Лопастный роторный двигатель

(51) 02 53/00 (2010/01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ 2010/1119.1 13.09.2010 15.09.2011, бюл. 9 Калдыханов Мурат Нарбекович Патент РФ 2011866 1, 02 53/00, 1994 ЛОПАСТНЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Лопастный роторный двигатель содержит корпус, внутри которого установлен вал с жесткозакрепленным ротором. В роторе имеются радиальные пазы, в которых могут перемещаться лопасти, а также камеры сгорания в виде углублений различных форм сферических,цилиндрических, призматических, конических и т.п. К боковым сторонам корпуса крепятся торцевые крышки. В корпусе исполнены отверстия или каналы для подачи топлива и удаления отработанных газов. Полости, образующиеся между лопастями, корпусом и ротором, являются рабочими камерами и выполняют функции камер приема топливовоздушной смеси, сгорания и вывода отработанных газов. Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в энергомашиностроении,в автомобиле-, тракторо-, тепловозо-, судостроении и в авиации. Предлагаемая конструкция роторного двигателя имеет корпус с внутренней поверхностью овального типа, что дает образованию двух одновременных процессов сжатия, один из которых служит сжатию топливовоздушной смеси с последующим ее поджигом, а другой - выводу отработанных газов. В теле ротора камера сгорания в виде углублений выполнены непосредственно в местах размещения лопастей с максимальным значением, приходящим на рабочую поверхность лопасти. Это позволяет образованию крутящего момента в случае поджига смеси при максимальном ее сжатии, когда образуются рабочие газы максимального давления,и это позволяет увеличению крутящего момента при поджиге топлива, когда наблюдается разность выдвижения лопастей. В предлагаемой конструкции роторного двигателя повышается КПД за счет полного сгорания смеси в рабочих камерах по мере поворота ротора без частичной потери заряда, увеличению крутящего момента соответственно мощности за счет увеличения рабочей поверхности лопастей, а также упрощается конструкция за счет отсутствия необходимости снабжения системой воздухоподачи. Лопастный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус овальной формы, внутри которого имеется вставленный стакан и установлен ротор с радиальными пазами, в которых размещены лопасти. В корпусе выполнено отверстие для подачи топлива и выхода отработанных газов. Оси корпуса и ротора совпадают. Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям и может быть использовано в энергомашиностроении, автомобиле-, тракторо-и тепловозостроении, в авиации и судостроении. Известна конструкция роторного двигателя внутреннего сгорания, распространенная как двигатель Ванкеля (ФРГ), содержащая корпус,внутри которого установлен вал с ротором,связанные между собой зубчатой передачей внутреннего зацепления, входной и выхлопной трубопроводы,свечи зажигания,системы охлаждения и смазки. Ротор выполнен в форме треугольника с выпуклыми сторонами, рабочей из которых является только одна, т.к. рабочие процессы протекают только в одной камере из трех,что снижает моторесурс и не дает плавности вращения вала, в связи, с чем обусловленность наличия второго спаренного ротора, что усложняет конструкцию. Наличие шестерней внутреннего и внешнего зацепления требует систему смазки, что связано с определенными трудностями, а также это усложняет конструкцию кинематически и технологически. Треугольная форма ротора не дает возможности создания максимального крутящего момента, ввиду неперпендикулярности действия сил давления сгораемого топлива и рабочей поверхности ротора. Итак, недостатками конструкции являются кинематические и технологические сложности,трудности смазки, которые снижают надежность,моторесурс, экономичность двигателя, а также усложняет конструкцию. Известны и другие роторные двигатели внутреннего сгорания, сходные по конструкции с двигателем Ванкеля, такие как двигатель Кули(Швеция), которые также не получили широкого распространения из-за имеющихся таких же недостатков. В качестве прототипа выбрана конструкция двухтактного четырехлопастного роторного двигателя внутреннего сгорания, включающего неподвижный цилиндрический корпус, торцевые крышки, эксцентрично по отношению к корпусу расположенный ротор, в котором выполнены прорези для перемещения в них лопастей. Между лопастями в корпусе ротора выполнены камеры сгорания в виде цилиндрических или сферических углублений для образования вихревого движения топливовоздушной смеси. К корпусу крепятся коллекторы воздухоснабжения и газоотвода,топливный насос высокого давления (либо карбюратор), а также форсунка (свеча зажигания) В данной конструкции из-за эксцентрично установленного ротора (ось ротора параллельна оси корпуса и смещена относительно ее) образуются камеры, ограниченные двумя соседними лопастями,корпусом и ротором,минимального и противоположно ей расположенная максимального объема, а также наблюдается разница выдвижения лопастей, необходимая образованию крутящего момента. Процессы сжатия и расширения в рабочих камерах происходят по мере вращения ротора, при этом максимальное сжатие имеет место в полости минимального объема, куда впрыскивается порция топлива, после чего происходит процесс сгорания топлива и последующий процесс расширения, с дальнейшим открытием канала газоотвода,расположенного в полости максимального объема. Так как отработанный газ трудноудалим из расширенной полости, в связи с чем, появляется необходимость продувки ее,тем самым обусловленность наличия системы воздухоподачи,что усложняет конструкцию. При продувке полости происходит частичная потеря заряда, что снижает КПД двигателя. Крутящий момент на валу ротора создается за счет разности сил давления газов на более выдвинутую и менее выдвинутую лопасти. То есть поджиг топлива происходит в момент расширения рабочей камеры, тогда как давления рабочих газов, образуемых при сгорании топлива,имеет максимальное значение при максимальном сжатии. Это приводит к неэффективному использованию рабочих газов, что занижает мощность двигателя. Итак, недостатками данной конструкции являются обусловленность системой воздухоподачи,сниженный КПД, мощность (крутящий момент). Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение мощности(крутящего момента), КПД. Технический результат достигается тем, что внутренняя поверхность корпуса роторного двигателя имеет овальную форму. Везде, где используется термин овальная форма или овальный тип, подразумеваются и другие формы или типы, такие как эллиптическая, яйцевидная и т.п. Внутри корпуса установлен ротор с четырьмя и более лопастями, ось которого совпадает с осью корпуса. Образующиеся рабочие камеры между лопастями, корпусом и ротором выполняют функции камер приема топливовоздушной смеси,сгорания, вывода отработанных газов. Камеры сгорания выполненные в виде сферических,цилиндрических, призматических или конических углублений в корпусе ротора, сдвинуты в сторону вращения и располагаются в местах установки лопастей с максимальным значением углубления,приходящим на рабочую поверхность лопастей. Рабочей поверхностью лопасти считается та, на которую приходится большее усилие давления рабочих газов. Конструкция корпуса овального типа дает возможность одновременному образованию двух процессов сжатия, максимальное значение которых достигается при вращении ротора, в диаметрально 2 противоположных полостях, образующихся между двумя соседними лопастями, ротором и частью корпуса, имеющей максимальное приближение к ротору. Один из процессов сжатия используется для сжатия топливовоздушной смеси с последующим ее поджигом, а другой для вывода отработанных газов,которые легко удаляются самостоятельно из рабочих камер минимального объема. Выполненные углубления в теле ротора в местах расположения лопастей увеличивают рабочую поверхность лопасти, тем самым увеличивают силу давления рабочих газов на нее,что приводит к образованию крутящего момента даже при одинаково задвинутых соседних лопастей в полости минимального объема, где наблюдается максимальное сжатие топливовоздушной смеси. Производимый в этот момент поджиг топлива, дает возможность использовать рабочие газы при их максимальном давлении. В случае же поджига топлива в момент, когда одна лопасть более выдвинута, чем другая, приводит к увеличению крутящего момента. На фиг. 1 показано поперечное сечение роторного двигателя. На фиг. 2 - порядок работы двигателя и процессы, протекающие в нем за один оборот. Роторный двигатель (фиг. 1) состоит из корпуса 1, имеющий внутреннюю поверхность овальной формы, с вставленным в него стаканом 2 из износостойкого материала. В корпусе размещены клапаны 7 для ввода топливовоздушной смеси и 8 для вывода отработанного газа. Поджиг топливовоздушной смеси осуществляется от свечи зажигания 9. К торцевым частям корпуса крепятся крышки (показана задняя крышка 6). На валу 5 жестко закреплен корпус ротора 3, в радиальных пазах 10 которого размещены и могут перемещаться лопасти 4 из износостойкого материала, под рабочей стороной которых в корпусе ротора выполнены углубления сферических,цилиндрических,конических или призматических форм. Работа двигателя (фиг.2) происходит в следующем порядке. При вращении ротора против часовой стрелки в полости(расширенная зона) происходит наполнение топливовоздушной смесью через клапан 7, после чего происходит процесс сжатия до максимального значения в полости , который заканчивается поджигом топливовоздушной смеси от свечи зажигания 9. Образовавшиеся рабочие газы оказывают большее давление на лопасть 1, чем на лопасть 2, за счет углубления 11, благоприятствуя образованию крутящего момента. В полостипроисходит расширение, где газы теряют свою силу, тем самым максимально выработав себя. Далее происходит еще один процесс сжатия, на этот раз сжатие отработанного газа, который выдавливается из полости(полость максимального сжатия) через клапан 8. После чего цикл заканчивается и начинается новый в полости . Таким образом, в четырехлопастном роторном двигателе за один оборот ротора происходят два одновременных процесса сжатия, а также четыре вспышки и четыре цикла. Соответственно, прилопастях происходитциклов. В предлагаемой конструкции роторного двигателя увеличиваются мощность - за счет эффективного использования рабочих газов моторесурс - за счет выполнения трущихся поверхностей из износостойкого материала крутящий момент - за счет увеличения поверхности рабочих органов КПД - за счет полного сгорания топливовоздушной смеси в рабочих камерах по мере поворота вала без частичной потери заряда упрощается конструкция - за счет отсутствия системы воздухоподачи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Лопастный роторный двигатель, содержащий корпус с двумя торцевыми крышками,установленный в корпусе ротор, в теле которого имеются радиальные пазы, в которых размещены лопасти, и камеры сгорания в виде углублений,расположенных между лопастями, а также содержащий системы топливоподачи и газоотвода,отличающийся тем, что корпус имеет внутреннюю поверхность овального типа. 2. Двигатель по пункту 1, отличающийся тем,что камеры сгорания в виде цилиндрических,сферических, призматических или конических углублений в теле ротора, выполнены в местах расположения лопастей с максимальным значением,приходящим на рабочую поверхность лопасти.