Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
КОНСТРУКЦИИ МАКАРОВА

Юрий Макаров

  Оставьте комментарий

Номер публикации патента: 2143079
Регистрационный номер заявки: 98103181

Создавался в плане дальнейшего развития и усовершенствования конструкций двигателей внутреннего сгорания вообще и роторно - поршневого двигателя конструкции Ванкеля в частности, который можно принять в качестве аналога, как наиболее близкий по конструкции.

Двигатель предназначен для использования во всех видах наземного и водного транспорта, легкомоторной авиации и стационарных силовых установках. При проектировании двигателя, за основу были взяты принципы пневмо-двигателя и пластинчатого гидравлического насоса высокого давления. Объединив которые в одной конструкции и удалось получить новый двигатель.

В рассматриваемой конструкции отсутствуют кривошипно-шатунный, поршневой и газораспределительный механизмы. А рабочий орган, ротор, имеет абсолютно круглую форму и равномерно вращается вокруг своей оси, чем и достигается хорошая уравновешенность всего агрегата. При этом одному полному обороту ротора соответствует один оборот вала, а не три, как в двигателе Ванкеля. Причем крутящий момент на валу создается путем приложения энергии расширяющихся газов к рабочим пластинам, расположенным в радиальных пазах по периметру ротора. За счет чего прикладываемая сила направлена по касательной к ротору, а плечо приложения силы, постоянно превышает его радиус. При этом внутренняя поверхность ротора может использоваться в качестве центробежного нагнетателя рабочей смеси, за счет чего достигается избыточное давление на всасывании, а и дополнительное охлаждение и подача смазки к рабочим пластинам, ротору и его подшипниковому узлу.

Благодаря отсутствию в двигателе газораспределительного механизма, использованию ротора в качестве центробежного нагнетателя и постоянного нахождения в фазе всасывания нескольких рабочих полостей мы полностью исключаем вредную пульсацию потока топливной смеси. А в связи с избыточностью давления на всасывании, возможности регулирования продолжительности этого такта в необходимых пределах, получаем стабильно высокие показатели наполнения, а следовательно крутящего момента и мощности во всем диапазоне рабочих оборотов двигателя.

Для достижения подобных результатов рассматриваемый двигатель воплотил в себе только лучшие стороны поршневого, роторно - поршневого и газотурбинного двигателей. А применив новые технические решения удалось значительно расширить диапазон решенных проблем стоящих в настоящее время перед двигателями внутреннего сгорания. В том числе:

1. использовать логичный, не противоречивый общий принцип построения и работы двигателя;

2. создать двигатель не имеющий деталей, совершающих возвратно-поступательные движения и жестко связанных с рабочим органом;

3. для достижения высокого крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя, обеспечить управление продолжительностью тактов всасывания и рабочего хода в необходимых пределах;

4. в целях повышения экономичности двигателя при частичных нагрузках, обеспечить наличие механизма плавного изменения рабочего объема в необходимых пределах, без изменения степени сжатия;

5. в целях улучшения наполнения рабочих полостей свежей топливно - воздушной смесью, использовать внутреннюю поверхность рабочего органа, ротора, в качестве центробежного нагнетателя.

6. для обеспечения оптимального процесса горения рабочей смеси, и соответственно снижения токсичности отработанных газов, обеспечить необходимую траекторию расширения продуктов сгорания во время тактов рабочего хода и выпуска проходящих в активной среде катализатора (опция);

7. в целях повышения коэффициента полезного действия и соотношения мощность / масса, обеспечить четыре полных такта - всасывание, сжатие, рабочий ход и выпуск, за один оборот вала при минимальных габаритах и массе двигателя;

8. обеспечить максимальную простоту конструкции при небольшом количестве деталей. А и простоту изготовления и сборки двигателя;

Внешний вид, внутреннее устройство и принцип действия двигателя представлены на чертежах 1-4:

Рис. 1 Внутреннее устройство двигателя. Разрез по плоскости разъема корпус-передняя крышка. Рис. 2 Двигатель, вид спереди. Рис. 3 Принцип передачи крутящего момента при изменении рабочего объема двигателя.  Рис. 4 Внутреннее устройство двигателя. Вид сбоку. Рассматриваемый двигатель состоит из трех основных частей. Корпуса (1) с рабочей полостью и выпускным коллектором (2). Ротора (3) с рабочими пластинами (4). Передней крышки двигателя (5) с расположенными на ней всасывающим коллектором (6), механизмами регулирования продолжительности фаз всасывания (7) и выпуска (8) (опции), а и механизмом плавного изменения рабочего объема двигателя (опция) - детали (9,10,11). Корпус является основной и самой крупной деталью двигателя. Его овальная в плане форма, обусловлена внутренней рабочей полостью, образованной двумя полусферами, которые формируют рабочие такты двигателя.

Форма полусфер может быть различной и зависит от характеристик которые необходимо получить от двигателя в каждом конкретном случае. Полусфера в которой проходят такты рабочего хода и выпуска, плавно переходит в выпускной коллектор, и являющегося частью корпуса. Всасывание рабочей смеси происходит в противоположной полусфере и осуществляется через всасывающий коллектор, расположенный в передней крышке двигателя. В передней части корпуса двигателя - в рабочей полости, располагается рабочий орган ротор с радиально расположенными "плавающими" рабочими пластинами. В задней части корпуса, за ротором, расположен одноступенчатый шестеренчатый редуктор, позволяющий во время работы двигателя непрерывно передавать основной поток крутящего момента, развиваемого рабочим органом на выходной вал двигателя, независимо от вертикальных перемещений ротора и ведущего вала при изменении рабочего объема двигателя. При этом ведущая шестерня (12) расположенная на оси ротора (13) перемещается по траектории с радиусом R, равным расстоянию между осями ротора и выходного вала двигателя (14). Обкатывая ведомую шестерню (15) расположенную на выходном валу двигателя по диаметру ее делительной окружности. Соответствующую траекторию перемещения задает узел изменения рабочего объема, боковые сопредельные стороны втулок (9 и 11) которого обработаны с кривизной соответствующих радиусов.

Это же устройство, при соответствующем подборе диаметров шестерен редуктора, выдерживает постоянной степень сжатия при изменении рабочего объема двигателя. Так как при перемещении оси ведущей шестерни от положения соответствующего минимальному рабочему объему при совпадении горизонтальных осей шестерни и колеса к максимальному, по траектории радиуса R, она совершает не только вертикальное, но и горизонтальное перемещение, увеличивая тем самым объем камеры сгорания в момент максимального сжатия.

Основной рабочий орган двигателя - ротор, имеет круглую форму и равномерно вращается вокруг своей оси, за счет чего достигается хорошая уравновешенность двигателя. При этом ротор, имеющий относительно большой диаметр, используется не только как рабочий орган и центробежный нагнетатель, а дополнительно выполняет роль маховика.

Всасывание, сжатие рабочей смеси, рабочий ход и выпуск отработанных газов, происходит за счет обкатывания "плавающими" рабочими пластинами радиально расположенными в роторе, внутренних поверхностей полусфер рабочей полости корпуса.

В первой полусфере протекают такты всасывания и сжатия рабочей смеси. При этом топливная смесь подается через отверстие в передней крышке и попадает в полость направляющей втулки (11). Откуда отсасывается вращающимся ротором попутно охлаждая и смазывая подшипниковый узел, рабочие пластины и сам ротор. И только после этого под избыточным давлением нагнетается во всасывающий коллектор. Для оптимального протекания процесса, продолжительность такта всасывания регулируется в необходимых пределах пластинчатым шибером, расположенным на передней крышке двигателя и регулирующего длину всасывающего коллектора.

После прохождения сжатой рабочей смеси мимо свечей зажигания (16), происходит ее воспламенение, а дальше во второй полусфере – расширение - рабочий ход и выпуск.

Для обеспечения лучшего воспламенения сжатой рабочей смеси, а и оптимального протекания процесса горения и получения минимальных показателей токсичности выхлопных газов, вся поверхность второй полусферы, включая выпускной коллектор, может быть покрыта слоем катализатора. Таким образом, весь процесс горения впервые протекает в активной среде катализатора. При этом энергия расширяющихся газов воздействует на рабочую пластину, создавая через нее крутящий момент, прикладываемый к ротору.

После прохождения пластиной начальной кромки выпускного коллектора образованной специальным шибером, регулирующим начало такта выпуска, отработанные газы начинают прорываться через коллектор в зону выхлопа, продолжая таким образом воздействовать на рабочую пластину до конца такта выпуска, но уже по принципу газотурбинного двигателя.

Передняя крышка является наиболее сложной и вместе с тем несущей деталью двигателя. На ней расположены всасывающий коллектор, шиберы систем регулирования продолжительности тактов всасывания, выпуска, а так же узел изменения рабочего объема двигателя, объединенный с единственным подшипниковым узлом консольно закрепленного в нем ротора. Передняя часть вала (13) расположенная в подшипниковом узле, выполняет функции несущего элемента ротора, и передает крутящий момент лишь для привода вспомогательных агрегатов ( помпа, генератор ..., закрепленных снаружи на передней крышке) и вращается в двух подшипниках качения (17) расположенных в подвижной втулке (9) механизма изменения рабочего объема. Подвижная втулка в свою очередь с помощью двух эксцентриков (10) вместе с подшипниковым узлом, валом и ротором, может перемещаться в определенных пределах внутри направляющей втулки (11) тем самым изменяя в заданных пределах объем заполняемый свежей топливной смесью (изменение рабочего объема двигателя). Вместе с крышкой (18) узла изменения рабочего объема двигателя, вся конструкция образует один общий и компактный блок: передняя крышка - ротор.

Для обеспечения необходимой компрессии, а и разделения рабочих сегментов ротора находящихся в различных рабочих тактах, необходимо надежное уплотнение между ними, обеспечиваемое рабочими пластинами специальной формы.

Основное усилие уплотнения создается за счет центробежной силы действующей на пластины и возникающей при вращении ротора с рабочими оборотами.

При вращении ротора со скоростью не обеспечивающей создание необходимой центробежной силы, например при запуске двигателя, необходимое усилие уплотнения создается плоской спиральной пружиной повторяющей траекторию движения рабочих пластин и вставляемую внутрь ротора. При этом для предотвращения от проворачивания, один конец пружины закреплен за переднюю крышку корпуса, а второй, внутренний свободен. Благодаря чему пружина постоянно находится в рабочем состоянии и постепенно раздвигаясь компенсирует износ рабочих пластин.

В данном описании схематично отражены все возможности, заложенные в конструкцию двигателя. А такие его функции, как использование ротора в качестве нагнетателя, изменение рабочего объёма и продолжительности фаз газораспределения являются опциями и демонстрируют дополнительные возможности конструкции. 
и предпочтительна иная система питания двигателя, когда форсунка будет располагаться на корпусе в районе свечей зажигания, обеспечивая таким образом систему непосредственного впрыска топлива.

Внимание! Буду рад получить рецензии на мою разработку и конструктивные предложения, в том числе о взаимовыгодном сотрудничестве.

Версия для печати
Автор: Юрий Макаров
P.S. Материал защищён.
Дата публикации 03.10.2006гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов