РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F02B53/08 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции двигателя внутреннего сгорания роторно-поршневого типа.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами, образованными двумя пересекающимися цилиндрическими рабочими полостями, в которых установлены взаимно сопряженные вращающиеся роторы с двумя параллельными валами, связанными синхронизирующей шестеренчатой передачей, для размещения этих взаимно сопряженных роторов - ведущего и ведомого, соответственно с зубьями и впадинами циклоидального профиля, расположенными снаружи и внутри начальных окружностей своих роторов, причем число впадин ведомого ротора больше числа зубьев ведущего ротора. Камера сгорания образована впадинами ведомого ротора. Свечи зажигания для воспламенения горючей смеси установлены в углублениях, выполненных в камере сгорания ведомого ротора или по центру зубьев ведущего ротора. В корпусе двигателя предусмотрены окна и каналы газообмена (см. патент СССР №565635, выданный иностранной фирме, по М. кл.2 F 02 B 55/00).

Основным недостатком этого двигателя является нерациональность в термодинамическом отношении конструкции его камеры сгорания, связанная со сложностью ее охлаждения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых установлены вращающиеся роторы, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, с большим диаметром, выполнен радиальный паз с глубиной, плавно увеличивающейся от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности этого диска и плавно уменьшающейся от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности этого диска, расположенной между роторами камерой сгорания с корпусом, жестко закрепленным в корпусе двигателя, окнами для впуска рабочей смеси и выпускными окнами для выпуска горящей рабочей смеси, полуцилиндром, одновременно являющимся поршнем, размещенным в радиальном пазу диска с большим диаметром с возможностью перемещения относительно корпуса камеры сгорания до прилегания наклонного днища полуцилиндра к основанию радиального паза, свечой зажигания. Диск с меньшим диаметром снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом и подпружиненной заслонкой. Камера сгорания дополнительно снабжена соосными внешним и имеющим возможность вращения внутренним цилиндрами, установленными друг в друге. Внешний цилиндр установлен в камере сгорания контактирующим с ее корпусом и полуцилиндром. Окна для впуска в камеру сгорания рабочей смеси и выпускные окна для горящей рабочей смеси размещены во внешнем и внутреннем цилиндрах. Свеча зажигания установлена в днище внутреннего цилиндра, обращенном в сторону ротора меньшего диаметра. В данном роторном двигателе осуществляется сжатие топлива в одном роторе, одновременно перемещение рабочей смеси в камеру сгорания, где смесь и сгорает. Тепловая энергия передается на второй рабочий ротор, где и превращается в механическую (см. патент РФ №2193676, МПК 7 F 02 В 53/08),

Вышеуказанный двигатель, выбранный в качестве прототипа, имеет следующие недостатки:

- невысокая долговечность вследствие сложности с обеспечением длительной работоспособности камеры сгорания, поскольку она выполнена вращающейся;

- недостаточная рациональность конструкции в термодинамическом отношении из-за сложности охлаждения камеры сгорания и размещения свечи зажигания в конце камеры сгорания, а не в ее начале.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения долговечности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания и улучшение его конструкции в термодинамическом отношении.

Для достижения указанного технического результата в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых установлены вращающиеся роторы, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, с большим диаметром, выполнен радиальный паз с глубиной, плавно увеличивающейся от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности этого диска и плавно уменьшающейся от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности этого диска, расположенной между роторами камерой сгорания с корпусом, жестко закрепленным в корпусе двигателя, окнами для впуска рабочей смеси и выпускными окнами для горящей рабочей смеси, полуцилиндром, одновременно являющимся поршнем, размещенным в радиальном пазу диска с большим диаметром с возможностью перемещения относительно корпуса камеры сгорания до прилегания наклонного днища полуцилиндра к основанию радиального паза, свечой зажигания, причем диск с меньшим диаметром снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом и подпружиненной заслонкой, корпус камеры сгорания выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен вал, имеющий возможность вращения в корпусе камеры сгорания. На конце вала в области диска с большим диаметром жестко закреплен газораспределительный диск с окном для впуска рабочей смеси, имеющим возможность совмещения с окном для впуска рабочей смеси, выполненным в корпусе камеры сгорания, а на противоположном конце вала жестко закреплен внутренний газораспределительный цилиндр с выпускным окном для горящей рабочей смеси, обращенным к торцевой поверхности диска с меньшим диаметром и имеющим возможность совмещения с выпускным окном для горящей рабочей смеси, выполненным в корпусе камеры сгорания. Свеча зажигания установлена в корпусе камеры сгорания в области газораспределительного диска.

Повышение долговечности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания обеспечивается тем, что его камера сгорания выполнена не вращающейся, а следовательно, не подвергается интенсивному износу.

Улучшение конструкции двигателя в термодинамическом отношении обеспечивается получением рациональной в термодинамическом отношении конструкции камеры сгорания, так как корпус камеры сгорания не вращается, а следовательно, хорошо охлаждается системой охлаждения двигателя, а свеча зажигания расположена в начале камеры сгорания, что способствует улучшению процесса сгорания рабочей смеси.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез по линий А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по линии Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез по линии В-В на фиг.1.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора 1 и 2, расположенных параллельно, жестко закрепленных на одном валу 3 на фиксированном расстоянии друг от друга и вращающихся в корпусе 4 (см. фиг.1). Ротор 1 большего диаметра выполнен в виде круглого диска, в верхней части которого имеется паз 5 прямоугольной формы, расположенный по радиусу ротора. Паз 5 имеет разную глубину, плавно изменяющуюся от «нулевой» глубины до максимальной и обратно. Так глубина паза 5 плавно увеличивается от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности ротора 1 и плавно уменьшается от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности ротора 1.

Ротор 2 также выполнен в виде круглого диска, но меньшего диаметра, закрепленного на валу 3 параллельно ротору 1.

Роторы 1 и 2 размещены в параллельных рабочих полостях, образующих рабочие камеры, причем рабочая камера ротора 1 образована поверхностями паза 5 ротора 1 и корпусом 4 двигателя, а рабочая камера ротора 2 - наружной поверхностью ротора 2 и корпусом 4 двигателя. Вал 3 с установленными на нем роторами 1 и 2 одновременно является и валом отбора мощности.

Между роторами 1 и 2 в корпусе 4 двигателя параллельно валу 3 роторов 1, 2 расположена камера сгорания 6 с корпусом 7, выполненным в виде цилиндра; жестко закрепленного в корпусе 4 двигателя. Поверх корпуса 7 камеры сгорания расположен полуцилиндр 8, одновременно являющийся поршнем. Полуцилиндр 8 размещен в радиальном пазу 5 ротора 1, плотно контактирует внутренней поверхностью с наружной поверхностью корпуса 7 камеры сгорания и имеет возможность перемещения относительно корпуса 7 до прилегания своего наклонного днища к основанию паза 5 посредством пружины 9.

Внутри корпуса 7 камеры сгорания на подшипниках установлен вал 10, имеющий возможность вращения в этом корпусе. На конце вала 10 в области ротора 1 большего диаметра жестко закреплен газораспределительный диск 11 с окном 12 для впуска рабочей смеси. На противоположном конце вала 10 жестко закреплен внутренний газораспределительный цилиндр 13. Цилиндр 13 размещен внутри корпуса 7 и снабжен выпускным окном 14 для горящей рабочей смеси, обращенным к торцевой поверхности ротора 2. Корпус 7 камеры сгорания снабжен окном 15 для впуска рабочей смеси и выпускным окном 16 для горящей рабочей смеси. Окна 12 в 15 предназначены для впуска рабочей смеси в камеру сгорания 6 от компрессора, а окна 14 и 16 - для выпуска горящей рабочей смеси на ротор 2. Окно 12 для впуска рабочей смеси имеет возможность совмещения с окном 15 а выпускное окно 14 для горящей рабочей смеси имеет возможность совмещения с окном 16 (см. фиг.2). Окна 12, 14, 15 и 16 являются перепускными окнами механизма газораспределения.

Газораспределительный диск 11 и внутренний газораспределительный цилиндр 13 имеют возможность вращаться в корпусе 7 камеры сгорания за счет шестеренчатой передачи 17 (см. фиг.1). При вращении диска 11 в пазу 18 корпуса 7 окна 12 и 15, имеющие аналогичные формы, периодически, согласно фазам газораспределения, перекрывают друг друга, впуская в нужный момент в камеру сгорания 6 рабочую смесь; окно 14 при вращении также перекрывает, согласно фазам газораспределения, окно 16, имеющее аналогичную окну 14 форму, выпуская в нужный момент на ротор 2 горящую рабочую смесь (см. фиг.2).

В корпусе 4 двигателя (см. фиг.3) над рабочей поверхностью ротора 2 расположена заслонка 19, прижимающаяся к поверхности ротора 2 пружиной 20 и имеющая возможность контакта с выступом 21 ротора 2.

Рабочая камера ротора 1 (см. фиг.1), образованная корпусом 4 двигателя и пазом 5 ротора 1, разделена полуцилиндром 8 (см. фиг.4) и выступом 22 ротора 1, соответствующим нулевой глубине паза 5 (см. фиг.1) ротора 1, на камеру впуска 23 (см. фиг.4) и камеру сжатия 24. Рабочая камера ротора 2 (см. фиг.3), образованная корпусом 4 двигателя и наружной поверхностью ротора 2, разделена выступом 21 и заслонкой 19 на камеру рабочего хода 25 и камеру выхлопа 26.

В корпусе 4 двигателя имеется какая 27, соединяющий камеру выхлопа 26 с атмосферой. В корпусе 4 двигателя (см. фиг.2) также имеется канал 28, соединяющий камеру впуска 23 (см. фиг.4) с системой впуска двигателя внутреннего сгорания.

В корпусе 7 камеры сгорания в области газораспределительного диска 11 установлена свеча зажигания 29.

Положение 30 ротора 1, когда полуцилиндр 8 находится в крайнем правом положении, то есть когда глубина паза 5 равна нулю, принимается за начало работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено:

- стрелками на фиг.1, 3, 4 - направления вращения роторов 1, 2;

- пунктирными линиями на фиг.2 - возможные положения полуцилиндра 8 в пазу 5 ротора 1;

- стрелками с надписями на фиг.2, 3 - направления движения рабочей и отработавшей соответственно смеси.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

За начало отсчета принимаем положение 30 ротора 1. Вращение роторов 1, 2 происходит по часовой стрелке со стороны шестеренчатой передачи 17 (см. фиг.1).

Двигатель работает на жидком или газообразном топливе и имеет стандартную систему питания.

Рассмотрим первоначально полный рабочий цикл двигателя от такта впуска до такта выпуска, происходящий с одним зарядом рабочей смеси.

1 такт - впуск - происходит на угле поворота вала 3 роторов 1, 2 от 0° до 360°. При вращении ротора 1 за полуцилиндром 8 создается разрежение, и горючая смесь, состоящая из паров топлива и воздуха, по каналу 28 поступает в камеру впуска 23 (см. фиг.4).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 роторов 1, 2 (см. фиг.1) от 360° до 720° и заканчивается тогда, когда нулевое углубление (см. фиг.4) паза 5 ротора 1 подойдет к полуцилиндру 8, который займет крайнее правое положение 30 (см. фиг.2). На угле поворота вала 3 (см. фиг.1) роторов 1, 2 от 360° до 520-540° (в зависимости от установки фаз газораспределения) рабочая смесь предварительно сжимается в камере сжатия 24 (см. фиг.4), пока окна 12 и 15 не начнут совмещаться. После начала совмещения окон 12 и 15 предварительно сжатая рабочая смесь начнет поступать во внутреннюю полость камеры сгорания 6 (см. фиг.2), где и будет происходить дальнейшее ее сжатие вплоть до 720° поворота вала (см. фиг.1) роторов 1, 2, т.е. до того момента, когда нулевое углубление паза 5 (см. фиг.4) ротора 1 встанет напротив камеры сгорания 6 (см. фиг.2) и полуцилиндр 8 займет крайнее правое положение 29. Окна 12 и 15 в этот момент закроются и вся горючая смесь окажется в сжатом состоянии в полости камеры сгорания 6.

3 такт - рабочий ход - происходит на угле поворота вала 3 (см. фиг.1) роторов 1, 2 от 720° до 1080°. При этом при угле поворота вала 3 роторов 1, 2, равном 720°, происходит воспламенение горючий смеси в камере сгорания 6 за счет проскакивания искры в свече зажигания 29. В этот же момент начинают совмещаться окно 14 цилиндра 13 и окно 16 корпуса 7 камеры сгорания. Через образовавшуюся и постоянно увеличивающуюся за счет вращения цилиндра 13 щель горящая рабочая смесь прорывается в камеру рабочего хода 25 (см. фиг.3).

За счет горения топливовоздушной смеси создается высокое давление, которое воздействует на выступ 21 ротора 2, заставляя ротор 2 вращаться и создавать крутящий момент на валу 3 двигателя. При вращении ротора 2 от 720° до 1080° происходит перемещение горящих газов по окружности.

4 такт - выпуск - происходит при вращении вала 3 (см. фиг.1) роторов 1, 2 от 1080° до 1440°. При этом отработавшие газы из камеры выхлопа 26 (см. фиг.3) по каналу 27 выпускаются в атмосферу.

Таким образом, при угле поворота вала 3 роторов 1, 2 (см. фиг.1), равном 1440°, заканчивается процесс выпуска, а следовательно, заканчивается полный рабочий цикл, происшедший в данном роторно-поршневом двигателе с одним зарядом горючей смеси.

При постоянной работе двигателя происходит следующее. При вращении роторов от 0° до 360° в рабочей полости ротора 1 (см. фиг.4) происходит одновременно сжатие (камера сжатия 24) и впуск горючей смеси (камера впуска 23), а в рабочей полости ротора 2 (см. фиг.3) происходит одновременно рабочий ход (камера рабочего хода 25) и выхлоп (камера выхлопа 26). Таким образом, полный цикл совершается на угле поворота вала 3 (см. фиг.1) роторов 1, 2, равном 360°.

Герметизация замкнутых объемов в двигателе обеспечивается за счет точности изготовления деталей двигателя, за счет лабиринтных уплотнений и за счет уплотняющих колец и пластин специальной конструкции.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает увеличение долговечности камеры сгорания за счет того, что она не вращается, а следовательно, и не изнашивается; возможность получения рациональной в термодинамическом отношений конструкции камеры сгорания за счет возможности ее лучшего охлаждения и расположения свечи зажигания в точке, наиболее удаленной от рабочего ротора.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с разделенным циклом. Техническим результатом является повышение долговечности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит рабочие камеры с дисковыми роторами разного диаметра. Между роторами расположена камера сгорания с окнами впуска рабочей смеси и окнами выпуска горящей рабочей смеси. В радиальном пазу ротора с большим диаметром размещен полуцилиндр, являющийся поршнем, перемещающимся относительно корпуса камеры. Корпус камеры сгорания выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен вал. На конце вала в области ротора с большим диаметром жестко закреплен газораспределительный диск с окном для впуска рабочей смеси, имеющим возможность совмещения с окном в корпусе камеры сгорания. На противоположном конце вала жестко закреплен внутренний газораспределительный цилиндр с выпускным окном для горящей смеси, обращенным к торцевой поверхности ротора с меньшим диаметром и имеющим возможность совмещения с выпускным окном в корпусе камеры сгорания. В области газораспределительного диска установлена свеча зажигания. Изобретение позволяет повысить долговечность роторно-поршневого двигателя путем увеличения срока службы его камеры сгорания и улучшить его в термодинамическом отношении путем лучшего охлаждения его камеры сгорания и размещения свечи зажигания в точке, наиболее удаленной от рабочего ротора. 4 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых установлены вращающиеся роторы, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, с большим диаметром, выполнен радиальный паз глубиной, плавно увеличивающейся от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности этого диска и плавно уменьшающейся от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности этого диска, расположенной между роторами камерой сгорания с корпусом, жестко закрепленным в корпусе двигателя, окнами для впуска рабочей смеси и выпускными окнами для горящей рабочей смеси, полуцилиндром, одновременно являющимся поршнем, размещенным в радиальном пазу диска с большим диаметром с возможностью перемещения относительно корпуса камеры сгорания до прилегания наклонного днища полуцилиндра к основанию радиального паза, свечой зажигания, причем диск с меньшим диаметром снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом двигателя и подпружиненной заслонкой, отличающийся тем, что корпус камеры сгорания выполнен в виде цилиндра, внутри которого расположен вал, имеющий возможность вращения в корпусе камеры сгорания, при этом на конце вала в области диска с большим диаметром жестко закреплен газораспределительный диск с окном для впуска рабочей смеси, имеющим возможность совмещения с окном для впуска рабочей смеси, выполненным в корпусе камеры сгорания, а на противоположном конце вала жестко закреплен внутренний газораспределительный цилиндр с выпускным окном для горящей рабочей смеси, обращенным к торцевой поверхности диска с меньшим диаметром и имеющим возможность совмещения с выпускным окном для горящей смеси, выполненным в корпусе камеры сгорания, а свеча зажигания установлена в корпусе камеры сгорания в области газораспределительного диска.