Роторно-лопастной двигатель Гридина Это прототип роторного двигателя Ванкеля, но автор считает, что его проект имеет более удачное решение – он технологичнее, дешевле и имеет много вариантов исполнения.
На двигатель разработана и прошла патентную чистоту (заявка № 2005129592) схема компрессионного уплотнительного контура. Она позволит создать необходимую компрессию в прямоугольной камере.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере, его наилучшее применение – в качестве секции многосекционного двигателя внутреннего сгорания. Оно может также использоваться как роторная машина объемного типа, пневмо- и гидромашина, при создании насосов, компрессоров, гидроприводов.
Задача изобретения – избавиться от вибрационных процессов, вызванных невозможностью уравновесить вращающиеся детали, предложить решение, позволяющее получать любые степени сжатия между двумя парами лопастных роторов и повысить плавность изменения угловых скоростей лопастных роторов, увеличить надежность механизма периодического изменения скоростей.
Новый двигатель содержит кольцевую рабочую камеру с впускными и выпускными отверстиями, торцовые крышки, выходной вал и лопастные роторы (разделяющие внутренний объем камеры на изолированные друг от друга сектора), свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей. Последний выполнен в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением, колесо которой жестко связано с лопастным ротором. Шестеренка располагается с торца двигателя, имеет неподвижную ось вращения и жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу, который имеет неподвижную ось вращения, находящуюся между осью шестеренки и полуосью кривошипа, и кинематическое соединение с ведущим валом.
Кроме того, кинематическое соединение осуществляется через жесткое крепление валов с направляющими на выходном валу или через зубчатую передачу двух и более зубчатых колес, одно из которых жестко закреплено на ведущем валу, а другие – на валах с направляющими.
Помимо этого, каждая пара лопастных роторов может иметь одну и более шестеренок с кривошипом, расположенных на одной торцовой крышке корпуса или на двух противоположных, и соответствующее количество валов с направляющими.
Анализ работы экспериментальной модели показывает, что двигатель отличается конструкцией механизма периодического изменения скоростей, он лишен вибрации, так как в его конструкции все детали уравновешиваются, он обеспечивает любые степени сжатия, которое зависит от расположения оси вращения вала с направляющей относительно оси шестеренки с кривошипом и полуосью кривошипа. Надежность двигателя достигается выбором схемы механизма периодического изменения скоростей, количеством необходимых узлов, составляющих этот механизм, и их размеров.
Двигатель содержит механизм периодического изменения скоростей, каждая пара лопастных роторов имеет жесткую связь с колесом зубчатой передачи, шестеренка которой жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу.
Работа двигателя осуществляется следующим образом. В рабочих камерах, между двумя парами лопастных роторов, одновременно проходят все циклы рабочего процесса двигателя: сжатие горючей смеси, сгорание, выхлоп и всасывание. В двигателе предусмотрены свеча зажигания и два отверстия, через одно из которых подается горючая смесь, а через другое удаляются отработанные газы. Движение в камере двух пар лопастных роторов происходит по кругу в одном направлении, причем в мертвой точке их угловые скорости одинаковы и равны половине угловой скорости вращения вала с направляющими. Угол между лопастными роторами в этой точке минимальный и определяется расположением оси вращения вала с направляющей относительно оси шестеренки с кривошипом и полуосью кривошипа. После прохождения мертвой точки одна пара лопастных роторов снижает угловую скорость до минимальной, а другая плавно набирает скорость.
Цикл повторяется через 360 градусов для вала с направляющими, при этом благодаря наличию между кривошипом и лопастными роторами понижающей зубчатой передачи лопастные роторы поворачиваются лишь на 180 градусов, обеспечивая полный цикл работы четырехтактного двигателя.
Схемы, обеспечивая работу двигателя в четырехтактном режиме, по совокупности признаков ведут к получению одного и того же технического результата, а именно к плавному изменению угловых скоростей между лопастными роторами, созданию между ними необходимой степени сжатия, обеспечивают передачу крутящего момента на ведущий вал.
Предлагается новая кинематическая схема роторно-лопастного двигателя (компрессора) и устройство его уплотнения, позволяющее осуществить необходимую компрессию в прямоугольной цилиндрической камере.
Двигатель, созданный на основе этой схемы, исключительно компактен, так, двигатель в 1,7 литра имеет форму цилиндра и размеры 22‑23 см в диаметре и 11‑12 см в длину, не имеет впускных и выпускных клапанов.
Схема может быть использована для создания разного рода компрессоров, газовых и водяных насосов.
В отличие от аналогичных двигателей, использующих для периодического изменения угловых скоростей, например, планетарные кривошипные механизмы или механизмы, выполненные на нецилиндрических шестеренках, предлагаемая мною схема лишена таких серьезных недостатков, как недостаточно малый угол схождения лопастей, обеспечивающий четырехтактному двигателю необходимую степень сжатия и увеличивающий КПД.
В отличие от схем, использующих кривошипные планетарные механизмы, предлагаемая кинематическая схема, уравновешена, надежна, компактна, технологична.
Эта схема многовариантна – то есть позволяет создать несколько вариантов двигателя на основе одного решения для разных условий его эксплуатации.
При использовании его в качестве четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в двигателе могут быть использованы новые материалы, например неупругие керамические или углепластиковые уплотнительные элементы, аналогичные по функциональному назначению уплотнительным кольцам поршневого двигателя, благодаря чему увеличивается износостойкость кольцевой камеры сгорания, уменьшаются потери на трение.
Предлагаемая схема компрессии позволяет поддерживать ее даже со значительным износом трущихся поверхностей уплотнительных элементов кольцевой рабочей камеры. Тем самым предполагается, что срок непрерывной эксплуатации такого двигателя будет в несколько раз выше по сравнению с поршневым.
В двигателе использованы новые идеи, отличающие его от существующих и аналогичных решений, он технологически прост в исполнении, его разработка перспективна, так как область его применения безгранична.
И, наконец, самое интересное и неожиданное решение ждет создателей автомобилей, так, на основе этого двигателя разработана схема многосекционного, многофункционального автомобильного двигателя, который при объеме в 4‑6 литра будет потреблять топливо при эксплуатации в городских условиях не более двухлитрового двигателя, т. к. все секции двигателя включаются в работу только при необходимости.
Автомобиль, имеющий такой двигатель, не нуждается в такой функциональной единице, как коробка передач, ее место занимает дифференциальная схема, соединяющая несколько секций в единый многофункциональный механизм.
Автомобиль, имеющий такой двигатель, не нуждается в такой функциональной единице, как сцепление, его место занимает система газораспределительных клапанов, обеспечивающая компрессионное сцепление и всю многофункциональную работу двигателя.
Такой автомобиль может иметь приятную функцию, экономящую топливо в режиме эксплуатации автомобиля в городских условиях. Эта функция связана с накоплением кинетической энергии автомобиля при его торможении в виде сжатого воздуха и использовании его при последующем разгоне автомобиля.
Автор предполагает, что в самое ближайшее время он может вытеснить с рынка поршневой двигатель внутреннего сгорания.
Ванкеля двигатель, роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), конструкция которого разработана в 1957 инженером Ф. Ванкелем (F. Wankel, ФРГ). Особенность двигателя – применение вращающегося ротора (поршня), размещенного внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Установленный на валу ротор жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объемы камер в цилиндре. Такая конструкция позволяет осуществить четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого ДВС.
Практическое применение получили двигатели с трехгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: r:R = 2/3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.
Масса и габариты В. д. в 2‑3 раза меньше соответствующих им по мощности ДВС обычной схемы. Серийный выпуск двигателей осуществляется в ФРГ, Японии, США.
Источник: http://www.eprussia.ru |
