1. Двигатель (20), приводимый средой под давлением, подаваемой из внешнего источника давления, содержащий корпус (26) двигателя с рабочей камерой (21), которая разделена посредством поршня (30') на камеру (21а) давления и камеру (21b) выпуска, причем поршень (30') установлен с возможностью поворота вокруг второй оси (30d), параллельно первой оси (28с); роторную часть (28), установленную с возможностью вращения вокруг первой оси (28с) и управляющую открытием и закрытием впускного отверстия (28а) камеры (21а) давления; шарнирную часть (29), прилегающую уплотненным образом к невыступающему участку (21d) окружной стенки (21с) рабочей камеры (21), причем поршень (30', 30") образован изогнутой по дуге пластиной, которая одним концом смонтирована с возможностью поворота на роторной части (28), а другим концом прилегает уплотненным образом к окружной стенке (21с) рабочей камеры (21), при этом поршень (30', 30") установлен с возможностью поворота вперед и назад в рабочей камере (21), по направлению к периферийной поверхности роторной части (28) и от нее, управляемой средой под давлением; статорную часть (31), образующую осевую подающую трубу для подачи среды под давлением к роторной части (28), причем отверстие (31а) в статорной части взаимодействует с впускным отверстием (28а) в роторной части (28) для подачи среды под давлением в камеру (21а) давления, а первая ось (28с), вокруг которой вращается роторная часть (28), расположена эксцентрично по отношению к главной оси (20с) рабочей камеры (21), при этом в стенке корпуса (26) двигателя выполнено постоянно открытое выпускное окно (27) для выпуска среды из камеры (21b) выпуска рабочей камеры (21).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторная часть (28) с шарнирной частью (29) снабжена двумя поворачивающимися вперед и назад пластинами, образующими поршень (30', 30"), которые размещены на диаметрально противоположных сторонах указанной роторной части.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что пластина, образующая поршень (30'; 30"), снабжена дуговой вогнутой нагнетающей поверхностью (30b), выполненной с возможностью уплотненного прилегания к периферийной поверхности роторной части (28), и дуговой выпуклой задней поверхностью (30с), прилегающей уплотненным образом к внутренней стенке (21с) корпуса (26) двигателя.

4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предусмотрены одна или более отдельных полостей, расположенных по одной линии с центральной осью (20с) двигателя (20), каждая из которых образует рабочую камеру (21), причем впускные отверстия (28а) указанных рабочих камер (21), выполненные в роторной части (28), расположены с угловым смещением относительно друг друга.

 

(57) Реферат / Формула:
Двигатель (20), приводимый средой под давлением, подаваемой из внешнего источника давления, содержащий корпус (26) двигателя с рабочей камерой (21), которая разделена посредством поршня (30') на камеру (21а) давления и камеру (21b) выпуска, причем поршень (30') установлен с возможностью поворота вокруг второй оси (30d), параллельно первой оси (28с); роторную часть (28), установленную с возможностью вращения вокруг первой оси (28с) и управляющую открытием и закрытием впускного отверстия (28а) камеры (21а) давления; шарнирную часть (29), прилегающую уплотненным образом к невыступающему участку (21d) окружной стенки (21с) рабочей камеры (21), причем поршень (30', 30") образован изогнутой по дуге пластиной, которая одним концом смонтирована с возможностью поворота на роторной части (28), а другим концом прилегает уплотненным образом к окружной стенке (21с) рабочей камеры (21), при этом поршень (30', 30") установлен с возможностью поворота вперед и назад в рабочей камере (21), по направлению к периферийной поверхности роторной части (28) и от нее, управляемой средой под давлением; статорную часть (31), образующую осевую подающую трубу для подачи среды под давлением к роторной части (28), причем отверстие (31а) в статорной части взаимодействует с впускным отверстием (28а) в роторной части (28) для подачи среды под давлением в камеру (21а) давления, а первая ось (28с), вокруг которой вращается роторная часть (28), расположена эксцентрично по отношению к главной оси (20с) рабочей камеры (21), при этом в стенке корпуса (26) двигателя выполнено постоянно открытое выпускное окно (27) для выпуска среды из камеры (21b) выпуска рабочей камеры (21).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторная часть (28) с шарнирной частью (29) снабжена двумя поворачивающимися вперед и назад пластинами, образующими поршень (30', 30"), которые размещены на диаметрально противоположных сторонах указанной роторной части.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что пластина, образующая поршень (30'; 30"), снабжена дуговой вогнутой нагнетающей поверхностью (30b), выполненной с возможностью уплотненного прилегания к периферийной поверхности роторной части (28), и дуговой выпуклой задней поверхностью (30с), прилегающей уплотненным образом к внутренней стенке (21с) корпуса (26) двигателя.

4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предусмотрены одна или более отдельных полостей, расположенных по одной линии с центральной осью (20с) двигателя (20), каждая из которых образует рабочую камеру (21), причем впускные отверстия (28а) указанных рабочих камер (21), выполненные в роторной части (28), расположены с угловым смещением относительно друг друга.

 

---

009760
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к двигателю, приводимому в действие средой под давлением, подаваемой из внешнего источника давления, содержащему корпус двигателя с рабочей камерой, которая разделена посредством поршня на камеру давления и камеру выпуска, причем роторная часть установлена с возможностью вращения вокруг первой оси, расположенной эксцентрично по отношению к главной оси рабочей камеры, и управляет открытием и закрытием впускного окна камеры давления, а поршень установлен с возможностью поворота относительно второй оси, параллельной первой оси.
Предшествующий уровень техники
Патентные документы US 3871337 и GB 1578644 описывают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания. Оба двигателя снабжены роторной частью, которая может вращаться в круговой полости в корпусе двигателя вокруг оси, расположенной концентрически с главной осью корпуса двигателя.
В патенте US 3871337 описаны четыре рабочие камеры, размеры каждой из которых ограничены областью в 90° в пределах радиального размера роторной части в корпусе двигателя. В двигателе внутреннего сгорания рабочие камеры выполняют по очереди каждый из четырех тактов. В каждой рабочей камере работает поршень в виде плоской пластины, шарнирным образом прикрепленной к роторной части. Каждая пластина совершает вынужденное поворотное движение вперед и назад в ограниченной области в рабочей камере роторной части.
Патент GB 1578644 описывает двигатель сходного типа, снабженный шестью рабочими камерами.
Известное решение предусматривает двигатель с расширением, т.е. простой однотактный двигатель, приводимый в действие давлением, обеспечиваемым средой под давлением, такой как газ, воздух, пар или гидравлическая среда. Роторная часть приводится во вращение посредством поршня, создавая движущую силу, которая отбирается от приводного вала, являющегося продолжением роторной части. Известным способом роторная часть может вращаться вокруг оси, которая расположена эксцентричным образом в корпусе двигателя, и таким образом имеет возможность в ограниченной области на периферии роторной части образовывать вращающееся уплотнение по внутренней стенке корпуса двигателя, в то время как другие краевые области ротора не закрыты от остающейся полости, образующей реальную рабочую камеру. Поршень разделяет доступную рабочую камеру на камеру давления и камеру выпуска.
Патент № 107036 описывает однотактный двигатель с цилиндрической полостью и роторной частью, которая эксцентрично расположена в соответствующей полости. Роторная часть несет образующую поршень пластину, толкаемую пружиной сжатия в радиальном направлении ротора с обеспечением скользящего прилегания к краевой стенке полости. Как результат использования перемещающейся в радиальном направлении и образующей поршень пластины роторной части, роторная часть с неизбежностью занимает большой участок полости в корпусе двигателя, что ведет к существенному ограничению объема рабочей камеры, и, соответственно, ограничивается возможность осевого движения образующей поршень пластины.
В международной публикации WO 03/012259 описан однотактный двигатель с нецилиндрической полостью в корпусе двигателя. В корпусе двигателя размещена с возможностью вращения цилиндрическая роторная часть, образующая поршень двигателя, крутящий момент которой обеспечивается средой под давлением. В дополнение к этому, в корпусе двигателя один конец пластины установлен с возможностью поворота таким образом, что противоположный конец может поворачиваться вовнутрь по направлению к роторной части для того, чтобы обеспечить уплотненное прилегание к вращающейся роторной части, управляемое силой давления среды под давлением. Пластина искривлена в продольном направлении, что позволяет ей при повороте назад и вперед в корпусе двигателя образовывать скользящее герметичное уплотнение с роторной частью. Пластина открывает и закрывает радиальное внешнее окно для подачи среды под давлением в камеру давления двигателя, в то время как роторная часть сходным образом закрывает и открывает радиальное внутреннее окно для вывода отработанной среды из камеры выпуска. Образующая поршень роторная часть с цилиндрической краевой поверхностью, цилиндрическая по форме, не может обеспечить удовлетворительное использование энергии, подаваемой в двигатель. Вдобавок решение нуждается в рабочей камере сложной формы, т.е. приблизительно в форме восьмерки. Более того, относительно большие размеры роторной части и пластины обеспечивают относительно малое использование объема рабочей камеры.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение более простого и более эффективного решения по сравнению с решением, раскрытым в международной публикации WO 03/012259, которое отражает наиболее очевидным образом уровень техники.
Двигатель согласно изобретению отличается тем, что роторная часть известным способом прилегает с уплотнением к участку окружной стенки рабочей камеры, причем поршень образован изогнутой по дуге пластиной, которая одним концом смонтирована с возможностью поворота на роторной части, а другим концом прилегает уплотненным образом к окружной стенке рабочей камеры, при этом поршень установлен с возможностью поворота вперед и назад в рабочей камере, по направлению к периферийной поверхности роторной части и от нее, управляемого средой под давлением.
Посредством использования в изобретении цилиндрической полости в двигателе взамен полости в
- 1 -
009760
форме восьмерки, и посредством использования поршня, образованного поворачивающейся вперед и назад пластиной, взамен поршня, образованного действующей роторной частью, достигается несколько преимуществ.
Например, с выполненной простым образом относительно объемной рабочей камерой и с полезным движением поршня относительно роторной части возможно особенно эффективное использование рабочей камеры. Благодаря, помимо прочего, тому факту, что изогнутая пластина имеет вогнутую нагнетающую поверхность, достигается полезное увеличение радиальной протяженности поршня при одновременном расширении камеры давления, таким образом приводя к большому моменту при относительно большом угле поворота. Соответственно, достигается полезное уменьшение уравновешенной по отношению к давлению выпуклой задней поверхности при удалении отработанной среды из камеры выпуска. В этой связи значительное преимущество состоит в том, что окно для вывода отработанной среды из полости в корпусе двигателя постоянно открыто, таким образом позволяя производить вывод удобным способом в уравновешенной по давлению камере выпуска.
В пассивном рабочем положении вогнутая нагнетающая поверхность поршня может уплотненным образом прилегать к соответствующему выпуклому участку роторной части, а выпуклая задняя поверхность может уплотненным образом прилегать к внутренней цилиндрической стенке полости в узком промежутке между корпусом двигателя и роторной частью. Это означает, что роторная часть с соответствующей поршневой частью простым образом выполнены с возможностью обеспечения уплотнения относительно внутренней стенки полости, в особенности при указанном пассивном рабочем положении поршня.
Двигатель согласно изобретению далее отличается тем, что статорная часть образует осевую подающую трубу для подачи среды под давлением к роторной части, причем отверстие в статорной части взаимодействует с впускным отверстием в роторной части для подачи среды под давлением в рабочую камеру, а в стенке корпуса двигателя выполнено постоянно открытое выпускное окно для выпуска среды из рабочей камеры.
Это решение обеспечивает выгодный поток среды под давлением из статорной части радиально внутрь в рабочую камеру через роторную часть. В то же время достигается выгодное управление впускным отверстием ротора посредством вращения роторной части относительно статорной части. Постоянно открытый выпуск из рабочей камеры сходным образом обеспечивает выгодный поток отработанной среды радиально наружу из рабочей камеры.
Эффективность двигателя по изобретению легко может быть увеличена путем дальнейшего увеличения емкости двигателя.
Предпочтительным вариантом в этой связи является снабжение роторной части двумя поворачивающимися вперед и назад пластинами, образующими поршень, размещенными на диаметрально противоположных сторонах роторной части.
Второй предпочтительный вариант предусматривает наличие одной или более отдельных полостей, расположенных по одной линии с центральной осью двигателя, каждая из которых образует рабочую камеру, причем впускные отверстия указанных рабочих камер, выполненные в роторной части в виде накопительного рукава, расположены с угловым смещением относительно друг друга.
Перечень фигур чертежей
Дальнейшие особенности настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующего описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, где
на фиг. 1 изображен перспективный вид двигателя по изобретению, снабженного тремя отдельными рабочими камерами, образованными полостями,
на фиг. 2 изображен перспективный вид промежуточной камеры,
на фиг. 3 изображен общий вид поперечного сечения рабочей камеры в двигателе,
на фиг. 4 изображен перспективный вид статорной части, образующей подающую трубу для подачи среды под давлением через роторную часть в рабочую камеру,
на фиг. 5 изображен перспективный вид роторной части с соответствующим выходящим приводным валом,
на фиг. 6 изображен перспективный вид шарнирной части ротора для поршней ротора.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 двигатель 20 по изобретению изображен с впускным отверстием 20а для среды под давлением на одном конце и с выходящим приводным валом 20b на противоположном конце. Двигатель 20 выполнен как однотактный двигатель, приводимый в действие средой под давлением, подаваемой из внешнего источника среды под давлением. Например, приводное давление может быть передано в роторную часть посредством газа, воздуха, пара или гидравлической среды.
Как изображено на фиг. 3, двигатель состоит из четырех главных компонентов: корпус 26 двигателя, статорная часть 31, роторная часть 28 с соответствующей шарнирной частью 29 и два поршня 30.
В соответствии с вариантом осуществления, изображенным на фиг. 1, использованы три секции двигателя на одной линии с осью двигателя, но на практике по необходимости может быть использована единственная секция двигателя, или две или более таких секций двигателя, соответствующим образом
- 2 -
009760
расположенных вдоль одной линии. В данном случае двигатель 20 снабжен тремя цилиндрическими полостями, каждая из которых образует рабочую камеру 21, расположенные по одной линии в общем цилиндрическом корпусе 26 двигателя.
В целом корпус 26 двигателя состоит из передней камеры 22а и двух промежуточных камер 22, соединенных между собой, вместе с задней пластиной 23, посредством сквозных болтов (не показаны) в отверстиях 20d.
На фиг. 2 изображена промежуточная камера 22, которая образует цилиндрический рукав и определяет цилиндрическую полость в радиальном и осевом направлениях. Передняя камера 22а отличается от промежуточных камер 22 тем, что имеет подшипники (не показаны) для установки ротора 28.
Передняя камера 22а и каждая из промежуточных камер 22 снабжены по краям вырезом, который образует соответствующее выпускное окно 27 корпуса 26 двигателя. Выпускное окно 27 постоянно открыто для удаления отработанной среды из соответствующей камеры 21b выпуска в корпусе 26 двигателя.
Момент ротора 28 обеспечивается оптимальным для значительного угла поворота, например 120° для каждого из поршней 30 на один поворот и, таким образом, полный момент ротора 28 в шести камерах 21а давления является, соответственно, оптимальным в пределах 360° поворота. Таким образом достигается оптимальное использование среды под давлением, подаваемой в указанном угле вращения в 360°, при этом при работе двигателя вибрация минимальна. Составные части двигателя и конструкция двигателя разработаны так, что все составные части могут быть легко изготовлены на автоматизированном оборудовании. Также очень легко собирать и разбирать двигатель, в большинстве случаев это может быть сделано без использования специальных инструментов. Нет нужды в пусковом двигателе и в маховике. Двигатель очень хорошо и гладко работает при трех и более поршнях.
В промежуточных камерах 22, как изображено на фиг. 2, выполнена проточка 25 для размещения центральной части 28b роторной части 28.
В задней пластине 23, как изображено на фиг. 1, имеется проточка 23а для размещения одного конца статорной части 31, снабженной впускным отверстием 20а для среды под давлением. Статорная часть 31 выполнена полой и образует внутреннюю подающую трубу для подачи среды под давлением от впускного отверстия 20а к роторной части 28.
На фиг. 3 изображены корпус 26 двигателя, статорная часть 31, роторная часть 28 с шарнирной частью 29. Роторная часть 28 и шарнирная часть 29 соединены шпонками. Шпонки помещаются в шпоночные канавки 28d на роторной части и в шпоночные канавки 29d на шарнирной части 29. Поршни 30, которые прикреплены к шарнирной части 29 с возможностью поворота вокруг осей 30d, прикрепляются к роторной части 28 шпонками, соответствующими канавкам 28d на роторной части 28. Шарнирная часть 29 с шарнирно прикрепленными поршнями 30', 30" образует поверхности уплотнения по внутренней стенке корпуса 26 двигателя на участке 21d. Шарнирная часть 29 также имеет вырез для размещения поршней 30', 30", которые по очереди образуют поверхность уплотнения по внутренней стенке 21d корпуса 26 двигателя, когда поршни 30', 30" приходят в полностью повернутое внутрь положение.
Роторная часть 28 и соответствующая статорная часть 31 проходят в осевом направлении через каждую из камер 21 в корпусе 26 двигателя. Ось 28с вращения роторной части 28 и концентрическая ее центральная ось 28с статорной части 31 расположены эксцентрично по отношению к главной оси 20с корпуса 26 двигателя.
На фиг. 5 роторная часть 28 изображена в виде цилиндрического рукава с валом 20b. В стенке рукава роторной части 28 выполнены шесть сквозных отверстий 28а, которые сообщаются с отверстиями 29а в шарнирной части 29 и выходят непосредственно в соответствующие камеры 21 а давления.
На фиг. 4 изображена статорная часть 31 с тремя отверстиями 31а, расположенными вдоль одной линии по оси в продольном направлении статорной части. В определенных угловых положениях каждое из отверстий 28а в роторной части 28 последовательно сообщается с соответствующим неподвижным отверстием 31а в статорной части 31.
Поршневая часть 30, которая подробно изображена на фиг. 6, снабжена на своем внешнем конце двумя поддерживающими роликами 30а, которые обеспечивают качение и уплотнение относительно внутренней стенки 21 с корпуса 26 двигателя. Поворот поршневой части 30 назад и вперед по отношению к роторной части 28 происходит относительно оси 30d на шарнирной части 29, проходящей параллельно оси 28с вращения роторной части 28. Образующая поршень пластина 30 снабжена вогнутой нагнетающей поверхностью 30b, обращенной к камере 21а давления или к шарнирной части 29, а также снабжена соответствующей выпуклой задней поверхностью 30с, обращенной к камере 21b выпуска.
Когда поршень 30 роторной части 28 совершил поворотное движение вперед и назад по отношению к роторной части 28, поршень 30 в неактивном состоянии помещается в вырез 29с. В этом положении выпуклая задняя поверхность 30с поршня 30 обеспечивает уплотненное прилегание к цилиндрической внутренней стенке 21d корпуса 26 двигателя.
На фиг. 3 изображена шарнирная часть 29 с двумя поршневыми частями 30', 30". Поршневые части 30', 30" установлены с возможностью поворота на диаметрально противоположных сторонах шарнирной части 29. Это означает, что поршни 30', 30" могут функционировать в двух противоположных рабочих
- 3 -
009760
фазах при повороте роторной части (на 360°), причем каждый одновременно обеспечивает роторной части 28 эффективный момент в двух противоположных рабочих фазах.
На фиг. 3 также изображена поршневая часть 30' с оптимальной площадью сечения в радиальной плоскости роторной части 28, тогда как поршень 30" имеет минимальную площадь сечения в радиальной плоскости роторной части 28. В этом положении пластина 30" помещается в вырез 29с, допускающий движение участка 21d уплотнения корпуса 26 двигателя.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двигатель (20), приводимый средой под давлением, подаваемой из внешнего источника давления, содержащий корпус (26) двигателя с рабочей камерой (21), которая разделена посредством поршня (30') на камеру (21а) давления и камеру (21b) выпуска, причем поршень (30') установлен с возможностью поворота вокруг второй оси (30d), параллельно первой оси (28с); роторную часть (28), установленную с возможностью вращения вокруг первой оси (28с) и управляющую открытием и закрытием впускного отверстия (28а) камеры (21 а) давления; шарнирную часть (29), прилегающую уплотненным образом к невыступающему участку (21d) окружной стенки (21 с) рабочей камеры (21), причем поршень (30', 30") образован изогнутой по дуге пластиной, которая одним концом смонтирована с возможностью поворота на роторной части (28), а другим концом прилегает уплотненным образом к окружной стенке (21с) рабочей камеры (21), при этом поршень (30', 30") установлен с возможностью поворота вперед и назад в рабочей камере (21), по направлению к периферийной поверхности роторной части (28) и от нее, управляемой средой под давлением; статорную часть (31), образующую осевую подающую трубу для подачи среды под давлением к роторной части (28), причем отверстие (31а) в статорной части взаимодействует с впускным отверстием (28а) в роторной части (28) для подачи среды под давлением в камеру (21 а) давления, а первая ось (28с), вокруг которой вращается роторная часть (28), расположена эксцентрично по отношению к главной оси (20с) рабочей камеры (21), при этом в стенке корпуса (26) двигателя выполнено постоянно открытое выпускное окно (27) для выпуска среды из камеры (21b) выпуска рабочей камеры
(21).
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторная часть (28) с шарнирной частью (29) снабжена двумя поворачивающимися вперед и назад пластинами, образующими поршень (30', 30"), которые размещены на диаметрально противоположных сторонах указанной роторной части.
3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что пластина, образующая поршень (30'; 30"), снабжена дуговой вогнутой нагнетающей поверхностью (30b), выполненной с возможностью уплотненного прилегания к периферийной поверхности роторной части (28), и дуговой выпуклой задней поверхностью (30с), прилегающей уплотненным образом к внутренней стенке (21 с) корпуса (26) двигателя.
4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предусмотрены одна или более отдельных полостей, расположенных по одной линии с центральной осью (20с) двигателя (20), каждая из которых образует рабочую камеру (21), причем впускные отверстия (28а) указанных рабочих камер (21), выполненные в роторной части (28), расположены с угловым смещением относительно друг друга.
Фиг. 1
- 4 -
009760
- 5 -
009760
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 6 -