РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B53/00 F02B55/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами и может быть использовано в отраслях промышленности, выпускающих силовые установки, в том числе для транспортирующих средств.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус и ротор, вращающийся внутри цилиндра [1] Ротор представляет собой цилиндрический элемент, на периферии которого по всей длине элемента выполнены две спиральные канавки. На внутренней поверхности корпуса расположены спиральные кулачки, взаимодействующие с канавки на роторе. На одном конце корпуса расположено устройство для введения горючей топливной смеси в цилиндр и устройство, воспламеняющее топливную смесь в спиральных канавках ротора. На противоположном конце цилиндра расположено устройство для выпуска продуктов сгорания из цилиндра.

Недостатком указанного двигателя являются сложность его конструкции, большая трудоемкость изготовления на внутренней поверхности цилиндра спиральных кулачков, ограниченные технологические возможности двигателя, обусловленные невозможностью регулирования рабочего объема и степени сжатия топливной смеси и расширения отработавших газов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является роторный двигатель внутреннего сгорания [2]
Указанный двигатель содержит два тороидальных кожуха (корпуса), образующих круговые камеры, в которых размещены роторы, жестко закрепленные на полуосях, поворотных вокруг центра корпуса. С роторами соединены поршни, скользящие во время вращения роторов вдоль стенок круговых камер, снабженных клапанами, а также окнами всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов.

Недостатками указанного двигателя является невысокая надежность из-за сложности и громоздкости конструкции, высокая материалоемкость, обуславливающая низкую удельную мощность, невозможность регулирования рабочего объема двигателя и степени сжатия топливной смеси, что ограничивает технологические возможности двигателя.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка конструкции двигателя внутреннего сгорания, имеющего при минимальных габаритах высокую надежность и высокую удельную мощность, допускающего регулировку рабочего объема, степени сжатия топливной смеси, степени расширения взорванной смеси.

Поставленная задача решается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий тороидальный корпус с окнами всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов и размещенный в нем с возможностью вращения вокруг оси тора ротор, дополнительно снабжен расположенным в корпусе радиальным разделительным кольцом, установленным на роторе и закрепленным на корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси, а ротор выполнен в виде коаксиального с корпусом тора, на периферии которого размещены спиральные канавки, взаимодействующие с радиальным разделительным кольцом, при этом окна всасывания и выпуска расположены по разные стороны от радиального разделительного кольца и выполнены с возможностью регулировки их расстояния от оси вращения тора. Количество и спиральных канавок не менее четырех, и они выполнены таким образом, что за один оборот ротора вокруг оси вращения тора радиальное разделительно кольцо совершает поворот на 1/n часть оборота.

Двигатель также снабжен размещенным в корпусе и закрепленным на удельной от оси вращения тора стенке корпуса диаметральным разделительным кольцом, ширина которого не менее глубины спиральной канавки на роторе. Выполнение ротора двигателя в виде коаксиального тороидального корпуса тора, на периферии которого выполнено несколько спиральных канавок, и размещение на роторе радиального разделительного кольца, взаимодействующего со спиральными канавками, обеспечивает получение нескольких разновеликих рабочих объемов внутри корпуса, ограниченных противоположными торцами разделительного кольца, при этом наибольшие объемы будут между участками торцев, наиболее удаленными от оси образующих двигатель торов, а наименьшее между наиболее приложенными к оси торов участками торцев. Осуществление поворота вокруг своей оси радиального разделительного кольца при вращении ротора внутри корпуса вызывает изменение заключенных между одними и теми же участками торцев радиального кольца объемов. Это обеспечение сжатие поступившей при большом объеме канавки топливной смеси и возможностью резкого расширения взорванной в месте максимального сжатия смеси с передачей импульса энергии взорванной смеси на ротор для обеспечения его вращения для повторения описанного цикла.

Установка внутри корпуса диаметрального разделительного кольца обеспечивает разделение области всасывания и сжатия топливной смеси от области расширения и выпуска отработавших газов.

Таким образом, указанное выполнение двигателя обеспечивает его компактность и простоту конструкции. В двигателе отсутствует возвратно-поступательное движение деталей, полностью отсутствует система газораспределения, что исключает необходимость в использовании клапанов. Двигатель имеет высокую надежность и высокую удельную мощность, допускает возможность регулировки рабочего объема и степени сжатия топливной смеси путем регулировки расстояния окон всасывания и выпуска от оси вращения тора, а это позволяет использовать различие виды топлива и расширяет технологические возможности двигателя.

На фиг.1 вид роторного двигателя в разрезе; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 "С" вид сбоку двигателя без крышки; на фиг.4 сечение по окну выпуска отработавших газов; на фиг.5 сечение по окну для всасывания топливной смеси; на фиг.6 последовательные положения ротора при его повороте на один оборот вокруг оси тора. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус тороидальной формы, выполненный из двух жестко скрепляемых частей: верхней 1 и нижней 2. В корпусе размещен ротор 3, также имеющий тороидальную форму. На периферийной поверхности ротора 3 выполнено несколько спиральных канавок 4. На роторе 3 установлено радиальное разделительное кольцо 5, состоящее из секторов, посадочные части 6 которых повторяют контуры канавок 4 ротора 3, а периферийные части снабжены зубчатым венцом 7 и размещены в корпусе 1, 2 с возможностью в нем кольца 5 вокруг своей неподвижной оси.

Полость между ротором 3 и корпусом 1, 2 делится радиальным разделительным кольцом 5 на части по количеству спиральных канавок, объемы которых различны: наименьший в зоне, приближенной к оси вращения тора, и наибольший в зоне удаленной от нее.

Количество спиральных канавок 4 должно быть не менее четырех, так как при меньшем количестве не будет обеспечивающей работоспособность двигателя разницы между объемами частей канавок, заключенными между участками торцев радиального разделительного кольца 5, приближенными к оси вращения тора и удаленными от нее.

В полости корпуса 1, 2 также размещено диаметральное разделительное кольцо 8 для разделения области всасывания и сжатия топливной смеси и области расширения и выпуска отработавших газов. Ширина кольца 8 соответствует глубине спиральной канавки 4 на роторе 3. Кольцо 8 закреплено на удаленной от оси вращения тора поверхности полости корпуса, а в роторе 3 выполнена кольцевая диаметральная расточка для размещения в ней кольца 8.

В верхней части 1 корпуса рядом с радиальным разделительным кольцом 5 в зоне, удаленной от оси вращения тора, на разных расстояниях от этой оси выполнено несколько окон 9 для выпуска отработавших газов.

В нижней части корпуса со стороны противоположного торца радиального разделительного кольца 5 в зоне, удаленной от оси вращения тора, на разных расстояниях от этой оси выполнено несколько окон 10 для всасывания топливной смеси. В этой же части корпуса в зоне, приближенной к оси вращения тора, расположена свеча 11 зажигания сжатой топливной смеси, а в нижней зоне выполнено окно 12 подвода сжатого воздуха для запуска двигателя. Окно 9 и 10 снабжены крышками 13 и 14 соответственно для их герметизации, что позволяет путем введения в работу того или иного из окон регулировать объем всасываемой топливной смеси и удаляемых отработавших газов.

Зубчатый венец 7 радиального разделительного кольца 5 взаимодействует с шестерней 15 отбора мощности, сидящей на валу 16 отбора мощности двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Для запуска двигателя через окно 12 подводят сжатый воздух, под действием которого ротор 3 начинает поворачиваться в полости корпуса 1, 2 вокруг оси вращения тора, а насаженное на ротор 3 кольцо 5 начинает вращаться.

Через окно 10 топливная смесь всасывается в канавку 4, имеющую в этой зоне наибольший объем, так как она наиболее удалена от оси вращения тора.

При повороте кольца 5 в направлении к оси тора объем канавки 4 уменьшается, и топливная смесь сжимается. В зоне максимального сжатия (наиболее приближенной к оси вращения тора) смесь взрывается от свечи зажигания 11 и, передав энергию вращения ротору 3, расширяется и заполняет расположенную над диаметральным разделительным кольцом 8 часть канавки, откуда, когда канавка подойдет к окну 9 выпуска отработавших газов, она выводится из двигателя.

За один оборот ротора 3 (см. фиг. 6) радиальное разделительное кольцо 5 сделает 1/n оборот (п-количество спиральных канавок 4). За п оборотов ротора 3 оно сделает полный оборот, а каждая из канавок 4 пройдет полный цикл изменения объема от самого малого до самого большого.

Изменение рабочего объема двигателя, степени сжатия топливной смеси и степени расширения отработавших газов может быть произведено путем использования окон 9 и 10, расположенных на другом расстоянии от оси вращения тора, при герметизации других окон 9 и 10 крышками 13 и 14.

Теоретические расчеты показывают, что предлагаемый двигатель по сравнению с аналогичным поршнем двигателем имеет значительно меньшие габаритные размеры. Например, роторный двигатель с рабочим объемом 1 2 л и степенью сжатия 8 имеет полный объем 35 л, что более чем вдвое ниже, чем у поршневого двигателя с такими же техническими характеристиками.

Использование: отрасли промышленности, выпускающие силовые установки, в том числе для транспортных средств. Сущность изобретения: двигатель содержит тороидальный корпус, в котором размещен коаксиальный ему тороидальный ротор. На периферии последнего выполнено не менее четырех спиральных канавок, взаимодействующих с установленным на роторе радиальным разделительным кольцом, закрепленным в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси. По разные стороны от радиального разделительного кольца размещены окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов, выполненные с возможностью регулирования их расстояния от оси вращения тора. В корпусе также расположено диаметральное кольцо, закрепленное на удаленной от оси вращения тора стенке корпуса. Ширина диаметрального кольца не менее глубины спиральной канавки на роторе. Радиальное разделительное кольцо снабжено зубчатым венцом, взаимодействующим с шестерней, сидящей на валу отбора мощности. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий тороидальный корпус с окнами всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов и ротор, размещенный в корпусе с возможностью вращения вокруг оси тора, отличающийся тем, что двигатель снабжен расположенным в корпусе радиальным разделительным кольцом, установленным на роторе и закрепленным на корпусе с возможностью вращения вокруг оси, ротор выполнен в виде коаксиального с корпусом тора, на периферии которого размещены спиральные канавки, взаимодействующие с радиальным разделительным кольцом, при этом окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов расположены по разные стороны от радиального разделительного кольца. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что спиральные канавки выполнены таким образом, что за один оборот ротора вокруг оси вращения тора радиальное разделительное кольцо совершает поворот на 1/n ч. оборота, где n количество спиральных канавок, причем их количество должно быть не менее четырех. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен размещенным в корпусе и закрепленным на удаленной оси вращения тора стенке корпуса диаметральным разделительным кольцом, ширина которого не менее глубины спиральной канавки на роторе. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов выполнены с возможностью регулировки их расстояния от оси вращения тора.