РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в роторных двигателях внутреннего сгорания транспортных средств.

Известны различные схемы роторных двигателей внутреннего сгорания и объемных машин. За прототип выбран роторный двигатель внутpеннего сгорания, который содержит полый корпус с боковыми крышками, установленный в его полости ротор с боковыми крышками, поршнем, газовыми и масляными уплотнениями, системы газораспределения, питания горючим и воздухом, охлаждения, смазки и пуска, при этом поршень выполнен в виде пластины, шарнирно связанной одним концом с цапфой, жестко закрепленной в роторе на поверхности рабочей камеры, выполненной в виде сектора с дуговым концом с радиусом, равным радиусу поршня от оси цапфы до концов его радиальный уплотнений, установленный на втором его конце, система газораспределения выполнена с окнами впуска и выпуска отработавших газов.

Основными недостатками прототипа являются:
- низкая надежность из-за больших контактных напряжений в сопрягаемых парах рычажного механизма, преобразующего угловые колебания поршня во вращение выходного вала;
- низкий механический КПД вследствие больших механических потерь в трущихся парах механизма, преобразующего угловые колебания поршня во вращение выходного вала, и системе газовых и масляных уплотнений, расположенных на большом удалении от оси вращения.

Задача изобретения - повышение надежности и механического КПД двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем полый корпус с боковыми крышками, установленный в его полости с боковыми крышками, поршнем, газовыми и масляными уплотнениями, системы газораспределения, питания горючим и воздухом, охлаждения, смазки и пуска, при этом поршень выполнен в виде пластины, шарнирно связанной одним концом с цапфой, жестко закрепленной в роторе на поверхности рабочей камеры, выполненной в виде сектора, с дуговым концом с радиусом, равным радиусу поршня от оси цапфы до концов его радиальных уплотнений, установленных на втором конце, система газораспределения выполнена с окнами впуска воздуха и выпуска отработавших газов, согласно изобретению, двигатель дополнительно снабжен нагнетателем, насос-форсунками, кулисным камнем и опорной осью, которая жестко установлена на боковой крышке корпуса, эксцентрично оси ротора, в поршне выполнен сквозной паз, не доходящий до его конца в одной боковой крышке ротора выполнено осевое отверстие, сопряженное с поверхностью боковой крышки корпуса, и в котором размещена опорная ось, кинематически связанная посредством кулисного камня со сквозным пазом поршня, окна впуска воздуха и выпуска отработавших газов выполнены из боковых крышках ротора и корпуса с возможностью совмещения, насос-форсунки установлены на поверхности второй боковой крышки ротора.

На фиг. 1 изображен роторный двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг 1; на фиг. 3 - схема расположения окон и насос-форсунок; на фиг. 4-7 - схемы термодинамических процессов; на фиг. 8 - силы, действующие на детали двигателя.

Двигатель содержит (см. фиг. 1, 2) полый корпус 1, имеющий окна 2 для движения охлаждающего воздуха, с боковыми крышками 3, 4. В крышке 3 выполнено окно 5 для впуска сжатого воздуха и рядом окно 6 для выпуска отработавших газов, установлены кольцевые газовые и масляные уплотнения 7, 8 и подшипник 9. К крышке 3 подсоединен нагнетатель 10, выпускной патрубок 11 которого соединен с окном 5. В крышке 4 выполнен осевой цилиндрический выступ 12, установлено кольцевое газовое и масляное уплотнение 13 и подшипник 14. В цилинрическом выступе 12, эксцентрично его оси, жестко установлена опорная ось 15.

В полости корпуса 1 установлен цилиндрический полый ротор 16, имеющий ребра 17 охлаждения, герметично закрытый боковыми крышками 18, 19. В полости ротора 16 образована рабочая камера 20. Крышка 18 выполнена совместно с выходным валом 21 и шестерней 22 привода нагнетателя 10 и обслуживающих агрегатов. В крышке 18 выполнены окна 23, 24, каждое из которых предназначено для впуска сжатого воздуха и выпуска отработавших газов. В крышке 19 выполнено осевое отверстие с кольцевым газовым и масляным уплотнением 25, сопряженным с цилиндрическим выступом 12, установлены насос-форсунки 26, 27. Ротор 16 опирается на подшипники 9, 14.

Поршень 28 выполнен в виде пластины с радиальными 29, 30 и торцевыми 31, 32 газовыми и масляными уплотнениями. Одним концом поршень 28 с помощью пальца 33 соединен с цапфой 34, выполненной на поверхности рабочей камеры 20. Вторым концом, выполненным по дуге, поршень 28 посредством радиальных уплотнений 29 контактирует с цилиндрической поверхностью рабочей камеры 20, выполненной радиусом, равным длине поршня от оси пальца 33 до концов его радиальных уплотнений 29, причем цилиндрическая поверхность поршня 28 расположена эквидистантно цилиндрической поверхности рабочей камеры, с которой он контактирует радиальными уплотнениями 29. В поршне 28 выполнен сквозной паз 35, не доходящий до его концов, в котором с возможностью перемещения помещен кулисный камень 36, установленный с возможностью вращения на опорную ось 15.

Взаимное размещение окон 23, 24 в крышке 18 и насос-форсунок 26, 27 в крышке 19 показано на фиг. 3. Поверхность рабочей камеры 20 выполнена радиусами АО и О₂С. Окна 23, 24 и насос-форсунки 26, 27 размещены симметричные линии О₂С, проходящей через точку О, в положении поршня 28, когда его продольная ось, проходящая через точки О₁О₂ перпендикулярна оси, проходящей через точки ОО₁, где: О - ось ротора 16; О₁ - ось опорной оси 15; О₂ - ось пальца 33.

В рабочей камере 20 ротора 16 образовано два рабочих объема (I, II), ограниченных плоскими рабочими поверхностями поршня 28, внутренними плоскими поверхностями крышек 18, 19 и цилиндрическими поверхностями рабочей камеры 20. Герметизируются рабочие объемы газовыми и масляными уплотнениями 7, 8, 25, 29, 30, 31, 32.

Роторный двигатель работает следующим образом (см. фиг. 4-7).

При равномерном вращении ротора 16 рабочие объемы I, II будут циклически изменяться благодаря тому, что поршень 28 в рабочей камере 20 совершает угловые колебания относительно ротора 16, опираясь на неподвижную опорную ось 15 и одновременно вращаясь совместно с ротором 16, т. к. один конец поршня 28 шарнирно соединен пальцем 33 с цапфой 34.

В рабочем объеме I при вращении ротора 16 последовательно протекают следующие процессы. При совмещении окна 24 с окном 5 (см. фиг. 4) сжатый нагнетателем 10 атмосферный воздух по каналу, образованному совмещенными окнами 24 и 5, заполняет рабочий объем. В дальнейшем при вращении ротора 16 при перекрытых окнах и уменьшающемся объеме воздух будет сжиматься и нагреваться и в определенный момент насос-форсунка 26 подает в рабочий объем горючее (см. фиг. 5). От температуры сжатого воздуха происходит воспламенение и сгорание горючего, что приводит к резкому увеличению давления и температуры газа в рабочем объеме. Начинается процесс расширения - рабочий ход (см. фиг. 6) при вращении ротора 16. При совмещении окна 24 с окном 6 происходит истечение отработавших газов в атмосферу и очистка рабочего объема. Далее процессы повторяются. Следовательно, в рабочем объеме протекают термодинамические процессы, характерные для поршневого двухтактного дизеля.

Такие же процессы и в той же последовательности протекают и в рабочем объеме II. В двигателе за один оборот выходного вала 21 происходит таким образом, два рабочих хода.

При совершении рабочего хода (см. фиг. 8) создается крутящий момент (М_кр), определяемый формулой:
М_кр = P_г1 ˙ АО₁ - P_г1 ˙ ВО₁.

Пуск двигателя осуществляется внешним источником механической энергии, который вращает выходной вал 21. Охлаждение ротора 16 воздушное. Охлаждаемый воздух проходит через окна 2 и омывает вращающиеся ребра 17. Смазка трущихся деталей производится известными способами.

Из описания следует, что предложенный двигатель в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами:
1. Более надежен в работе. Причины:
- Изменена силовая схема двигателя, в связи с чем уменьшены контактные напряжения в сопрягаемых парах, на которые воздействует поршень.

В предложенном двигателе поршень 28 опирается на опорную ось 15 и палец 33, в прототипе поршень опирается на вал, жестко соединенный с одним из концов поршня.

Уменьшен износ основных деталей механизма, преобразующего угловые колебания поршня во вращение выходного вала, так как уменьшены контактные напряжения в шарнирах, исключена трущаяся пара ползун - кольцевой паз. Уменьшен износ контактных газовых и масляных уплотнений, так как уменьшено их количество и диаметр размещения.

Исключен клапанный механизм газораспределения. В предложенном двигателе применен золотниковый механизм газораспределения.

2. Обладает более высоким механическим КПД из-за исключения трущейся пары ползун - кольцевой паз, обладающей повышенным трением; исключения клапанного механизма газораспределения; уменьшения диаметра кольцевых газовых и масляных уплотнений. (56) Патент Великобритании N 1329771, кл. F 1 F, опубл. 1973.

Патент ГДР N 136409, кл. F 01 C 1/02, опубл. 04.07.89.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит полый корпус с боковыми крышками, установленный в его полости ротор с боковыми крышками, поршнем газовым и масляными уплотнениями, системы газораспределения, питания горючим и воздухом, охлаждения, смазки и пуска. Поршень выполнен в виде платины, шарнирно связанной одним концом с цапфой, жестко закрепленной в роторе на поверхности рабочей камеры, выполненной в виде сектора, с дуговым концом, имеющим радиус равный радиусу поршня от оси цапфы до конца его радиальных уплотнений, установленных на втором его конце. Система газораспределения имеет окна впуска воздуха и выпуска отработавших газов. Двигатель дополнительно снабжен нагнетателем, насос-форсунками, кулисным камнем и опорной осью. Опорная ось жестко установлена на боковой крышке корпуса, эксцентрично оси ротора. В поршне выполнен сквозной паз, не доходящий до его конца, с уплотнениями. В боковой крышке ротора выполнено осевое отверстие, сопряженное с поверхностью боковой крышки корпуса, и в котором размещена опорная ось, кинематически связанная посредством кулисного камня со сквозным пазом поршня. Окна впуска воздуха и выпуска отработавших газов выполнены на боковых крышках ротора и корпуса с возможностью их совмещений. Насос-форсунки установлены на поверхности второй боковой крышки ротора. 8 ил.

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий полый корпус с боковыми крышками, установленный в его полости ротор с боковыми крышками, поршнем, газовыми и масляными уплотнениями , системы газораспределения, питания горючим и воздухом, охлаждения, смазки и пуска, при этом поршень выполнен в виде пластины, шарнирно связанной одним концом с цапфой, жестко закрепленной в роторе на поверхности рабочей камеры, выполненной в виде сектора с дуговым концом радиусом, равным радиусу поршня от оси цапфы до концов его радиальных уплотнений, установленных на втором его конце, система газораспределения выполнена с окнами впуска воздуха и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен нагнетателем, насос-форсунками, кулисным камнем и опорной осью, которая жестко установлена на боковой крышке корпуса, эксцентрично оси ротора, в поршне выполнен сквозной паз, не доходящий до его конца, в одной боковой крышке ротора выполнено осевое отверстие, сопряженное с поверхностью боковой крышки корпуса и в котором размещена опорная ось, кинематически связанная посредством кулисного камня со сквозным пазом поршня, окна впуска воздуха и выпуска отработавших газов выполнены на боковых крышках ротора и корпуса с возможностью совмещения, насос-форсунки установлены на поверхности другой боковой крышки ротора.