ДВУХВИНТОВОЙ РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02B55/00 

Изобретение относится к двигателям и может использоваться как привод к автомобилям и другим транспортным средствам.

По уровню техники двухвинтовой роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания можно отнести к двухвинтовому роторному двигателю внутреннего сгорания и за аналог принять патент US N 3693601 A, кл. F 02 В 53/00, так же содержащий корпус с охлаждающей рубашкой, с патрубками подвода воздуха и отвода отработанных газов, два ротора, камеру сгорания, в зонах которой в корпусе размещены две форсунки впрыска топлива и две свечи зажигания, на валы двигателя насажены шесть пар винтовых роторов, из них три пары для трех последовательно работающих компрессоров и три пары для трех последовательно работающих блоков камер расширения. В промежутке корпуса между последним блоком компрессора и первым блоком камеры расширения размещена камера сгорания топлива.

Каждый ротор компрессорного блока и блока камеры расширения имеет семь винтовых зубьев и винтовых впадин (пазов) между ними. Роторы блоков одного вала двигателя имеют правую нарезку зубьев, другого вала - левую. Роторы синхронно вращаются в разные стороны и винтовые зубья одного ротора блока входят в сопряжение с впадинами другого ротора этого блока.

Топливо вспрыскивается форсункой в винтовые впадины последнего блока компрессора на выходе воздуха в камеру сгорания, являющейся общей для роторов расширения первого блока.

Камера сгорания работает в режиме постоянного давления газа. Газы из камеры сгорания под давлением входят и заполняют впадины винтовых роторов первого блока, воздействуют на винтовой зуб и впадину в узле сопряжения, раздвигают их, как клином, и вращают роторы в разные стороны, вытесняют узлы сопряжения блока в сторону выхода из роторов блока расширения двигателя.

При повторном сопряжении винтов роторов на входе газов, создаются замкнутые витки впадин между узлами сопряжений, давление газов в их объемах близко к давлению газов в камере сгорания. На выходе из блока сопряжение винтов раскрывается и из замкнутых впадин газы выхлапываются в объем промежутка в корпусе между первым и вторым блоками расширения двигателя, где давление газов меньше, сила реакции истечения газов при "выхлопе" воздействует на изгиб боковой стенки впадины, придает ротору дополнительное вращательное движение. Такая же работа газов продуктов сгорания топлива совершается и во втором и в третьем блоках "расширения" двигателя.

Основными недостатками роторного двигателя внутреннего сгорания (патент US N 3693601 A) являются:
- потеря тепла в окружающую среду за счет охлаждения корпуса двигателя;
- часть механической энергии, выработанной в камерах расширения расходуется на работу сжатия воздуха в блоках компрессора.

Задачей изобретения является увеличение КПД и экологичности двигателя. Технический результат достигается тем, что двухвинтовой роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с двумя цилиндрическими расточками, охлаждающую рубашку с патрубками подвода воздуха и отвода отработанных газов, свечами зажигания и форсунками впрыска топлива и размещены в нем два винтовых ротора со взаимным сопряжением, имеющие замкнутые объемы впадин между витками винтовых зубьев и стенками корпуса, образованных путем перекрытия спирали винтовой впадины ротора винтовой спиралью зуба другого ротора и при синхронном вращении роторов в разные стороны эти замкнутые объемы имеют поступательное движение и служат для подачи горючей смеси (или воздуха) в последний замкнутый виток впадины каждого ротора, которые используются в двигателе в качестве камер сгорания; винтовой зуб последнего витка спирали развернут в сторону оси ротора и выполнен полуокружным выступом, используемый в двигателе в качестве ротор-поршня, полуокружную замкнутую впадину - в камеру расширения газов продуктов сгорания топлива.

Конструкцией двигателя предусматривается охлаждение роторов и корпуса для нагрева воздуха, участвующего в процессе сгорания топлива в двигателе, что уменьшает потерю тепла двигателем в окружающую среду и увеличивает его КПД.

Впрыск топлива через форсунку в воздуховод горячего воздуха ускоряет процесс испарения топлива и пары его с воздухом образуют горючую смесь перед входом в замкнутые объемы впадин, что обеспечивает полное сгорание топлива в двигателе.

Двухвинтовой роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания представлен фиг. 1 - 7.

На фиг. 1 дан горизонтальный разрез общего вида двигателя с двумя винтовыми роторами в корпусе, установленных в подшипниках торцевых крышек, форсунками подачи топлива в камеры сгорания и разрезов Б-Б и В-В.

На фиг. 2 показан поперечный разрез двигателя по Б-Б с размещением роторов в корпусе двигателя, камерами расширения, роторными поршнями, форсунками подачи топлива в камеры сгорания и свечами зажигания, выходным патрубком горячего воздуха и сборной камерой отработанных газов и указанием продольного вертикального разреза по А-А.

На фиг. 3 дан вид по А-А продольного разреза корпуса и ротора с патрубками подвода воздуха для охлаждения корпуса и ротора двигателя, форсункой подачи топлива на воздуховоде горячего воздуха.

На фиг. 4 дан поперечный разрез по В-В, на котором показано сопряжение винтового зуба одного ротора с винтовой впадиной другого ротора в корпусе двигателя, охлаждающая полость роторов и отверстия для выхода воздуха.

На фиг. 5, 6, 7 показана последовательность расположений камеры сгорания и камеры расширения при вращении ротора и сопряжение его со вторым ротором двигателя.

Двигатель имеет корпус 1 без горизонтального разъема с двумя цилиндрическими расточками и размещены в них два винтовых ротора 2 со взаимным сопряжением наружных элементов, см. фиг. 1, 2, 4. Корпус закрыт торцевыми крышками 3, в которых установлены подшипники 4 валов роторов 2. Каждый ротор 2 содержит две части: первую винтовую с П-образным винтовым зубом 5 и винтовой впадиной 6 и вторую - с полуокружным выступом - роторным поршнем 7 и полуокружной впадиной 8, при этом в качестве камеры сгорания 22 используется объем последнего замкнутого витка впадины первой части ротора, а в качестве камер расширения 9 используется полуокружная впадина второй части каждого ротора.

Один из роторов 2 имеет правую винтовую нарезку, другой ротор 2 - левую. На каждом валу ротора 2 насажены шестерни 10, обеспечивающие взаимное сопряжение выступов 5 и 7 с впадинами 6 и 8. Один из валов ротора 2 имеет удлинение со шпонкой 11 для соединения с передаточным валом съема мощности двигателя.

Корпус 1 имеет с нижней стороны опорные лапы 12 с отверстиями для крепления к опорной конструкции автомобиля.

Корпус 1 и каждый ротор 2 имеют воздушное охлаждение сжатым воздухом, подаваемым в двигатель для сжигания топлива. Корпус 1 имеет охлаждающую рубашку 13, состоящую из ребристой поверхности 14, приваренной обечайки 15 с патрубком 16 подвода сжатого воздуха и воздуховода 17 горячего воздуха. Каждый ротор 2 имеет охлаждающую полость 18 с подводящим отверстием 19 в валу и выходными отверстиями 20 в торце ротора.

Охлаждающий воздух к ротору 2 подводится по трубопроводу 21 от патрубка 16 к отверстию 19 в валу ротора 2.

Камерой сгорания 22 каждого ротора является объем последнего замкнутого витка впадины 6, примыкающей к камере расширения 9. В корпусе 1, в зоне нахождения камер сгорания 22, установлены форсунки 23 и свечи зажигания 24, см. фиг. 1, 2.

На воздуховоде горячего воздуха 17 установлена форсунка впрыска топлива 25, см.фиг. 3.

Отработанные газы из камер расширения 9 поступают в сборную камеру 26 и из нее отводятся по трубопроводу 27 к турбоприводу компрессора.

Охлажденный сжатый воздух от компрессора подводится к входному патрубку 16 охлаждающей рубашки 13 корпуса двигателя 1, а по трубопроводам 21 - на охлаждение роторов 2. В воздуховод горячего воздуха 17 через форсунку 25 производится подача топлива и происходит его испарение. Горючая смесь заполняется в винтовые полости впадин 6 и при вращении роторов 2 порциями, объемом каждого замкнутого витка впадины 6, подается в камеры сгорания 22, где производится дополнительный вспрыск топлива через форсунки 23, образуя тем самым богатую горючую смесь у свечи зажигания 24, и под воздействием электрической искры происходит воспламенение всей горючей смеси в камере сгорания 22, повышение давления газов продуктов топлива и расширение их в камере 9, воздействуя на ротор-поршень 7, вращая его, см. фиг. 5, 6, 7. При вращении роторов 2 камеры расширения соединяются со сборной камерой 26 и отработанные газы через нее вытесняются в трубопровод 27 подачи их к турбине компрессора.

Изобретение относится к двигателям и может использоваться как привод к автомобилям и другим транспортным средствам. В цилиндрических расточках корпуса размещены два винтовых ротора. Каждый ротор содержит две части: первую винтовую с П-образным винтовым зубом и винтовой впадиной и вторую с полуокружным выступом - роторным поршнем и полуокружной впадиной, при этом в качестве камеры сгорания используется объем последнего замкнутого витка впадины первой части ротора, а в качестве камер расширения используется полуокружная впадина второй части каждого ротора. Двигатель содержит воздуховод горячего воздуха, в котором установлена форсунка впрыска топлива. Предложенная конструкция обеспечивает увеличение КПД и экологичности. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двухвинтовой роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с охлаждающей рубашкой и с патрубками подвода воздуха и отвода отработанных газов, два ротора, камеры сгорания, в зонах которых в корпусе размещены свечи зажигания и форсунки впрыска топлива, камеры расширения, отличающийся тем, что каждый ротор содержит две части: первую винтовую с П-образным винтовым зубом и винтовой впадиной и вторую с полуокружным выступом - роторным поршнем и полуокружной впадиной, при этом в качестве камеры сгорания используется объем последнего замкнутого витка впадины первой части ротора, а в качестве камер расширения используется полуокружная впадина второй части каждого ротора. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит воздуховод горячего воздуха. 3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что на воздуховоде горячего воздуха установлена форсунка впрыска топлива.