close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY1942

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 1942
(13)
C1
6
(51) F 02B 53/00
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СИНХРОННЫЙ ДВУХРОТОРНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
ЕВСЕЕНКО-2
(21) Номер заявки: 950809
(22) 04.08.1995
(46) 30.12.1997
(71) Заявитель: Евсеенко Н.Г., Евсеенко Н.Н. (BY)
(72) Авторы: Евсеенко Н.Г., Евсеенко Н.Н. (BY)
(73) Патентообладатель: Евсеенко
Николай
Гордеевич (BY)
(57)
Синхронный двухроторный поршневой двигатель, содержащий неподвижный корпус с каналами впуска
и выпуска и полостями, образованными, по меньшей мере, двумя симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, роторные камеры сгорания с перепускными каналами, два цилиндрических золотника и размещенные в полостях центрально-симметрично роторы с валами и противовесами, кинематически
связанные между собой и образующие с корпусом четыре полости переменного объема: две смесительные
впуска-сжатия и две расширения - выпуска, причем перепускные каналы расположены с возможностью последовательного сообщения каждой камеры сгорания с соответствующими полостями впуска-сжатия и расширения-выпуска, отличающийся тем, что он снабжен центральным поворотным шарниром, выполненным с центральным пазом, роторы установлены на валах эксцентрично с
Фиг. 1
BY 1942 C1
возможностью касания соответствующих им цилиндрических поверхностей, снабжены разделительными заслонками, жестко связанными с роторами и установленными в пазу центрального шарнира с возможностью
взаимного радиального перемещения и сопряжения между собой и пазом центрального шарнира, цилиндрические золотники выполнены поворотными, жестко связаны с разделительными пластинами, подпружиненными в сторону роторов, снабжены впускными окнами для сообщения каналов впуска с полостью впускасжатия и выпускными окнами для сообщения каналов выпуска с полостью расширения-выпуска.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что между ротором и валом установлен роликовый подшипник,
вал снабжен эксцентриковой втулкой, жестко связанной с его внутренней обоймой, и соединенными со
втулкой листовой и биметаллической пружинными пластинами, установленными по разные стороны от оси
и опирающимися на противовес, а каждый ротор - торцевым уплотнительным кольцом, сопряженным с ним
по винтовой поверхности и подпружиненным в тангенциальном направлении.
(56)
1. Патент ФРГ 1241187, 1967.
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено в легковых автомобилях ,
легких самолетах , вертолетах и беспилотных летательных аппаратах.
Наиболее близким решением по технической сущности принятым в качестве прототипа является роторно-поршневой двигатель патента [1]., содержащий неподвижный корпус с каналами впуска и выпуска и полостями образованными, по меньшей мере, двумя симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, роторную камеру сгорания с перепускными каналами, разделители и размещенные в полостях
центрально-симметрично роторы с валами и противовесами, кинематически связанные между собой и образующие с корпусом четыре полости переменного объема: две впуска-сжатия и две расширения-выпуска,
причем перепускные каналы расположены с возможностью последовательного сообщения камеры сгорания
с соответствующими полостями впуска-сжатия и расширения-выпуска.
Главный весьма существенный недостаток этого двигателя - это отсутствие и невозможность создать
эффективного радиального уплотнения, а без него происходит очень большая утечка газов через щели, возникающие при входе и выходе выступов роторов в соответствующие выемки камеры сгорания. И это происходит в моменты наибольшего давления газов (конец сжатия и начало расширения). И еще, камера сгорания
сообщается с полостями расширения сначала непосредственно, а затем через длинные каналы, в которых
происходит расширение газов без совершения работы.
Задачей изобретения является снижение механических потерь на трение, повышение КПД, удельной
мощности и эксплуатационных качеств двигателя при той же технологичности, что и у поршневых двигателей.
Синхронный двухроторный поршневой двигатель содержит две идентичные секции, расположенные в
одном корпусе симметрично их центра масс, термодинамические процессы в которых протекают синхронно.
В центре корпуса выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен шарнир с (диаметральным)
пазом и симметрично ему выполнены: по меньшей мере, две цилиндрические полости (цилиндры), в которых размещены центрально-симметрично роторы с валами и противовесами; две цилиндрические полости, в
которых установлены цилиндрические золотники; две цилиндрические полости, в которых установлены роторные камеры сгорания. Центральный шарнир выполнен поворотным. Роторы на валах установлены эксцентрично
с возможностью касания соответствующих им цилиндрических поверхностей, снабжены разделительными заслонками, жестко связанными с роторами и установленными в пазу центрального шарнира с возможностью
взаимного радиального перемещения и сопряжения между собой и пазом центрального шарнира. Цилиндрические золотники выполнены поворотными, жестко связаны с разделительными пластинами, подпружиненными в сторону роторов. Все органы двигателя кинематически связаны между собой и образуют с корпусом четыре полости переменного объема: две впуска-сжатия и две расширения-выпуска. Каждая роторная
камера сгорания выполнена в виде цилиндрического золотника, снабжена тремя полуцилиндрическими полостями, которые через перепускные каналы последовательно сообщаются с полостями впуска-сжатия и
расширения-выпуска, а так же с гнездом запальной свечи. Каждый золотник снабжен впускным окном для
сообщения каналов впуска с полостью впуска-сжатия и выпускным окном для сообщения канала выпуска с
полостью расширения-выпуска. Вал отбора мощности кинематически связан шестеренчатой передачей с валами роторов с передаточным числом 1:1 и роторными камерами сгорания с передаточным числом 1:3.
Внутренние полости роторов снабжены органами наддува горючей смеси, которая от карбюратора по каналам поступает во внутреннюю полость, а затем - к окнам цилиндрических золотников.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен вид двигателя без торцевой крышки,
на фиг.2 - его разрез по плоскости симметрии, на фиг.3 - разрез по А-А. На фиг.4, 5, 6, 7 изображена кинематическая схема рабочего процесса двигателя. На фиг.8 изображена диаграмма газораспределения двигателя.
2
BY 1942 C1
Двигатель содержит неподвижный корпус 1 с двумя торцевыми крышками 2, соединенных с корпусом
шпильками; шарнир 3, расположенный в центре корпуса, два вала 4 с противовесами 5 и эксцентриками 6,
размещенных центрально-симметрично; два цилиндрических золотника 7 с окнами впуска 8 и выпуска 9,
две роторные камеры сгорания 10 с тремя полуцилиндрическими или сферическими полостями 11, которые
через каналы 12 и 13 в корпусе последовательно сообщаются с цилиндрическими полостями 14 и непосредственно с гнездом 15 запальной свечи 16. Корпус и торцевые крышки снабжены рубашками охлаждения 17
и полостями 18. На эксцентрики через посредство роликовых подшипников 19 насажены роторы-поршни
20, снабженные разделительными заслонками 21, установленными в пазу 22 шарнира с возможностью взаимного радиального перемещения и сопряжены между собой и шарниром. Во внутренних полостях ротора
размещены шнекообразные вентиляторы 23, которые производят наддув горючей смеси, поступающей от
карбюраторов через каналы 24, окна 25, полости роторов, окна 26, и каналы 27 к впускным окнам 8 золотников 7. В процессе наддува в полостях роторов происходит дополнительное смешение и испарение горючей смеси, что способствует более полному сгоранию топлива, а значит повышению КПД и снижению токсичности выхлопных газов и одновременно производится отвод тепла от роторов. Для большей
интенсивности охлаждения роторов и придания им большей жесткости, их внутренние поверхности снабжены ребрами, расположенными под углом к оси вращения (на чертежах ребра не показаны). С той же целью сопряжения заслонок 21 выполнены в виде плоского шлицевого соединения, в котором между боковыми поверхностями шлицев могут быть небольшие щели, через которые горючая смесь может циркулировать из
одной камеры впуска-сжатия в другую. Разделительные пластины 28, жестко связанные с золотником, выполнены в виде дуг (радиус дуги равен радиусу ротора), прижимаются к поверхностям роторов спиральными пружинами 29, установленными на оси золотника. Вал 30 отбора мощности, расположенный на продолжении геометрической оси шарнира 3, кинематически связан шестеренчатой передачей 31 с валами роторов,
а также роторными камерами сгорания шестеренчатой передачей 32 с передаточным числом 1:3. Роторы со
скольжением обкатываются по цилиндрическим поверхностям полостей 14 и со всеми разделительными органами, каналами и корпусом образуют четыре полости переменного объема: два впуска-сжатия А и два
расширения-выпуска В, причем золотники через каналы 33 сообщаются с полостями впуска-сжатия, а роторные камеры сгорания через каналы 12 и 13 с полостями сжатия-расширения. Торцы роторов снабжены
крышками 34, жестко связанными с внешними обоймами роликовых подшипников, в кольцевых канавках
которых размещены уплотнительные кольца 35, опирающиеся на гофрированные пружины. Каждый ротор
снабжен торцевым уплотнительным кольцом 36, сопряженный с ним по винтовой поверхности, в возможностью поворота в тангенциальном направлении под действием пружины, размещенной в канавке 37. Заслонки, разделительные пластины, шарниры и разделители полостей камер сгорания снабжены подпружинными
уплотнительными пластинами 38. Для того чтобы шарнир имел постоянное плечо поворота, торцы его паза
снабжены выступами 39.
Механизм радиального уплотнения зоны сопряжения ротора с корпусом. Во внутренние обоймы роликовых подшипников внатяг впрессованы эксцентриковые втулки, насаженные с зазором на эксцентрики вала.
Их торцы снабжены прямоугольными зубьями и просветами. По разные стороны от оси установлены листовая пружина 40 и биметаллическая пластина 41, середины которых опираются на противовес, а концы входят в зацепление с эксцентриковыми втулками. При этом, до обкатки двигателя в зацеплениях эксцентриковой втулки с биметаллической пластиной должен быть зазор, для того чтобы при обкатке двигателя, когда
происходит притирка поверхностей, пружина могла бы без ограничения со стороны биметаллической пластины поворачивать втулку в сторону увеличения суммарного радиуса эксцентрика до тех пор, пока биметаллическая пластина не войдет в контакт с зацеплением эксцентриковой втулки. После этого устанавливается взаимозависимая кинематическая связь эксцентриковой втулки с пружиной и биметаллической
пластиной: действия пружины на втулку всегда направлено в сторону увеличения суммарного радиуса эксцентрика, а биметаллическая пластина, ограничивающая поворот обоим, поворачивает втулку в ту или другую сторону в зависимости от температуры внутри полости ротора, за счет чего и достигается компенсация
разности теплового расширения ротора и корпуса. При жесткости биметаллической пластины значительно
большей жесткости листовой пружины двигатель после обкатки эффективно будет работать на бесконтактном
уплотнении зоны сопряжения ротора с корпусом, поскольку зазор зоны будет настолько мал, что масляная
пленка заполняющая зону, предотвратить утечку газов. Теоретически это возможно (график изменения суммарного радиуса есть косинусоида и в промежутке от 40°до 140° она почти линейная функция, а в этом интервале и работает механизм). В этом случае потери на трение здесь близки к нулю. Есть и второй вариант:
жесткость пружины и биметаллической пластины подбирается так, чтобы при обкатке двигатель мог работать в режиме контактного уплотнения с минимальным силовым воздействием ротора и корпуса в зоне сопряжения. В этом случае вместо одной биметаллической пластины лучше установить пакет из двух-трех
биметаллических пластин.
При работе двигателя роторы со скольжением обкатываются по цилиндрическим поверхностях корпуса
и совместно со всеми разделительными органами, каналами и корпусом образуют четыре изменяемых объема, в которых протекают термодинамические процессы, обеспечивающие работу двигателя. Процессы в
3
BY 1942 C1
секциях протекают синхронно. Термодинамический цикл совершается за один оборот вала. Рассмотрим ход
течения процессов в одной (нижней на чертеже) секции в той последовательности, как они протекают при
запуске двигателя. За начало отсчета примем положение валов с эксцентриками, изображенное на фиг.1. На
чертежах ось золотника расположена под углом 240°. Для этого положения золотника и приводятся численные значения углов диаграммы газораспределения. С изменением угла расположения оси золотника изменяются и углы газораспределения. При повороте вала на 260° впускное окно 8 золотника открывается (см.
фиг.6) и через него начинается сообщение карбюратора через каналы, окна и полость ротора с полостью
впуска-сжатия А и в эту полость вентилятором 23 производится наддув горючей смеси, который длится (см.
фиг.7, 4, 5) до закрытия окна (120°). После этого в полости А до 310° (см. фиг.7) происходит сжатие горючей смеси и заполнение ею через канал 12 очередной полости камеры сгорания. При втором обороте вала в
камере А продолжают протекать в той же последовательности те же процессы, но только будет заполняться
смесью последующая полость камеры сгорания, а предыдущая, заполненная смесью, будет сообщена с гнездом запальной свечи и при угле примерно 15° происходит зажигание горючей смеси . После 20° полость камеры сгорания через канал 13 сообщается с камерой расширения-выпуска В (см. фиг.4) и совершается рабочий ход (процесс расширения), который заканчивается в момент открытия выпускного окна 9 золотника (см.
фиг.6). С этого момента (от 260° до 120°) происходит выпуск отработанных газов. В конце сжатия в течение
малого промежутка времени канал 12, через полость камеры, в которой прошел процесс сгорания смеси и
канал 13 сообщается с выпускным окном золотника и в это время происходит продувка этой полости горючей смесью. При работе двигателя после закрытия выпускного окна в полости В со стороны золотника в интервале от 120°до 190° происходит сжатие остаточных отработанных газов и перед концом их сжатия они в
замкнутой полости, образованной разделительной пластиной 28 и корпусом, создают упругую подушку, которая предотвращает удары разделительной пластины с поверхностью корпуса. Длительность течения процесса следующая: впуск продолжается в течение 220° поворота вала (от 260° до 120°) сжатие - l90° (от 120°
до 310°), расширение - 240° (от 20° до 260°) и выпуск - 220° (от 260° до 120°).
Секции размещены симметрично относительно центра масс двигателя, а движение их механизмов происходит в противофазах вследствие чего двигатель полностью уравновешен. Важным следствием синхронности протекания процессов является то, что равнодействующая всех сил, действующих на центральный
шарнир, равна нулю; равно нулю и силовое взаимодействие зон сопряжений шарнира с корпусом и поверхностей его паза с заслонками (силовое взаимодействие уплотнительных пластин пренебрегается), а это сводит к нулю потери на трение, а отсутствие напряжений в шарнире дает возможность изготовления его из керамических или композиционных материалов с малым пределом прочности.
В отличие от поршневых двигателей, роторно-поршневых двигателей типа Ванкеля и прототипа в заявляемом двигателе в течение всего процесса расширения давления газов F=∆P⋅∆S на ротор изменяется незначительно, так как по мере убывания давления ∆Р увеличивается активная площадь роторов ∆S. Это устраняет ударные нагрузки на роторы, подшипники и обеспечивает мягкость работы двигателя.
Очистка остаточных газов в двигателе начинается не из всего рабочего объема, а из полости камеры сгорания, причем так, что в процессе продувки предварительно сжатая смесь выталкивает их из камеры сгорания. При таком способе можно добиться почти полного удаления остаточных газов без утечки горючей смеси.
В двигателе создается высокая степень смесеобразования, что способствует более полному сгоранию топлива, а значит повышению КПД и снижению токсичности отработанных газов, он снабжен эффективным
механизмом радиального уплотнения, в нем снижены механические потери на трение в рабочих органах
(роторы обкатываются со скольжением по цилиндрам с малым их силовым взаимодействием), рабочие органы имеют цилиндрическую форму и могут изготовляться на тех же станках и линиях, что и поршневые
двигатели.
Длительность протекания процессов впуска, сжатия, расширения, выпуска зависит от величины расположения угла золотника в корпусе. Который можно менять в большом интервале (120°-260°), что при конструировании позволяет для каждого конкретного двигателя выбрать такие оптимальные длительности протекания процессов, при которых двигатель будет работать наиболее эффективно - иметь наибольшую
удельную мощность при самом высоком КПД.
4
BY 1942 C1
Фиг. 2
5
BY 1942 C1
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
265 Кб
Теги
патент, by1942
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа