РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к области роторных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для преобразования тепловой энергии, выделяемой при сгорании жидких и газообразных углеводородов, в механическую энергию вращения вала как в стационарных энергетических установках, так и в транспортных средствах.

Наиболее близкой по конструкции и достигаемому результату является гидравлическая машина [1] , содержащая цилиндрический корпус с входными и выходными окнами, секторными выступами с направляющими и пазами, расположенными в двух кольцевых полостях, ротор, в отверстия которого установлены оси, на концах которых попарно, жестко и взаимно-перпендикулярно закреплены разделительные лопасти с возможностью поворота на 90^o в прямом и обратном направлениях и свободного прохода в пазах выступов, и вал.

Реализация такой гидравлической машины в виде двигателя внутреннего сгорания, использующего в качестве окислителя воздух, возможна только путем подачи его в машину в сжатом виде от внешнего источника. Очевидно, что это обстоятельство препятствует созданию передвижного автономного двигателя по изложенному принципу действия.

Целью изобретения является создание компактного, передвижного, автономного роторного двигателя внутреннего сгорания.

Цель достигается тем, что площадь поперечного сечения и диаметр одной кольцевой полости меньше другой, соответственно размеры лопастей одной кольцевой полости меньше разделительных лопастей другой кольцевой полости, полость выхода малой кольцевой полости сообщена с полостью входа большой кольцевой полости, оси разделительных лопастей расположены в одной плоскости и размещены в сквозных радиальных отверстиях ротора, и в точке взаимного пересечения разведены друг с другом путем выполнения их в этом месте в виде колена или перехода П-образной формы.

На фиг. 1 представлен общий вид одного из вариантов конструкций двигателя, продольный разрез плоскостью, проходящей через рабочий участок и паз секторного выступа; на фиг. 2 дан поперечный разрез двигателя, его малой кольцевой полости; на фиг. 3 дан продольный разрез двигателя плоскостью, проходящей через полость входа и полость выхода; на фиг. 4 для описания работы двигателя схематично представлены большая и малая кольцевые полости; на фиг. 5 также для описания работы двигателя показаны схематично в развернутом виде сечения цилиндрическими поверхностями большой и малой кольцевых полостей.

Двигатель состоит из двух собранных на одном валу гидравлических машин, одинаковых по конструкции, разных по габаритам и образующих две кольцевые полости - большую и малую. Каждая гидравлическая машина в свою очередь состоит из сборного корпуса 1 ( фиг. 1), ротора, собранного из двух полуосей 2, 3, переходника 4, двух пар дисков 5, 6 и 7, 8, образующих в корпусе большую и малую кольцевые полости, восьми разделительных лопастей 9 большой кольцевой полости, восьми разделительных лопастей 10 малой кольцевой полости и крепежных деталей, лопасти выполнены за одно целое с осями 11, 12 (фиг. 2) и расположены взаимно перпендикулярно. Оси разделительных лопастей размещаются в сквозных радиальных отверстиях ротора и в точках пересечения разведены друг с другом путем выполнения их в этом месте в виде колена или перехода П-образной формы, и имеют возможность поворачиваться на 90^o в прямом и обратном направлениях при скольжении разделительных лопастей по направляющим 13, 14 (фиг. 3, 5), причем если одна из пары лопастей, взаимодействуя с направляющей, поворачивает ось на 90^o в одном направлении, то другая поворачивает ее в обратном направлении, и это исключает круговое вращение осей и делает возможным совмещение в одной плоскости нескольких пересекающихся в одной точке осей. Каждая кольцевая полость состоит из рабочего участка, образованного секторными выступами 15, 16 и 17, 18 (фиг. 1), паза, образованного секторными выступами 19, 20 и 21, 22, полости входа I (фиг. 2, 4, 5) с входным окном 23, занимающей часть объема от паза до рабочего участка по ходу ротора, и полости выхода II с выходным окном 24, занимающей часть объема от рабочего участка до паза по ходу ротора.

На фиг. 4, 5 показана полость входа III большой кольцевой полости с входным окном 25 и полость выхода IV с выходным окном 26.

Направляющие 13, 14 (фиг. 3, 5) имеют форму клина и примыкают своим острым концом к секторам 16, 18 рабочих участков и широким концом к секторам 20, 22.

Лопасти 9, 10 в рабочем участке занимают положение поперек кольцевой полости, а находясь в пазу, располагаются вдоль кольцевой полости. Все зазоры между сопрягающимися поверхностями ротора и корпуса двигателя, через которые возможно сообщение между полостями входа и выхода, должны быть минимальными. Направление вращения ротора указано на фиг. 4 и 5 стрелками.

Размеры кольцевых полостей и ротора таковы, что при вращении ротора рабочие участки и пазы обеих кольцевых полостей в любой момент времени перекрыты хотя бы одной разделительной лопастью, обеспечивая тем самым герметичность между полостями входа и выхода. Фиксация разделительных лопастей в рабочем участке в положении поперек кольцевой полости осуществляется другой лопастью данной пары, находящейся в этот момент на противоположном конце оси в пазу секторного выступа.

Ротор опирается на два подшипника 27, 28. Корпус двигателя собран из двух полых цилиндров и трех фланцев с помощью шпилек. Вал ротора уплотнен двумя сальниками 29, 30.

Перед входным окном большой кольцевой полости имеется форсунка 31 (фиг. 4) для распыления горючего и запальное устройство 32 для поджигания топливно-воздушной смеси во время пуска двигателя.

Двигатель работает следующим образом. В исходном положении ротор находится в покое, запальное устройство 32 (фиг. 4) выключено, кран подачи горючего в форсунку 31 закрыт. Для запуска двигателя вначале включают запальное устройство, затем в форсунку подают горючее в количестве, соответствующем количеству воздуха в зоне горения. С воспламенением топлива увеличивается давление в полости входа III большой кольцевой полости (фиг. 4, 5) и в сообщенной с ней полости выхода II малой кольцевой полости, равнодействующая сил давления на разделительные лопасти 9, находящиеся в рабочем участке большой кольцевой полости, и на разделительные лопасти 10, находящиеся в рабочем участке малой кольцевой полости, будет направлена из полости входа III большой кольцевой полости в сторону полости выхода IV в направлении, указанном стрелками, на валу двигателя возникает крутящий момент, ротор начинает вращаться, при этом лопасти 10 малой кольцевой полости, совершая рабочий ход в рабочем участке, подобно поршню сжимают и подают воздух к форсунке 31 в зону горения через полость выхода II и выходное окно 24 к входному окну 25 большой кольцевой полости и одновременно засасывают его через входное окно 23 в полость входа I. Совершив рабочий ход, лопасти 10 на выходе из рабочего участка вступают в контакт с направляющей 14, плавно поворачиваются на 90^o, занимая положение вдоль кольцевой полости и готовясь войти в секторный паз, при этом вторые лопасти каждой пары, выйдя из секторного паза, поворачиваются, занимая положение поперек кольцевой полости и готовясь войти в рабочий участок для совершения рабочего хода.

Кинематика разделительных лопастей в большой кольцевой полости аналогична приведенному описанию кинематики лопастей в малой кольцевой полости.

Во время работы двигателя в большой кольцевой полости происходят процессы, присущие двигателю внутреннего сгорания, - это непрерывная подача под давлением в полость входа III горючего и воздуха и их горение; перемещение разделительных лопастей под действием давления газов в рабочем участке и выпуск выхлопных газов в атмосферу из полости выхода IV, при этом малая кольцевая полость своими разделительными лопастями, приводимыми в движение вращающимся ротором, обеспечивает подачу воздуха в зону горения, всасывая ее в полость входа I, сжимая в рабочем участке и вытесняя из полости выхода II к форсунке 31 в зону горения.

Регулирование мощности двигателя и скорости вращения вала производят путем изменения количества подаваемого в зону горения горючего и воздуха.

Источник информации
1. Патент Российской Федерации N 2020273, F 04 C 2/00, 10.09.92.

Изобретение относится к области роторных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для преобразования тепловой энергии, выделяемой при сгорании жидких и газообразных углеводородов, в механическую энергию вращения вала как в стационарных энергетических установках, так и в транспортных средствах. Изобретение позволяет создать компактный, передвижной, автономный роторный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель содержит цилиндрический корпус с входными и выходными окнами, секторными выступами с направляющими и пазами, расположенными в двух кольцевых полостях, ротор, в отверстия которого установлены оси, на концах которых попарно, жестко и взаимно перпендикулярно закреплены разделительные лопасти с возможностью поворота на 90^o в прямом и обратном направлениях и свободного прохода в пазах выступов, и вал. Площадь поперечного сечения и диаметр одной кольцевой полости меньше другой, соответственно размеры лопастей одной кольцевой полости меньше разделительных лопастей другой кольцевой полости. Полость выхода малой кольцевой полости сообщена с полостью входа большой кольцевой полости. Оси разделительных лопастей расположены в одной плоскости и размещены в сквозных радиальных отверстиях ротора и в точке взаимного пересечения разведены друг с другом путем выполнения их в этом месте в виде колена или перехода П-образной формы. 5 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с входными и выходными окнами, секторными выступами с направляющими и пазами, расположенными в двух кольцевых полостях, ротор, в отверстия которого установлены оси, на концах которых попарно, жестко и взаимно перпендикулярно закреплены разделительные лопасти с возможностью поворота на 90^o в прямом и обратном направлениях и свободного прохода в пазах выступов и вал, отличающийся тем, что для создания компактного, передвижного, автономного двигателя внутреннего сгорания площадь поперечного сечения и диаметр одной кольцевой полости меньше другой, соответственно размеры лопастей одной кольцевой полости меньше разделительных лопастей другой кольцевой полости, полость выхода малой кольцевой полости сообщена с полостью входа большой кольцевой полости, оси разделительных лопастей расположены в одной плоскости и размещены в сквозных радиальных отверстиях ротора и в точке взаимного пересечения разведены друг с другом путем выполнения их в этом месте в виде колена или перехода П-образной формы.