РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02B53/00 

Роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) может использоваться в наземном, воздушном и водном транспорте и других силовых установках.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (US, патент 2977939, кл. F 01 C 1/20, 1961 г.), содержащий корпус, во внутренней полости которого установлены ротор в виде зубчатого вала и затворы в виде шлицевого вала. Эти конструктивные элементы образуют две секции - секцию впуска и секцию сжатия и камеру сгорания.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (US, патент 5605124, кл. F 02 B 53/00, 1997 г.), содержащий корпус, во внутренней полости которого расположены ротор в виде зубчатого колеса и затвор в виде шлицевого вала, при этом образующие затвора плотно касаются образующей ротора. Двигатель включает три секции, одна из которых выполняет впуск и сжатие топливной смеси, вторая служит камерой сгорания, а в третьей совершаются рабочий ход и выпуск отработанных газов.

Задачей изобретения является повышение КПД и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус, во внутренней полости которого установлены ротор в виде зубчатого вала, затвор в виде шлицевого вала и три секции, одна из которых - секция впуска и сжатия, вторая - сгорания, а третья - рабочего хода, все секции располагают на одной оси последовательно и сообщают между собой каналами, выполненными в роторе. При этом двигатель снабжен по меньшей мере еще одной секцией, например топливным насосом или гидронасосом, или секцией, где водяной пар, полученный от охлаждения двигателя и от тепла отработанных газов, производит дополнительную работу.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез роторной машины. Изображена секция, выполняющая такты работы двигателя "заполнение" и "сжатие".

На фиг. 2 изображена вторая секция РДВС, выполняющая функцию камеры сгорания.

На фиг. 3 изображена секция РДВС, выполняющая такты "рабочий ход" и "выпуск".

Роторный двигатель внутреннего сгорания состоит из нескольких секций, собранных по одной оси последовательно. В корпусе 3 выполнены три полости: одна центральная полость и две затворные. Первая секция выполняет такты "заполнения" и "сжатия". Она включает в себя расположенный в центральной полости ротор 2 в виде зубчатого вала, у которого зубья 1 (количество зубьев может быть больше двух) расположены между буртиками. Зубья, выполняющие функции поршней, закреплены неподвижно и расположены симметрично относительно оси. По этой причине не требуется наличие контрмасс.

Наружный диаметр зубчатого вала равен внутреннему диаметру центральной полости. В примыкающих полостях расположены затворы (ролики) 4 в виде шлицевых валов, которые имеют впадины 5. В теле зубьев выполнены каналы 6, сообщающие первую секцию со следующей секцией. Каналы впуска топливной смеси не показаны, они расположены в наружном буртике ротора.

В корпусе, роторе и затворах имеются каналы для охлаждающей жидкости. Вторая секция (фиг. 2) выполняет функцию камеры сгорания. Объем рабочих полостей второй секции 10 и 11 меньше объемов рабочих полостей первой секции 7 и 8 в кратность сжатия рабочей смеси. Кроме аналогичных элементов первой секции вторая секция имеет свечи зажигания 9 и иное расположение и размеры канала 12, через который газы после воспламенения топливной смеси устремляются в рабочие полости третьей секции. Третья секция (фиг. 3) имеет все элементы и их размеры аналогично первой секции и отличается расположением каналов впуска газа 14 и их выпуска 15. Ротор 2 кинематически соединен с затворами 4 через зубчатую передачу (на фигурах не показана), позволяющую вращаться ротору и затворам синхронно, но в разных направлениях. Количество затворов равно количеству зубьев.

В предлагаемой конструкции машины нет потерь энергии на трение в подшипниках от давления рабочего тела и преодоления инерции вращающихся частей при установившемся режиме работы. Конструкция машины является простой, т.к. большинство рабочих поверхностей основных деталей цилиндрической формы и отсутствуют клапаны и их механизмы.

Роторный двигатель внутреннего сгорания может иметь дополнительные секции, одна из которых выполняет функцию топливного насоса, другие - гидронасоса. Одна из основных задач гидронасоса - создание противодействия давлению воспламененных газов на рабочие органы двигателя.

При работе двигателя сжатый воздух и сгораемая топливная смесь давят на ротор и затвор. Это давление при некоторых углах поворота старается раздвинуть ротор и затвор, что недопустимо при работе двигателя. Для исключения данного момента и создания необходимого количества опор ротора и затвора выполнены секции гидронасоса. При работе двигателя в этих секциях создается давление поступающей в них жидкости, которое уравновешивает силы, раздвигающие ротор и затвор. Таким образом, отсутствует давление на подшипники ротора и затвора от давления газа и воздуха при работе двигателя. Подшипники воспринимают только вес ротора и затвора, поэтому потери на трение в подшипниках незначительны.

В связи с тем, что в предлагаемом двигателе имеется гидронасос, нецелесообразно производить отбор мощности от вращающегося ротора. В предлагаемом двигателе отбор мощности может производиться жидкостью от гидронасосов. Жидкость через систему трубопроводов, гидроклапанов, гидравлических золотников и гидроаккумуляторов, которые широко применяются в гидросистемах различных машин, поступает к гидромоторам, приводящим в движение колеса машины. Применение гидропривода позволит исключить механическое сцепление, коробку перемены передач, механические тормоза, уменьшить износ деталей, упростить управление транспортным средством и позволит аккумулировать энергию торможения с дальнейшим использованием ее для разгона. Гидропривод позволит расположить двигатель произвольно в любом месте транспортного средства и в любом положении.

Работает двигатель следующим образом.

Первый такт. При вращении ротора 2 по часовой стрелке в первой секции (фиг. 1) в рабочих полостях 7 создается разрежение и они заполняются топливной смесью через канал впуска (не показан). Первый такт заканчивается, когда зубья ротора зайдут во впадины затворов и поверхности впадин перекроют каналы 6, а боковые поверхности затворов перекроют впускные каналы.

Второй такт. При дальнейшем вращении ротора зубья, выйдя из впадин, произведут сжатие топливной смеси, которая через открывшиеся каналы 6 перейдет в рабочие полости 10 второй секции, где произойдет ее сжатие, т.к. объемы полостей 10 в несколько крат меньше объемов полостей 8. Второй такт закончится, когда зубья вновь зайдут во впадины и поверхности затворов перекроют все каналы.

Третий такт. При дальнейшем вращении ротора в начальный момент происходит зажигание смеси свечами 9. Газы от воспламененной смеси из полостей 11 через каналы 12 устремляются в рабочие полости третьей секции, где, расширяясь, заставляют вращаться ротор. В данном случае помимо силы давления газов на зубья ротора действует также реактивная сила истечения газов из каналов 15. Третий такт заканчивается также заходом зубьев во впадины и перекрытием всех каналов.

Четвертый такт. При дальнейшем вращении ротора зубья выйдут из впадин, откроются каналы выпуска 15 и отработанные газы выйдут из рабочей полости.

Как видно из прилагаемых фигур, при установившемся режиме работы все четыре такта по времени совмещены, т.е. при повороте ротора на 180 градусов все четыре такта происходят одновременно, а значит, и крутящий момент от сил давления газов в третьей и четвертой дополнительной секциях будет вращать ротор постоянно, исключая только время конца тактов.

Роторный двигатель внутреннего сгорания может использоваться в наземном, воздушном и водном транспорте и других силовых установках. Во внутренней полости корпуса (3) установлены ротор (2) в виде зубчатого вала и затвор (4) в виде шлицевого вала. Данные конструктивные элементы образуют три секции, одна из которых - секция впуска и сжатия, вторая - сгорания, а третья - рабочего хода. ДВС может быть снабжен дополнительными секциями, например, выполняющими функцию топливного насоса. Предложенный двигатель решает задачу повышения КПД и упрощения конструкции. 3 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, во внутренней полости которого установлен ротор в виде зубчатого вала, затвор в виде шлицевого вала и три секции, одна из которых - секция впуска и сжатия, вторая - сгорания, а третья - рабочего хода, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере еще одной секцией, причем все секции расположены на одной оси последовательно и сообщены между каналами, выполненными в роторе.