходит при движении головки поршня активной рабочей камеры от периферии к центру ротора. Пройдя зону перемычки, рабочая камера, попадает в зону действия приемной организующей выемки статора /ста­новится пассивной/. При этом головка поршня движется уже от центра к периферии ротора. Соответственно рабочее тело выдавливается из рабочей камеры через перераспределительное отверстие в приемную организующую выемку статора, а из нее через штуцер во внешнюю часть гидросистемы.

Пройдя зону контакта с приемной организующей выемкой, рабочая ка­мера попадает в зону второй перемычки, а после нее, в зону контакта с подающей организующей выемкой.

На этом полный цикл процессов в данной рабочей камере замыкается. Аналогичные явления происходят и в противоположной рабочей ка­мере, но со сдвигом 180 градусов.

Все эти процессы обусловлены тем, что во время работы пор­шень относительно статора совершает сложное движение: вра­щается /"кувыркается"/ относительно своей поперечной геоме­трической оси, перемещающейся в свою очередь по круговой эксцентричной траектории, а ротор совершает простое враще­ние вокруг своей продольной оси.

Наличие двух силовых вращающихся объектов /ротора и поршня/ делает возможным применение нескольких, разной сложности, силовых стыковочных узлов между одним из вышеназванных объ­ектов и силовым валом машины:

 

1. Стыковочный узел скольжения.

2. Редукторный стыковочный узел.

3. Планетарный стыковочный узел.

 

Стыковочный узел скольжения позволяет производить снятие крутящего момента с "кувыркающегося" поршня. При этом уг­ловая скорость силового вала машины /то же для крутящего момента/ совпадает с угловой скоростью "кувыркания" поршня, а соответственно и с угловой скоростью ротора.

Узел конст­руктивно простейший - представляет собой силовой вал машины с насаженной на него намертво, прямоугольной в сечении, со скользящими поверхностями, втулкой.

Эта втулка скользяще находится внутри прямоугольной в сечении, выемки сделанной по центру тела поршня, перпендикулярно его продольной оси и ориентированной большим своим измерением вдоль этого перпендикуляра. Скольжение втулки внутри выемки, при вращении системы ротор-поршень, обеспечивает одновременно и свободу перемещения оси "кувыркания" поршня и снятие усилий "кувыркания" в виде крутящего момента. При этом силовой вал машины стабильно закреплен подшипниками в торцевых крышках статора, с эксцентричным смещением относительно его продольной геометрической оси. Фазы работы стыко­вочного узла скольжения см. в приложении.

 

Редукторный стыковочный узел позволяет снятие крутящего мо­мента с тела ротора. При этом крутящий момент в М1/М2 раз больше, чем крутящий момент непосредственно ротора.

Здесь М1 - количество зубьев шестерни силового вала машины, М2 - количество зубьев шестерни ротора.

Соответственно во сто­лько же раз угловая скорость силового вала машины меньше уг­ловой скорости ротора.   

Редукторный стыковочный узел представляет собой малый зубчатый цилиндрический полый венец с внешним зубом, концентрически намертво пристыкованный к одной стороне ротора.

В зацеплении с этим венцом находится большая цилиндрическая шестерня с внутренним зубом.

С вала этой шестерни, застабилизированного подшипником в торцевой крышке статора, и  снимается вырабатываемый машиной крутящий момент.

Ось "ку­выркания" поршня /поршень имеет свободу "кувыркания" на ней/ эксцентрично-подвижно, закреплена цилиндрическими эксцентриками, которые в свою очередь подшипниками закреплены: один - внутри полого силового вала машины, второй - в про­тивоположной торцевой крышке статора.

 

Планетарный стыковочный узел позволяет производить снятие крутящего момента одновременно и с ротора и с поршня. Планетарный стыковочный узел представляет собой большую цилиндрическую шестерню с внутренним зубом, наглухо насаженную на силовой вал машины, который подшипником застабилизирован в торцевой крышке статора.

В зацеплении с этой шестерней на­ходится ведущая малая цилиндрическая шестерня с внешним зу­бом намертво насаженная на силовой вал поршня. Надежное зацепление шестерен обеспечивают две паразитные дополнительные цилиндрические шестерни находящиеся совместно с ведущей в одной общей обойме /водиле/, и разнесенные друг от друга на 120 градусов.

Такой стыковочный узел позволяет получать на силовом валу машины угловую скорость в /2+М1/М2/ раз больше угловой скорости ротора.

Здесь М1 - количество зубьев ведущей шестерни, М2 - количество зубьев ведомой шестерни. Соответ­ственно во столько же раз крутящий момент силового вала будет меньше крутящего момента ротора /поршня/.

 

Для повышения равномерности крутящего момента снимаемого с силового вала машины, а также для уменьшения вибраций возможно применение многопоршневых многороторных машин. Наиболее перспективна в этом смысле многопоршневая многороторная кривошипная машина, представляющая собой со­вокупность нескольких ротор-поршней, объединенных кривошипным валом /с ориентацией кривошипов через 360/Н градусов, где Н-количество ротор-поршней/ и статором в единое целое.

 

На Фиг. 1 показан продольный разрез /вид сбоку/ однопоршневой машины "Ротпор" со стыковочным узлом скольжения.

На Фиг. 2 показан поперечный /вид спереди/ разрез /по линии А-А Фиг. 1/ однопоршневой машины "Ротпор" со стыковочным узлом скольжения.

На Фиг. 3 показан продольный /вид сверху/ разрез /по линии Б-Б Фиг. 2/ однопоршневой машины "Ротпор" со стыковочным узлом скольжения. 

На Фиг. 4 показан частичный продольный разрез /вид сверху/ и внешний вид двухпоршневой машины "Ротпор" со стыковочным узлом скольжения.

На Фиг. 5 показан продольный /вид сбоку/ разрез двухпоршневой машины "Ротпор" с редукторным стыковочным узлом.

На Фиг. 6 показан продольный /вид сбоку/ разрез двухпоршневой машины "Ротпор" с планетарным стыковочным узлом.

 

Примечания:

 

1. Для всех графических материалов Фиг. 1...6 нумерация позиций сквозная и единая.

2. На Фиг. 1...6, для упрощения чертежей не показаны подшипники и крепеж.

Изображенная на Фиг. 1. Фиг. 2, Фиг. 3 однопоршневая /одноконтурная/ роторная машина "Ротпор" /вариант гидромотора/ со стыковочным узлом скольжения, состоит из неподвижного статора 1, 2, 3 представляющего собой полый цилиндр 1 закрытый спереди и сзади крышками 2, 3 соответственно.

Крышки крепятся к цилиндру болтами /не показаны/. Рабочая внутренняя поверхность цилиндра 1 имеет две равноценные, симметрично  расположенные, одинаковые, поясовидные организующие выемки 4 и 5.

Между этими выемками находятся перемычки 6. Са­ми выемки, имеют штуцерные выходы наружу 7 и 8 соответственно, для подключения внешней гидросистемы.

Внутри статора 1, 2, 3 скользяще-герметично находится ротор 9,10 состоящий непосредственно из тела ротора 9 и намертво одетой на него тонкостенной цилиндрической гильзы 10.

 

Ротор имеет свободу вращения относительно своей продольной геометрической оси /эта ось совпадает с продольной, геометрической осью статора 1, 2 , 3/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По центру тела ротора 9 вдоль этой оси находится первая сквозная цилиндрическая выемка 11.

Кроме этого в нем же, по центру, но перпендикулярно геометрической оси, находится вторая сквозная цилиндрическая выемка 12 /"цилиндр"/.

 

В эту выемку помещен поршень 13. В гильзе 10 напротив выходов выемки 12 расположены перераспределительные отверстия /окна/ 14 и 15.

Поршень, по центру, перпендикулярно своей продоль­ной геометрической оси имеет, прямоугольного сечения, сквозную выемку 16 со скользящими большими поверхностями 17, и представляет собой, таким образом, две одинаковые половинки /головки/ соединенные между собой двумя стенками 18. Поршень 13 своим телом делит объем цилиндра 12 на две рав­ноценные оппозитные рабочие камеры К.

 

В выемке 16 поршня 13 без люфта, скользяще находится прямо­угольного сечения силовая втулка 19 намертво насаженная на силовой вал поршня 20.

Этот вал одновременно является и силовым валом машины. Силовой вал 20 подшипниками

/не показаны/ эксцентрично закреплен в передней 2 и задней 3 крышках статора.

Геометрическая ось вала 20, центры перемычек 6 и геометрическая ось системы статор-ротор находятся в одной плоскости.

 

Работает машина следующим образом:

 

При подаче рабочего тела /см. фиг. 2/ через подающий штуцер 7,  оно, попав в подающую организующую выемку 4 статора, устремляется через перераспределительное отверстие 14 ги­льзы 10 в верхнюю рабочую камеру К цилиндра 12 /здесь и далее ориентация относительно нижнего основания чертежей/.

Давление рабочего тела на верхнюю головку поршня 13 заставля­ет последний перемещаться от периферии ротора к его центру. Но это перемещение возможно лишь за счет поворота ротора 9, 10 против часовой стрелки. Обуславливает поворот оригинальная геометрия взаимодействия механических сил в системе поршень-ротор-статор, при скольжении элементов стыковочного узла /выемки 16 со скользящими поверхностями 17 и силовой втулки 19/ относительно друг друга.

Фазы работы стыковочно­го узла скольжения приведены в приложении.

При повороте ротора 9, 10, рабочая камера К, увеличивая свой объем, перемещается по кругу, находясь в постоянном контакте с подающей выемкой 4 статора, посредством перераспределительного отверстия 14.

Выйдя из зоны контакта с подающей выемкой 14 /попав в зону нижней перемычки 6/ рабочая камера К имеет максимально возможный свой объем, заполненный рабочим телом.

Причем в этот момент ее объем перемычкой 6 перекрывающей перераспределительное отверстие 14 изолируется от действия и подающей 4 и приёмной 5 выемок статора.

По инерции, пройдя зону контакта с нижней перемычкой 6, ра­бочая камера К попадает в зону контакта с приемной выемкой 5 статора.

При этом поршень 13 за счет механических взаимодействий в стыковочном узле скольжения начинает перемещаться в цилиндре уже от центра к периферии ротора.

Соответственно рабочее тело выдавливается из рабочей камеры К через перераспре­делительное отверстие 14 в приемную выемку 5 статора, а из нее, через штуцер 8 во внешнюю часть гидросистемы.

Выдавли­вание рабочего тела продолжается до тех пор, пока перераспре­делительное отверстие 14 при дальнейшем повороте ротора 9, 10 не попадет в зону контакта с верхней перемычкой 6 статора. Здесь объем рабочей камеры К /уже минимальный/ запол­ненный остатками рабочего тела, снова изолируется от действия приемной 5 и подающей 4 выемок статора.

Далее рабочая камера К снова попадает в зону контакта с подающей выемкой 4 статора.

На этом полный рабочий цикл камеры К замыкается.

Нетрудно заметить, что он состоит из фазы активной работы рабочей камеры /когда она находится в зоне контакта с подаю­щей выемкой 4/, первой фазы безразличия /когда она находится в зоне контакта о нижней перемычкой 6 статора/, фазы пассив­ной работы /когда она находится в зоне контакта с приемной выемкой 5/, и второй фазы безразличия /когда она находится в зоне контакта с верхней перемычкой 6 статора/.

Ясно и то, что в противоположной рабочей камере происходят аналогичные процессы, но со сдвигом 180 градусов.   

   

Показанная на Фиг 4. двухпоршневая машина "Ротпор" /двухконтурная/ со стыковочным узлом скольжения представляет собой как бы две вышеописанные однопоршневые /одноконтурные/ машины, рационально скомпонованные в единое целое.

Отличается она тем, что в удлиненном цилиндрическом теле статора 1, за­крытом передней 2 и задней 3 крышками, скользяще-герметично находится удлиненный ротор 9, 10 состоящий непосредственно из тела ротора 9 и гильзы 10.                                                                

В теле ротора 9 находятся две одинаковые выемки 12 и 21 /цилиндры/ в которых размещены два поршня 13 и 22.

Силовой вал машины проходит через оба поршня и стыкуется с ним по­средством двух силовых втулок 19 /правый поршень 22 на фиг. 4 показан неразрезанным, поэтому вторую силовую втулку не видно/.

Помимо этого в статоре имеются пара подающих 4 и 23 , и пара приемных, выемок /на Фиг. 4 не видны/, а так же пара приемных 8 и 24, и пара подающих, штуцеров /последние так же на Фиг. 4

не видны/. 

Силовым валом машины является силовой вал поршней 20. Силовые втулки 19 намертво насажены на него и скользяще находятся в центральных прямоугольных выемках поршней 13 и 22.

По центру тела ротора 9 находится сквозная цилиндрическая выемка 11.  

Работа машины не отличается от работы однопоршневой /см. выше/.

Единственным отличием является то, что все рабочие процессы синхронно идут в двух контурах.    

 

В зависимости от необходимости, посредством соответствующих внешних подключений, машина может, служить в разных качествах:

 

1. Двухконтурные газо-гидро-пневмо моторы.

2. Двухконтурные газо-гидро-пневмо насосы.

3. Развязывающие мотор-насосы /например: один контур-гидро­мотор, второй контур - пневмонасос/ для химической и нефтяной промышленности.

 

Показанная на Фиг. 5 двухпоршневая машина "Ротпор" с редукторным стыковочным узлом отличается от предыдущей /см. фиг. 4/ только конструкцией стыковочного узла.

Редукторный стыковочный узел, примененный в данной машине, представляет собой малый зубчатый цилиндрический венец с внеш­ним зубом 25, концентрически намертво пристыкованный к одной стороне тела ротора 9.

В зацеплении с этим венцом находится большая цилиндрическая шестерня с внутренним зубом 23. С вала этой шестерни 27 застабилизированного подшипником /не показан/ в передней крышке статора 2, и снимается вырабатываемый машиной крутящий момент.

Ось "кувыркания" 20 поршней 13 и 22 эксцентрично намертво закреплена с одной стороны в теле первого цилиндрического эксцентрика 28, с другой - в теле второго цилиндрического эксцентрика  29.

Первый эксцентрик 28 подшипником /не показан/ закреплен в осевой выемке вала 27.

Второй эксцентрик 29 подшипником /не показан/ зак­реплен в задней крышке 3 статора.

Поршни 13 и 22 имеют сво­боду "кувыркания" относительно вала 20.                                     Поконтурно, работа машины не отличается от работы машины показанной на Фиг. 1...3 /см. выше/. Фазы работы редукторного стыковочного узла приведены в приложении.

 

С силового вала 37 данной машины снимается крутящий момент в М1/М2 раз больший, крутящего момента ротора 9, 10. Здесь М1 - количество зубьев шестерни 26, М2 - количество зубьев шестерни 25.

 

При необходимости крутящий момент можно снимать и с эксцентриков 28 и 29.

При этом крутящий момент машины будет в два раза меньше крутящего момента ротора 9,10. Соответственно угловая скорость будет в два раза больше.

В этом случае шестерни 25 и 26 не нужны. И стыковочный узел можно определить как "кривошипный».      

 

Показанная на Фиг. 6 двухпоршневая машина "Ротпор" с планетарным стыковочным узлом отличается от описанных выше /см. Фиг. 4 и 5 / конструкцией стыковочного узла. 

Планетарный стыковочный узел, примененный в данной машине представляет собой большую цилиндрическую шестерню 30 с вну­тренним зубом наглухо насаженную на силовой вал 27 машины.

Силовой вал 27 застабилизирован подшипником /не показан/ в  передней крышке 2 статора. В зацеплении с шестерней 30 нахо­дится ведущая малая цилиндрическая шестерня 31 с внешним зубом намертво насаженная на силовой вал 20 поршней 13 и 22.

Поршни 13 и 22 так же, намертво насажены на силовой вал 20. Надежное зацепление шестерен 30 и 31 обеспечивают две /или одна/ паразитные шестерни находящиеся совместно о ведущей в одной общей обойме /водиле/ и разнесенные друг от друга па 120 /или 180/ градусов.

Эти элементы на Фиг. 6 для упрощения чертежа не показаны.

Второй конец силового вала 20 эксцентрично, со свободой вращению, закреплен в теле цилиндрического эксцентрика 29. Этот эксцентрик подшипником /не показан/ закреплен в задней крышке 3 статора.

 

Поконтурно, работа машины не отличается от работы машины показанной на Фиг.1...3 /см. выше/. Фазы работы планетарного стыковочного узла приведены в при­ложении. 

 

С силового вала 27 данной машины снимается крутящий момент в 2+М1/М2 раза меньше крутящего момента ротора 9, 10.  Соответственно во столько же раз угловая скорость силового вала больше. Здесь М1 - количество зубьев шестерни 31, М2 - количество зубьев шестерни 30.

 

При необходимости крутящий момент может сниматься и с эксцентрика 29. При этом крутящий момент машины будет в два  раза меньше крутящего момента ротора 9,10. Соответственно угловая скорость будет в два раза больше.

Жесткость конструкции машины позволяет исключение паразитных шестерен и водила, что делает ее более технологичной и дешевой.

Роторно-поршневая машина "Ротпор" предложенная в настоящей заявке, выгодно отличается от существующих машин аналогичного назначения, своей технологической простотой, поскольку практически все ее основные детали имеют простейшую - цилиндрическую форму.

Кроме этого, машина имеет небольшую номенклатуру деталей, хорошую уравновешенность, малые вес и габариты.

Машина пригодна для конструирования на ее базе двигателей внутреннего сгорания, гидро-газо-пневмо моторов и насосов.

К недостаткам можно отнести относительно неравномерный кру­тящий момент, что, впрочем легко устранимо при использова­нии многопоршневых многороторных /имеющих несколько конту­ров со смещенными фазами рабочих процессов/ машин.

 

 

 

 

ФОРМУЛА   ИЗОБРЕТЕНИЯ.

 

1. Роторно-поршневая машина состоящая из статора представля­ющего собой закрытый с обоих сторон крышками, полый цилиндр, внутри которого скользяще-герметично находится полый цилиндрический ротор, отличающаяся тем, что о целью преобразования разности статических давлений рабочего тела в крутящий момент и наоборот, при автоматическом перераспределении рабочего те­ла, внутренняя рабочая поверхность полого цилиндра статора имеет две равноценные, поясовидные одинаковые организующие вы­емки, имеющие штуцерные выходы наружу, а ротор состоит из непосредственно тела ротора, и жестко одетой на него гильзы, при­чем в теле ротора, по центру, перпендикулярно его продольной геометрической оси имеется сквозная цилиндрическая выемка, в которой скользяще находится поршень, отсекающий в ней две оппозитные рабочие камеры, напротив центров которых, в гильзе, име­ются сквозные отверстия, а сам поршень, по центру, перпендикулярно своей продольной геометрической оси, имеет выемку, че­рез которую проходит его силовой вал эксцентрично или эксцентрично-подвижно, состыкованный своими концами с силовыми элемента­ми машины, осуществляющими передачу крутящего момента от порш­ня или ротора к силовому валу машины, геометрическая ось кото­рого находится в одной плоскости с геометрической осью статор-ротора и центрами перемычек между поясовидными выемками ста­тора.     

 

2. Роторно-поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что силовой вал поршня является одновременно и силовым валом машины, и на нем жестко закреплена, прямоугольного сечения силовая втулка со скользящими поверхностями, скользяще находящаяся внутри центральной, прямоугольного сечения сквозной выемки в теле поршня, ориентированной большим своим измерением вдоль перпендикуляра к его продольной геометрической оси, причем силовой вал поршня эксцентрично закреплен подшипниками в обоих крышках статора.      

 

3. Роторно-поршневая машина по п. 1 отличающаяся тем, что к телу ротора с одной стороны жестко прикреплен полый цилиндри­ческий зубчатый венец с внешним зубом, находящийся в зацеплении с цилиндрической шестерней с внутренним зубом, жестко насаженной на полый силовой вал машины, который эксцентрично, подшипником закреплен в передней крышке статора, а силовой вал поршня скользяще находится внутри центральной, круглого сечения, выемки в теле поршня, ориентированной вдоль перпендикуляра к его продольной геометрической оси, причем силовой вал поршня эксцентрично жестко закреплен с обоих концов, в круглого сечения эксцентриках, которые в свою очередь посред­ством подшипников закреплены: один - в полости силового вала машины, второй - в противоположной крышке, статора.

 

4. Роторно-поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что, на силовой вал поршня с одной его стороны жестко насажена ведущая цилиндрическая шестерня с внешним зубом, находящаяся в зацеплении с ведомой цилиндрической шестерней с внутренним зубом, жестко состыкованной с силовым валом машины, который эксцентрично подшипником закреплен в передней крышке статора, а силовой вал поршня жестко состыкован с телом поршня и прони­зывает его по центру перпендикулярно его продольной геометри­ческой оси. Второй конец силового вала поршня находится экс­центрично, со свободой вращению в, круглого сечения эксцентрике, подшипником эксцентрично закрепленном в задней крышке статора, причем совместно с ведущей шестерней в одной обойме /водиле/, внутри ведомой шестерни, находятся еще одна или две паразит­ные шестерни. 

 

5. Роторно-поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что силовой вал поршня скользяще находится внутри круглого се­чения, выемки в теле поршня, ориентированной вдоль перпенди­куляра и его продольной геометрической оси, причем он эксцен­трично жестко закреплен с обоих концов в, круглого сечения, эксцентриках, которые в свою очередь, посредством подшипников, эксцентрично закреплены в крышках статора и являются силовыми выходами /валами/ машины.

 

6. Роторно-поршневая машина по п. 4, отличающаяся тем, что не имеет водила с паразитными шестернями.

 

7. Роторно-поршневая машина по п.п. 1, 2, 3, 4, 5, 6, отличающаяся тем, что имеет удлиненные статор-ротор, где размещены насколько параллельно направленных /ориентированных/ поршней с соответствующим количеством  однообразно расположенных элементов автоматического перераспределения рабочего тела, и элементов механических взаимосвязей.

 

8. Роторно-поршневая машина по п. 5. отличающаяся тем, что имеет удлиненные статор-ротор, где размещены несколько разно­направленных /разноориентированных/ поршней с соответствую­щим количеством элементов автоматического перераспределения рабочего тела и элементов механических взаимосвязей, причем кривошипы на силовом валу машины и центры перемычек в теле статора ориентированы в соответствии с ориентацией соответствующих поршней.

 

АННОТАЦИЯ.

 

Роторно-поршневая машина "Ротпор" относится к машиностроению.                                        

Цель изобретения – реализация технологичной машины предназначенной для преобразования разности статических давлений рабочего тела в крутящий момент и наоборот при автоматичес­ком бесклапанном перераспределении его.

Машина представляет собой закрытый с обеих сторон крышками, полый цилиндрический статор, внутри которого скользяще-герметично находится полый цилиндрический ротор, состоящий из непосредственно тела ротора и жестко одетой на него гильзы.

В теле ротора перпендикулярно оси вращения расположена сквозная цилиндрическая выемка, в которой находится поршень.

В гильзе напротив выходов выемки имеются отверстия, кото­рые во время работы контактируют с двумя организующими поясовидными выемками в теле статора, поясовидные выемки служат для автоматического бесклапанного перераспределения рабоче­го тела в рабочих объемах ротора.

Поршень посредством элементов стыковочного узла механически связан со статором и силовым валом машины.

Стыковочный узел имеет несколько вариантов воплощения: редукторный, планетарный, кривошипный и узел скольжения. Это позволяет, в зависимости от необходимости снимать с силового вала машины несколько диапазонов крутящих моментов.

Машина может иметь один ротор с несколькими поршнями, или несколько поршней и несколько роторов. В последнем случае, при условии разноса фаз рабочих процессов в контурах машины, с ее силового вала снимается относительно равномерный крутящий момент. Машина легка, компактна и технологична.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ К ЗАЯВКЕ "РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА "РОТПОР".

 

Для пояснения устройства и работы машины "Ротпор» ниже приво­дятся дополнительные графические материалы с краткими их описаниями. 

 

Примечания:

 

1. Нумерация чертежей-схем единая и сквозная с заявкой.

2. Нумерация позиций на чертежах-схемах соответствует нумерации в самой заявке.

 

На чертежах-схемах представлены:

 

Фиг. 7. Принципиальная геометрическая схема машины "Ротпор".

Фиг. 8. Схема машины "Ротпор" с редукторным стыковочным узлом.

Фиг. 9. Схема машины "Ротпор" с планетарным стыковочным узлом содержащим водило и паразитные шестерни.

Фиг.10. Схема машины "Ротпор" с планетарным стыковочным узлом не содержащим водила и паразитных шестерен.

Фиг. 11 - Фиг. 18. Механические фазы работы машины "Ротпор" с редукторным, планетарным и кривошипным стыковочными узлами.

Фиг. 19 - Фиг. 26. Механические фазы работы машины "Ротпор" со стыковочным узлом скольжения.

 

Краткие пояснения чертежей-схем.

 

Фиг. 7. Изображены основные механические элементы машины и геометрические связи между ними:

Полый цилиндрический статор 1, тело ротора 9, гильза 10 жестко насаженная на тело ротора, поршень 13, силовой вал поршня 20, цилиндрический эксцентрик 28. Перпендикуляром АБ проходящим через центр системы статор-ротор 1, 9, 10 «О», статор условно делится на два сектора Ф1 и Ф2.

Если принять, что ротор при работе вращается по часовой стрелке, то сектор Ф1 будет сектором сжатия, а сектор Ф2 - сектором расширения, поскольку из-за механических взаимодействий в системе статор-ротор-поршень, в секторе Ф1 соответствующая головка поршня 13 движется от центра ротора к его периферии /объем рабочей камеры прилежащей к этой головке уменьшается/, а в секторе Ф2 она движется от периферии ротора к его центру /объем соответствующей рабочей камеры увеличивается/. В противоположной рабочей камере эти процессы сдвинуты на 180 градусов.

 

Все эти явления справедливы лишь при условии, что геометрический центр системы статор-ротор «О» и геометрический центр «О*» траектории Т /показана штрихпунктирной линией/ движе­ния геометрического центра силового вала поршня ВТ, находятся на перпендикуляре АБ.

Траектория Т является геометрическим местом центра «О**» силового вала поршня 20 при работе. Главное геометрическое соотношение здесь: Расстояние между точками «О» и «О*» тождественно равно расстоянию между течками «О*» и «О**, т.е.

 

                                                           О-О*=О*-О**

Примечание: В тексте знак «*» соответствует знаку  «штрих» на чертежах. 

 

Основные механические взаимосвязи:

 

1. Для кривошипного стыковочного узла:

 

а/.  Первый цилиндрический эксцентрик 28 подвижно /свобода вра­щению/ подшипником закреплен в передней крышке статора. Аналогично закреплен и второй эксцентрик в задней крышке статора. Передняя и задняя крышки статора, а так же второй эксцентрик на Фиг. 7 не видны.   

 

б/.  Силовой вал поршня 20 может быть жестко запрессован в тело первого эксцентрика 28 и в тело второго эксцентрика, в этом случае поршень 13 должен иметь свободу вращения относительно своего силового вала 20.

 

в/.  Силовой вал поршня 20 может быть свободно вращающимся в цилиндрических выемках обоих эксцентриков /или одного из них/, в этом случае поршень 13 может быть жестко состыкован с телом силового вала 20, или свободно вращаться на нем. Наиболее предпочтителен вариант     б/.+ а/.

 

2. Для редукторного стыковочного узла:  

 

а/.  Первый цилиндрический эксцентрик 28 подвижно /свобода вращению/ подшипником закреплен в полости силового вала машины, а второй эксцентрик - в задней крышке статора. Силовой вал ма­шины, второй эксцентрик и задняя крышка статора на фиг. 7 не видны.

 

б/.  Силовой вал поршня 20 может быта жестко запрессован в тело первого эксцентрика 28 и в тело второго эксцентрика, в этом случае поршень 13 должен иметь свободу вращения относительно

своего силового вала 20.

 

в/.  Силовой вал поршня 20 может, быть свободно вращающимся в цилиндрических выемках обоих эксцентриков /или одного из них/. в этом случае поршень 13 может быть жестко состыкован с телом силового вала 20, или свободно вращаться на нем. Наиболее предпочтителен вариант       а/ + б/.

 

3. Для планетарного стыковочного узла:                                              

 

а/.  Силовой вал поршня 20 посредством элементов планетарного механизма /водило с двумя паразитными шестернями/, состыкован с шестерней силового вала машины, с одной стороны, а с другой, скользяще закреплен в теле заднего эксцентрика, который подвижно /свобода вращению/ закреплен в задней крышке статора.

 

б/.  Поршень 13 жестко состыкован со своим силовым валом 20. Фазы работы механизма приведены на Фиг. 11 - Фиг. 18.

 

Фиг. 8. Изображены основные механические элементы машины с редукторным стыковочным узлом:

Полый цилиндрический статор 1, тело ротора 9, гильза 10, полый ведущий зубчатый венец 25 ро­тора с внешним зубом. Его геометрический центр «О». 

Ведомый зуб­чатый венец 26 силового вала машины. Его геометрический центр «О*» /совпадает с «О*» показанным на Фиг. 7/.

Усилие вращения /кру­тящий момент/ ведущей шестерни 25 /т.е. усилие вращения ротора 9,10/ через зацепление передается на ведомую шестерню 26 /т.е. на силовой вал машины/.

При этом крутящий момент редуци­руется, и на силовом валу машины он в М1/М2 раз больше, чем на самом роторе 9, 10.

Здесь М1 - количество зубьев шестерни 26. М2 - количество зубьев шестерни 25.

 

Фиг. 9. Изображены основные механические элементы машины с планетарным стыковочным узлом, содержащим водило и паразитные шестерни:

Полый цилиндрический статор 1, тело ротора 9, гиль­за 10, силовой вал поршня 20, ведущая шестерня 31, ведомая шестерня 30, водило В, паразитные шестерни П.

Геометрический центр водила «О» /совпадает с «О» показанным на Фиг. 7/.

Планетар­ный стыковочный узел суммирует угловые скорости вращения води­ла В /угловая скорость движения точки «О**»/ и "кувыркания" поршня.

С силового вала машины /он жестко состыкован с шестерней 30/ снимается угловая скорость в /2+М1/М2/ раз больше угловой ско­рости вращения ротора 9,10.

Соответственно, во столько же раз крутящий момент меньше. Здесь М1 - количество зубьев шестерни 31, М2 - количество зубьев шестерни 30.

 

Фиг. 10. Изображены основные механические элементы машины с планетарным стыковочным узлом, не содержащим водила и паразитных шестерен.

Более простой конструктивно механизм. Ра­ботоспособен вследствие запаса жесткости механических взаи­мосвязей между элементами машины. В особых пояснениях не нуж­дается, коэффициент редукции 2 + М1/М2.

 

Фиг. 11 - Фиг. 18. Показаны механические фазы /дискретность 45 градусов поворота ротора/ работы машины "Ротпор» с редукторным, планетарным и кривошипным стыковочными узлами.                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Легко заметить, что за один оборот ротора 9, 10 вокруг своей оси 0 силовой вал поршня 20 делает два оборота по своей траектории Т /этим обуславливается слагаемое 2 /"два"/ в коэффици­енте редукции планетарного стыковочного узла/, а поршень 13 совершает одно "кувыркание" относительно своего геометричес­кого центра «О**».

Таким образом, для кривошипного стыковочного узла коэффициент трансформации /редукции/

К = 2.  

Для редукторного стыковочного узла К = М1/М2.

Для планетарного стыковочного узла К = 2 + М1/М2.

Углы поворота ротора обозначены а /"альфа"/, углы перемещения точки «О**» по траектории Т

 б /"бета"/.

Для наглядности сечение объема одной из рабочих камер заштриховано. По площади штриховки легко проследить динамику изменения объема рабочей камеры

 

Фиг. 19 - Фиг. 26. Показаны механические фазы /дискретность - 45 градусов поворота ротора/ работы машины "Ротпор" со стыковочным узлом скольжения.

Легко заметить, что за один оборот ротора 9,10 вокруг своей оси «О» поршень 13 делает одно "кувыркание" относительно геомет­рического центра «О*» совместно со своим силовым валом 20. Этот же вал является и силовым валом машины.

Таким образом коэффициент редукции для стыковочного узла скольжения К = 1.

 

В данном приложении устройство и работа машины "Ротпор" поясняются фиг. 7...26.

Следует учесть, что нумерация позиций на чертежах соответствует нумерации в заявке "Роторно-поршневая машина "Ротпор», но не в заявке "Роторно-поршневой двигатель".

 

Обе заявки поданы во ВНИИГПЭ одновременно.

 

На Фиг. 7 показаны:  

 

1. Полый цилиндрический статор.

9. Тело ротора.

10. Гильза жестко насаженная на тело ротора.

13. Поршень.

28. Свободно вращающийся эксцентрик.

20. Силовой вал поршня /поршней/.

 

На Фиг. 8 показаны:                                                               

 

25. Ведущий зубчатый венец М2.

26. Ведомая шестерня М1.

 

На Фиг. 9 показаны:

 

30. Ведомая шестерня М2.

31. Ведущая шестерня М1.

 

На Фиг. 19 показаны:

 

16. Прямоугольная выемка в цилиндре.

17. Скользящая поверхность выемки.

19. Силовая втулка.

 

В качестве основы в заявке "Карбюраторный роторно-поршневой двигатель" используется двухконтурная /двухпоршневая/ однороторная машина "Ротпор", состоящая из статора закрытого с обеих сторон крышками и, скользяще размещенного внутри его, удлинен­ного ротора.

В теле ротора в однонаправленных выемках находит­ся два поршня. Фазы работы обоих поршней одинаковы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внешний вид и взаимоперемещения элементов роторной машины «Ротпор» в динамике можно посмотреть в приложениях 1 (рисунок), 2 (видео), 3 (рисунок), 4 (видео), 5 (рисунок), 6 (видео).

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 3. Карбюраторный ДВС «Ротпор». Материалы заявки на выдачу а. с. № 4674852/06-049436 от 06.04.1989 г. 

 

Заявка № 4674852/06

Объект - устройство                                                                                                                                                   Первеев Георгий Павлович

 

                                                                                                                                                                                        МКИ

 

 

КАРБЮРАТОРНЫЙ РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ.

 

Настоящее изобретение относится к двигателестроению. Может использоваться во всех отраслях народного хозяйства.

 

Функциональным аналогом предлагаемому двигателю является роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

В качества прототипа выбран роторно-поршневой двигатель Ванкеля /см. журнал "Катера и яхты" №2 /3-4/, 1986 г. (стр. 44-47, статья Г. Колясева и Г. Тихомирова "Пробьет ли час роторного двигателя?"/, который представляет собой механическую систему, где преобразование внутренней энергии высокосжатых продуктов сгорания топливовоздушной смеси в крутящий момент осуществляется за счет оригинальной конфигурации ротора и внутренних полостей статора-корпуса.

Основ­ными деталями двигателя Ванкеля являются вал с эксцентриком , на котором может вращаться трехгранный ротор), выполняющий функции поршня, и корпус с внутренней рабочей повер­хностью в виде цилиндрической эпитрохоиды. Ротор может вращаться на эксцентрике вала, только обкатываясь своей шестер­ней с внутренним зубом по неподвижной шестерне закрепленной на боковой крышке корпуса.

При вращении все три вершины ро­тора постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры. Эти камеры, перемещаясь по периметру рабочей поверхности корпуса при сложном вращательном движении ротора, периодически изменяют свой объем - они изменяют его четыре раза за один оборот ротора.

Бла­годаря этому осуществляется работа двигателя по четырехтактному циклу. Циклы рабочего процесса происходят во всех трех камерах одновременно, но со сдвигом 120 градусов.

Уплотнение газовых стыков между вершинами ротора и рабочей поверхностью корпуса производится плоскими радиальными пластинами, а торцевое уплотнение достигается слегка изогнутыми пластинами. Пластины прижимаются к уплотняемым поверхностям плоскими пружинами-эспандерами давлением га­зов, я радиальные уплотнения - так же и центробежными силами.      

Отсутствие деталей совершающих возвратно-поступательные движения /шатунов, поршней, деталей газораспределения/ делает двигатель более уравновешенным и надежным. Однороторный /односекционный/ роторно-поршневой двигатель по сложности и количеству деталей можно сравнить с традиционным двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания.

У роторного двигателя количество основных деталей не больше чем у двухтактного обычного двигателя равной мощ­ности, и в то же время его детали конструктивно проще и надежнее, за исключением непривычной рабочей поверхности корпуса.   Роторно-поршневой двигатель легче традиционных четырехтактных двигателей в среднем на 15-20 процентов.

Технологическая сложность производства некоторых деталей двигателя - тот существенный недостаток, который является тормозом для широкого распространения двигателя Ванкеля. Немаловажно и то, что он имеет относительно высокий расход топлива на единицу произведенной работы.

 

Целью настоящего изобретения является реализация двигателя внутреннего сгорания на основе оригинального роторно-поршневого преобразователя разности статических давлений рабочего тела в крутящий момент, что в силу его технологи­ческой простоты /практически все его детали имеют простейшую геометрическую форму/, обещает возможность производства технологически дешевых, мощных, экономичных, компактных и надежных двигателей внутреннего сгорания, работающих на широко распространенных видах углеводородного топлива.

Небольшие ударные и вибрационные нагрузки на элементы дви­гателя позволяют использование дешевых керамики и чугуна в качестве конструкционных материалов.

 

Для достижения этой цели произведена доработка конструкции двухконтурной роторно-поршневой машины "Ротпор" /см. приложение/. Конечная цель доработки - создание условий для организации четырехтактного карбюраторного цикла дви­гателя внутреннего сгорания.     

  

Доработка машины включила в себя:

 

1. Целенаправленную оптимизацию конфигурации и местоположения внутренних полостей статора.

2. Соединение внутренних полостей машины между собой и с атмосферой в соответствующих секторах статора.

3. Стыковку элементов топливоподающей системы с конструк­цией машины.                                                      

 

Результатом доработки является реализация карбюраторного четырехтактного роторно-поршневого двигателя. В двигателе для обеспечения первого такта /такт "впуск"/ в рабочей камере системы ротор-поршень проходящей сектор рас­положения карбюратора, необходимо иметь вакуум.

В данной  конструкции он создается вакуум-процессом пассивного конту­ра. Четвертый такт /такт "выпуск"/ с принудительной продув­кой рабочей камеры реализуется с помощью компресс-процесса пассивного контура.

Второй и третий такты /такты "сжатие" и "рабочий ход" соот­ветственно/ отличаются тем, что происходят попеременно в каждой рабочей камере /рабочих камер всего две/ активного контура, в соответствующих секторах статора, при движении камер по окружности.

Сжатая бензовоздушная смесь воспламеняется свечой установленной в статоре, в секторе активного контура, соответствующем оптимальному углу опережения зажигания. При необходи­мости ширина сектора угла опережения зажигания, за счет увеличения количества установленных свеч, может быть существенно расширена, тогда угол опережения зажигания может ус­танавливаться грубо переключением свеч /выбор активной све­чи/, плавно - моментом подачи напряжения на свечу.

Оптимизация конструкции двигателя по системам смазки и ох­лаждения не проводилась, т.к. главной целью настоящего изо­бретения является теоретическая реализация двигателя внутреннего сгорания на базе машины "Ротпор". Эти системы могут быть традиционной конструкции.

 

 

 Поскольку роторно-поршневая машина "Ротпор" подробно описана в приложении, то конструкция двигателя в данном описании объясняется на основе упрощенной схемы, которая при­ведена в графической части.

 

 

 

 

 

 На Фиг. 1. изображена схема конструкции четырехтактного карбюраторного роторно-поршневого двигателя.

Изображенный схематично на фиг. 1 четырехтактный роторно-поршневой двигатель состоит из статора 25, ротора 27 с цилиндрической гильзой 26, поршней 32 и 33, свечи 10, карбюратора 8, воздухопровода 14 и вакуумпровода 15.

Ротор совместно с цилиндрической гильзой имеет свободу вращения внутри статора относительно оси О.

Оба поршня имеют сво­боду синхронного вращения относительно оси О". Поршень 32, половина ротора 27, с соответствующей частью цилиндрической гильзы 26 и половина статора 25, свеча 10 и карбюратор 8 /сечение статора, ротора и гильзы условное, перпендикулярно осям 0 и 0"/ представляют собой активный контур двигателя.

Поршень 33 и оставшиеся половины ротора, гильзы и статора - пассивный контур.   

Статорная часть активного контура условно разделена на шесть секторов:

 

1 - сектор оптимального угла впуска,

2 - сектор оптимального угла сжатия,

3 - сектор оптимального угла опережения зажигания,

4 - сектор оптимального угла расширения,

5 - сектор оптимального угля выпуска-продувания,

6 - защитный сектор.      

 

В секторе 3 оптимального угла зажигания расположена камера сгорания 9 со свечой 10. В секторе 5 оптимального угла выпуска-продувания находятся отверстия 11 и 12. К первому из них подходит воздухопровод 14 от пассивного контура. Второе - сквозное, сообщается с атмосферой.

В секторе 1 оптимального угла впуска находятся отверстия 7 и 13. К первому из них подсоединен карбюратор 8, ко второму - вакуумпровод 15 от пассивного контура.

 

Статорная часть пассивного контура условно разделена на шесть секторов:

 

16 - первый сектор коммутации с атмосфе­рой,

17 - сектор компресс-процесса,

18 - второй сектор ком­мутации с атмосферой,

19 - сектор вакуум-процесса,

20 - сектор коммутации с активным контуром,

21 - защитный сектор.

 

В секторе 15 находится сквозное отверстие 22 со­общающееся с атмосферой.

В секторе 17 компресс-процесса расположено отверстие 23, от которого отходит воздухопро­вод 14.

В секторе 18 находится сквозное отверстие 34 сообщающееся с атмосферой.

В секторе 20 расположено отверстие 24, от которого отходит вакуумпровод 15.

 

Вращающийся частью двигателя является наглухо состыкованный с цилиндрической гильзой 26 ротор 27 в котором перпендику­лярно его геометрической оси О размещены две параллельные цилиндрические выемки /"цилиндры"/ для поршней 32 и 33 ак­тивного и пассивного контуров соответственно, в цилиндрической гильзе 26 по центрам "цилиндров" находятся газообменные окна 28, 29, 30 , 31.

 

Примечание:

 

Для упрощения схемы двигателя отверстия 7 и 13 в секторе 1, а так же отверстия 11 и 12 в секторе 5 условно развернуты на 90 градусов, т.е. на самом деле оси этих отверстий по угловому положению /например от вертикальной секущей линии проходящей через геометрическую ось О/ совпадают.

Соответственно и угловая ширина секторов 1, и 5 меньше, чем она представлена на схеме. Это означает, что газообменные окна 28 и 29 при вращении ротора перекрывают отверстия 11 и 12 /то же для 7 и 13/ синхронно.

 

Работает двигатель следующим образом:

В активном контуре очередная рабочая камера Ка /например нижняя/ системы ротор-поршень, при движении по часовой стрелке, проходит сектор 1 оптимального угла впуска.

При этом газообменное окно 29 коммутирует между собой объем рабочей камеры Ка, вакуумпровод 15 и отверстие 7, к которому подсо­единен карбюратор 8.

За счет вакуума в вакуумпроводе 15 /создание вакуума см. ниже/, происходит интенсивный газооб­мен в камере Ка, т.е. всасывается бензовоздушная смесь из карбюратора 8 через отверстие 7 /такт первый "впуск"/.

Эта бензовоздушная смесь, при дальнейшем повороте ротора 27 изолируется в рабочей камере Ка и дальше /по мере поворота ротора/ в секторе сжатия 2, сжимается до необходимой степени /такт второй "сжатие"/.

Сжатая бензовоздушная смесь в секторе оптимального угла опережения зажигания 3 воспламеняется свечой 10 в камере сгорания 9. Здесь смесь сгорает. При этом образуются высокосжатые продукты сгорания, которые, стремясь расшириться, давят на поршень 32.

Это вызывает, в свою очередь, активный поворот системы ротор-поршень, а соответственно и переме­щение рабочей камеры Ка по сектору расширения 4 /такт третий "рабочий ход"/. Расширившиеся газы, попав вместе с ка­мерой Ка в сектор выпуска-продувания 5, через отверстие 12 выбрасываются в атмосферу /такт четвертый "выпуск"/.

В этом же секторе производится продувка камеры сжатым воздухом из отверстия 11 /получение сжатого воздуха см. ниже/. Далее рабочая камера проходит защитный сектор 6 и попадает в сек­тор впуска 1, имея внутри себя чистый воздух под атмосфер­ным давлением. На этом полный рабочий цикл рабочей камеры Ка активного контура двигателя замыкается. Защитный сектор 6 необходим для исключения взаимного влияния процессов происходящих в секторах 1 и 5.

В пассивном контуре двигателя, для обеспечения эффективной работы активного контура, организованы работа вакуум-насоса /вакуум-процесс/ и компрессора /компресс-процесс/.

 

В пассивном контуре очередная рабочая камера Кп /например нижняя/, системы ротор-поршень при движении по часовой стре­лке попадает в сектор коммутации с атмосферой 16.

При этом посредством газообменного окна 31 и сквозного отверстия 22 статора рабочей камера Кп оказывается соединенной с атмосферой. Атмосферный воздух заполняет объем камеры. Далее вследствие поворота системы ротор-поршень газообменное ок­но 31, попав в сектор компресс-процесса 17, размыкается с отверстием 22 статора.

Воздух в рабочей камере Кп изолируется в ее объеме и подвергается сжатию под действием поршня  33. Рабочая камера со сжимающимся воздухом перемещается по сектору сжатия 17 и в конце его коммутируется с отверстием 23, а соответственно и с воздухопроводом 14.

Сжатый воз­дух, при этом поступает в объем воздухопровода 14. А рабочая камера Кп, имея внутри себя остатки сжатого воздуха, попадает во второй сектор коммутации с атмосферой, где за счет отверстия 34 и газообменного окна 31 давление воздуха в ней выравнивается с атмосферным.

Далее рабочая камера Кп попадает в сектор вакуум-процесса 19, где обратное движе­ние поршня 33 вызывает увеличение изолированного объема ее, а соответственно и глубокое понижение давления возду­ха в ней /создается вакуум/.                                                   

Пройдя сектор вакуум-процесса 19, рабочая камера Кп попада­ет в сектор 20 коммутации с активным контуром, где посредством газообменного окна 31 и отверстия 24 она коммутируется с вакуумпроводом 15.

При этом воздух /результат перераспределения газов в секторе 1 активного контура/ находящийся в вакуумпроводе 15 отсасывается в объем рабочей ка­меры Кп.

После этого рабочая камера минует защитный сектор 21 и попадает в сектор /первый/ коммутации с атмосферой 16.

На этом полный рабочий цикл рабочей камеры пассивного кон­тура замыкается.

Защитный сектор 21 необходим для исключения взаимного влия­ния процессов происходящих в секторах 16 и 20.

В рабочих камерах активного и пассивного контуров двигателя все соответствующие процессы происходят со сдвигом фаз в 180 градусов.

 

Роторно-поршневой ДВС предложенный в настоящей заявке выгодно отличается от ДВС на базе кривошипно-шатунного механизма простотой механики, минимумом деталей, компактнос­тью и уравновешенностью.

А от роторных двигателей технологичностью, поскольку практически все детали его имеют простейшую конфигурацию.

Немаловажным достоинством роторно-поршневого ДВС является перспектива использования чу­гуна и керамики для изготовления основных деталей: высоко­прочных дорогих упругих сталей не потребуется благодаря цилиндрической форме их и хорошей уравновешенности двигателя.

Важно и то, что номенклатура деталей составляющих роторно-поршневой ДВС минимальна.

К недостаткам можно отнести относительно неравномерный крутящий момент, что впрочем легко устранимо при использовании многосекционных /имеющих несколько активных, смещенных по фазам контуров и один пассивный контур/ роторно-поршневых ДВС.

 

ФОРМУЛА   ИЗОБРЕТЕНИЯ

 

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из статора, ротор-поршня, и элементов обслуживающих и организующих систем, отличающийся тем, что с целью организации четырехтактного карбюраторного цикла первый /актив­ный/ контур организован в конструктивных объемах роторно-поршневой машины "Ротпор" находящихся в зоне расположения первого поршня, где прилежащая к этим объемам внутренняя поверхность статора имеет шесть последовательно расположенных, оптимизированных по угловому местоположению и ширине, секторов: Сектор впуска к которому подсоединен карбюратор, сектор сжатия, сектор воспламенения, в котором находится камера сгорания со свечой, сектор расширения, сообщающийся с атмосферой сектор выпуска-продувания, к которому подсоединен воздухопровод от второго контура, и защитный сектор, а второй /пассивный/ контур организован в конструктивных объемах роторно-поршневой машины находящихся в зоне расположения второго поршня, где прилегающая к этим объемам внутренняя поверхность статора имеет шесть последовательно расположенных, оптимизированных по угловому местоположению и ширине, секторов: первый сектор коммутации с атмосферой, имеющий сквозное отверстие, сектор компресс-процесса, к которому подсоединен воздухопровод для первого контура, второй сектор коммутации с атмосферой имеющий сквозное отверстие, сектор вакуум-процесса, сектор коммутации с первым контуром к которому подсоединен вакуумпровод для первого контура, и защитный сектор, причем свеча зажигания электрически соединена с внешним электронным или электромеханическим управляемым по пе­риоду и фазе генератором высоковольтных электрических импульсов.

 

2. Роторно-поршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что с целью улучшения равномерности создаваемого им крутя­щего момента, он имеет несколько /Н/ последовательно состыкованных силовыми валами, активных контуров, взаимная ориен­тация поршней которых отличается на 360/Н градусов, и один или несколько пассивных контуров.

 

3. Роторно-поршневой двигатель по п. 1 и п. 2, отличаю­щийся тем, что с целью обеспечения широкого управляемого угла зажигания, активный контур имеет несколько отделенных друг от друга защитными секторами, последовательно расположенных камер сгорания со свечами электрически соединен­ными с внешним электронным или электромеханическим управляемым по периоду, фазе и направлению /выбор активной свечи/ подачи импульсов, генератором высоковольтных электрических импульсов.

 

АННОТАЦИЯ

                                                                           

Роторно-поршневой двигатель относится к двигателестроению.

 

Цель изобретения - реализация двигателя внутреннего сгорания на базе роторно-поршневого преобразователя разности статических давлений рабочего тела в крутящий момент.

Двигатель представляет собой совокупность статора, ротор-поршня и элементов обслуживающих и организующих систем, конструктивно оптимизированных под цикл Карно.     

Активные и пассивные рабочие процессы организованы в пер­вом и втором контуре роторно-поршневой машины "Ротпор", или, что то же самое - в конструктивных объемах машины, прилегающих к зоне расположения первого и второго цилиндров соот­ветственно. Последовательность и длительность рабочих процессов в рабочих камерах задается конструктивными элемен­тами /выемками, отверстиями и пр./ расположенными в соответствующих секторах прилегающих к рабочим объемам контуров рабочей поверхности статора.

Двигатель четырехтактный. Может иметь Н активных контуров.

Управление углом воспламенения топливовоздушной смеси традиционное - своевременной подачей импульсов напряжения на свечу/и/.

Для расширения величины управляемого угла воспла­менения возможно использование нескольких последовательно расположенных в соответствующем секторе/ах/ свеч. Системы охлаждения и смазки традиционной конструкции.

 

 

 Раздел 4. Дизельный и газовый ДВС «Ротпор». Материалы невысланных заявок - 1989 г. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочие циклы организованы аналогично ДВС «Ротфен» и «Карусель».

 

 

 

 

 

 

Вернуться к оглавлению книги 3.