РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F01C1/63 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, в роторных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Одной из основных проблем существующих ДВС является неполное сгорание топлива в камерах ДВС и, как следствие, высокая токсичность выхлопных газов. Современные разработки направлены на дожигание несгоревшего топлива, например, с помощью каталитических дожигателей и устройств очистки выхлопных газов. При этом известно, что сжечь практически все топливо в камерах ДВС можно при создании условий изохорного его сгорания, т.е. при условии постоянства объема камеры сгорания на период сгорания топлива. В поршневых двигателях достичь этого практически невозможно, т.к. для этого необходимо временно "остановить" поршень. В роторных ДВС можно остановить одну лопасть-поршень с помощью, например, собачек, стопорных пальцев и т.п. Но при этом другая лопасть-поршень продолжает двигаться, и постоянный объем камеры на период сгорания топлива не обеспечивается.

Известен сдвоенный коловратный двигатель внутреннего горения с неравномерно вращающимися при посредстве дифференциальной передачи лопастями, в котором применено сложное механическое приспособление для попеременного включения свободно сидящих на валу вспомогательных лопастей (патент СССР N 17915, 46a, 5, 1930).

Недостатком двигателя является необходимость наличия сдвоенных камер, что усложняет конструкцию и увеличивает габариты.

Известна газотурбинная установка, содержащая последовательно установленные на валу компрессор, турбину и расположенную между ними вращающуюся камеру сгорания с форсунками. Установка снабжена дисковым клапаном с автономным приводом, установленным перед вращающейся камерой, а каждая секция камеры сгорания снабжена свечой зажигания Процесс сжигания топлива происходит последовательно в каждой секции камеры сгорания, что позволяет осуществить импульсный режим работы установки (авт. свид. N 1749510, F 02 C 3/16, 1987).

На первый взгляд режим сгорания в описанной установке близок к изохорному. Однако дисковый клапан перекрывает вход в камеру сгорания только со стороны компрессора. Выход газа в проточную часть турбины не ограничен. Сгорание топлива частично происходит и в проточной части. Следовательно, и в этом случае не происходит полного сгорания топлива в постоянном объеме, что является недостатком данной установки. Кроме того, описанная установка может быть использована только в газовой турбине и не может быть применена в ДВС транспортных средств из-за ее сложности (большое количество секций камеры сгорание и оснащение каждой секции форсункой и свечой зажигания).

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий круглый корпус с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочих камеры, расположенные между поршнями одного и другого несущих дисков, а каждый из несущих дисков установлен на своем валу, причем валы расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления. Механизм управления содержит фигурный диск в форме восьмерки и ромбообразный управляющий рычаг, Контуры восьмерки описаны дугами двух окружностей одинакового радиуса с центрами, находящимися на одной прямой и на одинаковом расстоянии от центра вращения коаксиальных валов. Ромбообразный рычаг состоит из восьми подвижных звеньев, перемещающихся по вышеназванной восьмерке при работе двигателя. Каждое подвижное звено выполнено с двумя отверстиями под шарниры (патент Германии N 4226629, F 01 C 1/063, 1994).

Конструкция описанного двигателя не обеспечивает изохорного сжигания топлива, вследствие переменного объема камеры сгорания. Кроме того, двигатель ненадежен в эксплуатации из-за экстремальных температурных условий, в которых находится механизм управления, а также неравномерных усилий, передаваемых на него, что может привести к заклиниванию.

Задачей изобретения является создание надежного и экономичного роторно-поршневого ДВС, обеспечивающего изохорное сжигание топлива в камере сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем круглый корпус с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочих камеры, расположенные между поршнями одного и другого несущих дисков, а каждый из несущих дисков установлен на своем валу, причем валы расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления, механизм управления содержит диск с выполненным в нем контуром сложной траектории, описанной восемью дугами трех разных радиусов, при этом центр четырех дуг двух разных радиусов совпадает с центром вращения вышеназванных коаксиальных валов, а центры остальных четырех дуг одинакового радиуса расположены симметрично относительно центра вращения вышеназванных коаксиальных валов, и замкнутый четырехзвенник, каждое звено которого выполнено в виде треугольника с отверстиями для шарниров, расположенных в его вершинах, причем одна из вершин связана с лопастью-поршнем, а две другие взаимодействуют с вышеописанным контуром сложной траектории.

На фиг. 1 представлен общий вид предложенного роторно-поршневого ДВС в разрезе; на фиг. 2 - схема механизма управления.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит круглый корпус 1 с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями 2-5, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках 6 и 7. Диски 6 и 7 установлены с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочих камеры 8-11, расположенные между поршнями одного несущего диска 6 и поршнями другого несущего диска 7. Несущий диск 6 установлен на валу 12, а диск 7 - на валу 13. Валы 12 и 13 расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления.

Механизм управления содержит диск 14 с выполненным в нем контуром сложной траектории, описанной восемью дугами трех разных радиусов. Центр O четырех дуг двух разных радиусов совпадает с центром вращения вышеназванных коаксиальных валов, а центры O₁, O₂ остальных четырех дуг одинакового радиуса расположены симметрично относительно центра O вращения вышеназванных коаксиальных валов 12 и 13. В замкнутом четырехзвеннике каждое звено выполнено в виде треугольника 15-18 с отверстиями для шарниров, расположенных в его вершинах. Одни из вершин треугольников O₁, O₂, O₃ и O₄ связаны с лопастями-поршнями 2-5, а остальные восемь вершин взаимодействуют с вышеописанным контуром сложной траектории на диске 14. В корпусе 1 выполнены всасывающее отверстие 19 для рабочей смеси, выпускное отверстие 20 и устройство для воспламенения рабочей смеси 21, например свеча.

Работу устройства (фиг. 1) рассмотрим на примере осуществления кругового цикла одной рабочей камеры, например, 9, образованной лопастями-поршнями 4 и 5. В начальный момент через всасывающее отверстие 19 в камеру 9 поступает рабочая смесь или воздух. Всасывание происходит за счет разряжения в камере 9, обеспечиваемого перемещением лопасти-поршня 5 по часовой стрелке. Лопасть-поршень 4 при этом остается неподвижной. При достижении максимального объема рабочей камеры 9, обусловленного механизмом управления, лопасти-поршни 4 и 5 начинают одновременное совместное синхронное перемещение. После этого лопасть-поршень 5 останавливается, а продолжающий двигаться лопасть-поршень 4 сжимает рабочую смесь или воздух до достижения минимального объема рабочей камеры 9, что также обусловлено механизмом управления. При достижении минимального объема рабочей камеры 9 осуществляется воспламенение рабочей смеси или впрыск топлива через форсунку. Одновременно с этим лопасти-поршни 4 и 5 перемещаются совместно и синхронно. При этом сохраняется постоянный объем рабочей камеры сгорания 9, т.е. обеспечиваются изохорные условия сгорания основной части топлива. Затем лопасть-поршень 4 устанавливается неподвижно, а лопасть-поршень 5 продолжает перемещаться по часовой стрелке под воздействием расширяющихся газообразных продуктов сгорания. При достижении максимального объема рабочей камеры 9 лопасти-поршни 4 и 5 начинают перемещаться одновременно и синхронно. После прохода выпускного отверстия 20 лопасть-поршень 5 останавливается, а лопасть-поршень 4 продолжает движение, выталкивая отработанные газы и уменьшая объем рабочей камеры 9. При достижении минимального объема рабочей камеры 9 оба лопасти-поршня 4 и 5 начинают перемещаться одновременно и синхронно и занимают исходное положение, как показано на фиг. 1. В остальных рабочих камерах 8, 10 и 11 происходят процессы, аналогичные вышеописанным процессам в камере 9. Таким образом за один оборот лопастей-поршней 2-5 на 360 градусов в каждой рабочей камере 8-11 происходит один рабочий цикл, включающий процессы всасывания, сжатия, рабочий ход и выхлоп. За один оборот ротора двигателя осуществляется четыре рабочих цикла.

Заявленный роторно-поршневой ДВС является надежным и экономичным, т.к. его механизм управления (фиг. 2) позволяет обеспечить изохорное сжигание топлива в рабочей камере сгорания при условии непрерывного вращения ротора двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением поршней. Техническим результатом является повышение надежности и экономичности за счет обеспечения изохорного сгорания в камере двигателя. Сущность изобретения: двигатель содержит круглый корпус с расположенными в нем четырьмя лопастями-поршнями, которые закреплены попарно со смещением на 180^o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они образуют четыре рабочие камеры, расположенные между поршнями одного и другого несущих дисков. Каждый из несущих дисков установлен на своем валу, причем валы расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления, который содержит замкнутый четырехзвенник, каждое звено которого выполнено в виде шарнирного треугольника, две вершины которого контактируют с контуром сложной траектории, описанной восемью дугами трех разных радиусов, а одна из его вершин связана с лопастью-поршнем. 2 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий круглый корпус с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочие камеры, расположенные между поршнями одного и другого несущих дисков, а каждый из несущих дисков установлен на своем валу, причем валы расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления, отличающийся тем, что механизм управления содержит диск с выполненным в нем контуром сложной траектории, описанной восемью дугами трех разных радиусов, при этом центр четырех дуг двух разных радиусов совпадает с центром вращения вышеназванных коаксиальных валов, а центры остальных четырех дуг одинакового радиуса расположены симметрично относительно центра вращения вышеназванных коаксиальных валов, и замкнутый четырехзвенник, каждое звено которого выполнено в виде треугольника с отверстиями для шарниров, расположенных в его вершинах, причем одна из вершин связана с лопастью-поршнем, а две другие взаимодействуют с вышеописанным контуром сложной траектории.