РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания, которые могут быть использованы на транспортных средствах и в стационарных силовых установках различного назначения.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической рабочей полостью, впускным и выхлопным окнами и прорезями, ротор с профилированной боковой поверхностью, установленный в рабочей полости корпуса, и затворы, установленные в прорезях корпуса с возможностью радиального возвратно-поступательного движения с взаимодействием с боковой поверхностью ротора, при этом затворы снабжены приводом от распределительного вала двигателя (см. патент РФ №2084659, кл. F 02 В 53/00, заявл. 04.11.1993, опубл. 20.07.1997).

Возвратно-поступательное перемещение затворов в указанном двигателе не позволяет ему работать на высоких оборотах, т.к. с увеличением числа оборотов двигателя возрастает трение между затворами и прорезями корпуса, что приводит к снижению мощности двигателя и к увеличению механического износа затворов. Другим недостатком известного двигателя является небольшой угол рабочего поворота ротора, составляющий порядка 160°, т.е. менее половины полного поворота ротора, что также снижает мощность двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является принятый за прототип роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней рабочей полостью и прорезью, расположенной с одной стороны рабочей полости с выходом в последнюю, ротор, установленный в рабочей полости корпуса соосно с последней и снабженный соосным с ним валом отбора мощности и радиальной лопастью, герметично перекрывающей рабочую полость корпуса с одной стороны ротора, дискообразный затвор с радиальным пазом на его периферии, входящий в прорезь корпуса с возможностью перемещения относительно последнего с перекрытием рабочей полости корпуса с одной стороны ротора во всех тактах рабочего процесса двигателя, осуществляемых в рабочей полости корпуса за один оборот лопасти ротора, и снабженный валом, расположенным перпендикулярно валу отбора мощности и прорези корпуса, и привод затвора, выполненный с обеспечением возможности прохода лопасти ротора через радиальный паз затвора при каждом обороте ротора перед тактом всасывания рабочей смеси в рабочую полость корпуса, при этом прорезь корпуса расположена в осевой плоскости ротора, а рабочая полость корпуса снабжена впускным и выхлопным окнами, расположенными по разные стороны от прорези корпуса (см. свидетельство на полезную модель RU №29565, заявл. 29.07.2002, опубл. 29.07.2002).

Недостатком данного двигателя является низкая степень герметичности стыка между краем затвора и боковой цилиндрической поверхностью ротора, что снижает кпд и рабочую мощность двигателя. Другим недостатком известного двигателя является возможность его выполнения с большим углом поворота лопасти ротора, соответствующим ее полному проходу через радиальный паз затвора, что может привести к снижению полезного рабочего объема рабочей полости двигателя и как следствие к снижению кпд и мощности последнего. Вместе с тем, известный двигатель имеет недостаточно высокую надежность в работе в связи с тем, что его затвор снабжен одним приводом и при сбое последнего в работе может наступить рассинхронизация вращения затвора и ротора, что приведет к удару лопасти последнего о затвор с поломкой указанной лопасти и заклиниванием ротора.

Технической задачей, для решения которой служит предлагаемое изобретение, является повышение герметичности стыка между краем затвора и боковой цилиндрической поверхностью ротора, а также снижение угла поворота лопасти ротора, соответствующего ее полному проходу через радиальный паз затвора, и исключение аварийных ситуаций, которые могут быть вызваны сбоем в работе привода затвора.

Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемого изобретения, является повышение кпд и рабочей мощности двигателя за счет повышения герметичности стыка между краем затвора и боковой цилиндрической поверхностью ротора и за счет снижения угла поворота лопасти ротора, соответствующего ее полному проходу через радиальный паз затвора, а также повышение надежности работы двигателя за счет исключения аварийных ситуаций, которые могут быть вызваны сбоем в работе привода затвора.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с внутренней рабочей полостью и прорезью, расположенной с одной стороны рабочей полости с выходом в последнюю, ротор, установленный в рабочей полости корпуса соосно с последней и снабженный соосным с ним валом отбора мощности и радиальной лопастью, герметично перекрывающей рабочую полость корпуса с одной стороны ротора, дискообразный затвор с радиальным пазом на его периферии, входящий в прорезь корпуса с возможностью перемещения относительно последнего с перекрытием рабочей полости корпуса с одной стороны ротора во всех тактах рабочего процесса двигателя, осуществляемых в рабочей полости корпуса за один оборот лопасти ротора, и снабженный валом, расположенным перпендикулярно валу отбора мощности и прорези корпуса, и привод затвора, выполненный с обеспечением возможности прохода лопасти ротора через радиальный паз затвора при каждом обороте ротора перед тактом всасывания рабочей смеси в рабочую полость корпуса, при этом прорезь корпуса расположена в осевой плоскости ротора, а рабочая полость корпуса снабжена впускным и выхлопным окнами, расположенными по разные стороны от прорези корпуса, в отличие от прототипа стенки прорези корпуса прилегают герметично к поверхности затвора, край которого, прилегающий к боковой поверхности ротора, выполнен в поперечном сечении затвора симметрично закругленным к боковым торцам последнего, а на боковой поверхности ротора выполнена круговая канавка, герметично прилегающая к закругленному краю затвора и имеющая в плоскости осевого сечения ротора радиус, равный радиусу затвора. При этом корпус, ротор и затвор выполнены с обеспечением наименьшей величины угла поворота лопасти ротора, соответствующего ее полному проходу через радиальный паз затвора. Привод затвора выполнен в виде шестеренной передачи, соединяющей вал ротора с валом затвора, или в виде электропривода, включающего электродвигатель, соединенный своим валом с валом затвора и снабженный электронным блоком управления, который снабжен подключенным к нему датчиком, установленным вблизи вала ротора с возможностью фиксации положения лопасти ротора, соответствующего началу выхода затвора из рабочей полости корпуса. Двигатель может быть снабжен дополнительным приводом затвора, при этом основной привод затвора выполнен в виде электропривода, включающего электродвигатель, соединенный своим валом с валом затвора и снабженный электронным блоком управления, который снабжен подключенным к нему датчиком, установленным вблизи вала ротора с возможностью фиксации положения лопасти ротора, соответствующего началу выхода затвора из рабочей полости корпуса, а дополнительный привод затвора выполнен в виде шестеренной передачи, соединяющей вал ротора с валом затвора.

Предлагаемый двигатель может быть выполнен в карбюраторном или дизельном, или комбинированном варианте исполнения, причем:

- в карбюраторном варианте исполнения двигатель снабжен карбюратором, выход которого соединен с впускным окном рабочей полости корпуса, топливным насосом и компрессором, выход каждого из которых сообщается с карбюратором, и закрепленной в корпусе свечой зажигания, при этом в корпусе после его прорези по ходу движения лопасти ротора выполнено отверстие, через которое рабочий электрод свечи зажигания сообщается с рабочей полостью корпуса;

- в дизельном варианте исполнения двигатель снабжен топливным насосом, компрессором, выход которого соединен с впускным окном рабочей полости корпуса, и закрепленной в корпусе топливной форсункой, сообщающейся с выходом топливного насоса, при этом в корпусе после его прорези по ходу движения лопасти ротора выполнено отверстие, через которое рабочее сопло топливной форсунки сообщается с рабочей полостью корпуса;

- в комбинированном варианте исполнения двигатель снабжен топливным насосом, компрессором и закрепленными в корпусе свечой зажигания и топливной форсункой, сообщающейся с выходом топливного насоса, при этом выход компрессора соединен с впускным окном рабочей полости корпуса, свеча зажигания и топливная форсунка снабжены управляющим блоком, выполненным с возможностью отключения свечи зажигания и включения форсунки при достижении в рабочей полости корпуса заданной температуры, обеспечивающей самовоспламенение топливной смеси, а в корпусе после его прорези по ходу движения лопасти ротора выполнены два отверстия, через одно из которых рабочий электрод свечи зажигания сообщается с рабочей полостью корпуса, а через второе рабочее сопло топливной форсунки сообщается с рабочей полостью корпуса.

При этом в карбюраторном варианте исполнения двигатель может быть снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, содержащим корпус, в котором размещен с возможностью вращения распределительный диск с валом, шаговый электродвигатель, выходной вал которого соединен с валом диска, блок управления, выход которого подключен к электродвигателю, и орган управления мощностью двигателя, соединенный с блоком управления, при этом в распределительном диске выполнены продольные сквозные отверстия, расположенные равномерно на части или на всей окружности, проведенной в плоскости распределительного диска соосно с последним, и вторые продольные сквозные отверстия с числом, равным числу первых сквозных отверстий, расположенные равномерно на части или на всей окружности меньшего диаметра, проведенной в плоскости распределительного диска концентрично первой окружности, с расположением каждого из них диаметрально противоположно одному из первых сквозных отверстий, а в корпусе регулятора выполнено входное окно, расположенное на первой окружности распределительного диска и сообщающееся с компрессором, второе входное окно, расположенное на второй окружности распределительного диска диаметрально противоположно первому входному окну и сообщающееся с топливным насосом, выходное окно, отделяемое от первого входного окна распределительным диском и сообщающееся с карбюратором, и второе выходное окно, отделяемое от второго входного окна распределительным диском и сообщающееся с карбюратором, причем первые и вторые сквозные отверстия распределительного диска расположены с равномерным возрастанием их площади в одном и том же круговом направлении относительно оси вращения последнего, площадь наибольшего из первых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь первого входного окна и площадь первого выходного окна корпуса регулятора, площадь наибольшего из вторых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь второго входного окна и площадь второго выходного окна корпуса регулятора, а блок управления выполнен с возможностью выработки управляющих команд, воздействующих на шаговый электродвигатель таким образом, что при перемещении органа управления в сторону увеличения мощности двигателя шаговый электродвигатель поворачивает распределительный диск в направлении, при котором увеличивается площадь сквозных отверстий распределительного диска, одно из которых сообщается с первым входным и первым выходным окнами корпуса регулятора, а второе - со вторым входным и вторым выходным окнами указанного корпуса. В дизельном или комбинированном варианте исполнения двигатель может быть снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, содержащим корпус, в котором размещен с возможностью вращения распределительный диск с валом, шаговый электродвигатель, выходной вал которого соединен с валом диска, блок управления, выход которого подключен к электродвигателю, и орган управления мощностью двигателя, соединенный с блоком управления, при этом в распределительном диске выполнены продольные сквозные отверстия, расположенные равномерно на части или на всей окружности, проведенной в плоскости распределительного диска соосно с последним, и вторые продольные сквозные отверстия с числом, равным числу первых сквозных отверстий, расположенные равномерно на части или на всей окружности меньшего диаметра, проведенной в плоскости распределительного диска концентрично первой окружности, с расположением каждого из них диаметрально противоположно одному из первых сквозных отверстиий, а в корпусе регулятора выполнено входное окно, расположенное на первой окружности распределительного диска и сообщающееся с компрессором, второе входное окно, расположенное на второй окружности распределительного диска диаметрально противоположно первому входному окну и сообщающееся с топливным насосом, выходное окно, отделяемое от первого входного окна распределительным диском и сообщающееся с форсункой, и второе выходное окно, отделяемое от второго входного окна распределительным диском и сообщающееся с впускным окном рабочей полости корпуса, причем первые и вторые сквозные отверстия распределительного диска расположены с равномерным возрастанием их площади в одном и том же круговом направлении относительно оси вращения последнего, площадь наибольшего из первых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь первого входного окна и площадь первого выходного окна корпуса регулятора, площадь наибольшего из вторых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь второго входного окна и площадь второго выходного окна корпуса регулятора, а блок управления выполнен с возможностью выработки управляющих команд, воздействующих на шаговый электродвигатель таким образом, что при перемещении органа управления в сторону увеличения мощности двигателя шаговый электродвигатель поворачивает распределительный диск в направлении, при котором увеличивается площадь сквозных отверстий распределительного диска, одно из которых сообщается с первым входным и первым выходным окнами корпуса регулятора, а второе - со вторым входным и вторым выходным окнами указанного корпуса.

Для обеспечения возможности эффективной работы предлагаемого двигателя без принудительного охлаждения и жидкой смазки при высоких рабочих температурах его корпус, ротор с лопастью и валом и затвор могут быть изготовлены из жаропрочного материала, например из жаропрочной стали или сплава, или из композиционного материала, например волокнистого углеродного композита, или термостойкой керамики, или углеграфитовой композиции. При этом двигатель может быть снабжен кожухом, окружающим корпус с образованием внутренней полости между указанным кожухом и корпусом, заполненной теплоизоляционным материалом. Вместе с тем, корпус двигателя может быть помещен в теплоизолирующую оболочку.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - роторная объемная машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, поперечное сечение;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 - узел I на фиг.1 (увеличено);

на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3;

на фиг.5 - схема регулирования подачи топливо-воздушной смеси в карбюраторном варианте исполнения двигателя;

на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5;

на фиг.7 - фрагмент схемы регулирования подачи топливо-воздушной смеси в дизельном варианте исполнения двигателя.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 1 (фиг.1) с внутренней дискообразной рабочей полостью 2 и прорезью 3 (фиг.2), расположенной с одной стороны рабочей полости 2 с выходом в последнюю, ротор 4, установленный в рабочей полости 2 соосно с последней и снабженный соосным с ним валом 5 отбора мощности, выходящим из корпуса 1, и радиальной лопастью 6, герметично перекрывающей рабочую полость 2 корпуса 1 с одной стороны ротора 4, выполненный в виде диска затвор 7, установленный в прорези 3 корпуса 1 с возможностью перемещения относительно последнего с герметичным перекрытием рабочей полости 2 корпуса 1 с одной стороны ротора 4 во всех тактах рабочего процесса двигателя, осуществляемых в рабочей полости 2 корпуса 1 за один оборот лопасти 6 ротора 4. При этом прорезь 3 корпуса 1 выполнена в осевой плоскости ротора 4, а рабочая полость 2 корпуса 1 снабжена впускным 8 и выхлопным 9 окнами, расположенными по разные стороны от прорези 3 корпуса 1, и делится лопастью 6 ротора 4 на рабочую камеру (камеру сгорания) 10, сообщающуюся с впускным окном 8, и выпускную камеру 11, сообщающуюся с выхлопным окном 9, причем камера 10 расположена позади, а камера 11 - впереди по ходу движения лопасти 6. Затвор 7 выполнен с радиальным пазом 12 на его периферии и с валом 13, расположенным перпендикулярно валу 5 отбора мощности и прорези 3 корпуса 1, стенки прорези 3 корпуса 1 прилегают герметично к поверхности диска затвора 7, край которого, прилегающий к боковой поверхности ротора 4, выполнен в поперечном сечении затвора (фиг.3) симметрично закругленным к боковым торцам 14 и 15 последнего, а на боковой поверхности ротора 4 выполнена круговая канавка 16, герметично прилегающая к закругленному краю 17 затвора 7 (фиг.4) благодаря тому, что в осевом сечении ротора 4 указанная канавка имеет форму части круга, радиус которого равен радиусу затвора 7.

Для повышения мощности двигателя он может быть выполнен многокамерным: с несколькими рабочими полостями 2, в каждой из которых установлен свой ротор 4 с лопастью 6, при этом все роторы 4 двигателя установлены на общем валу 5 с равномерным расположением их лопастей 6 вокруг оси вала 5. С целью более полного использования рабочего объема двигателя диаметр и ширина рабочей полости 2, а также диаметр и толщина диска затвора 7 и угол α паза 12 указанного затвора выбираются с обеспечением наименьшей величины угла β поворота лопасти 6 ротора 4, соответствующего ее полному проходу через паз 12 затвора 9. При рациональном выборе указанных конструктивных параметров угол β может быть снижен до 15°, в соответствии с чем угол рабочего поворота лопасти 6 может достигать 345°, что обеспечивает высокий рабочий объем двигателя.

Затвор 7 снабжен приводом, выполненным с обеспечением возможности прохода лопасти 6 ротора 4 через радиальный паз 12 затвора при каждом обороте ротора 4 перед тактом всасывания рабочей смеси в рабочую полость 2 корпуса 1. Указанный привод может быть выполнен в виде шестеренного привода, который, в свою очередь, может быть выполнен в виде шестеренной передачи, соединяющей вал 5 ротора 4 с валом 13 затвора 7, и включающей ведущую коническую шестерню 18, установленную на валу 5, промежуточный вал 19 с неподвижной опорой 20, на одном конце которого закреплена коническая шестерня 21, взаимодействующая с шестерней 18, а на другом - цилиндрическая шестерня 22, и цилиндрическую шестерню 23, установленную на валу 13 и взаимодействующую с шестерней 22, при этом вал 19 расположен параллельно валу 13, который установлен в поперечных опорах 24 и 25, закрепленных на корпусе 1, при этом опора 20 вала 19 закреплена на нижней опоре 25 вала 13, а корпус 1 двигателя установлен на опоре 26.

Привод затвора 7 может быть выполнен также в виде электропривода, включающего шаговый электродвигатель 27, соединенный своим валом 28 через муфту 29 с валом 13 затвора 7, и снабженный электронным блоком управления 30, который снабжен подключенным к нему датчиком 31, установленным неподвижно вблизи вала 5 ротора 4 с возможностью фиксации положения лопасти 6 ротора 4, соответствующего началу выхода затвора 7 из рабочей полости 2 корпуса 1, при этом на валу 5 ротора 4 установлен репер 32, взаимодействующий с датчиком 31 в момент, когда лопасть 6 ротора 4 при своем вращении занимает положение, соответствующее началу выхода затвора 7 из рабочей полости 2. Репер 32 может быть выполнен, например, в виде выступа на цилиндрической поверхности вала 5 с механическим взаимодействием указанного выступа с чувствительным элементом датчика 31, в виде магнитной вставки, размещенной в радиальном отверстии вала 5 с взаимодействием ее магнитного поля с чувствительным элементом датчика 31, или в каком-либо другом виде. Электродвигатель 27 питается током, вырабатываемым генератором, работающим от вала 5 отбора мощности двигателя, а при использовании предлагаемого двигателя в стационарных условиях электродвигатель 27 может быть подключен к электросети.

Для повышения надежности работы двигателя затвор 7 может быть снабжен двумя приводами, один из которых является основным, а второй - дополнительным, при этом в качестве основного привода затвора 7 может быть использован описанный выше электропривод, а в качестве дополнительного привода - описанный выше шестеренный привод.

Двигатель может быть выполнен в карбюраторном, дизельном или комбинированном исполнении и при этом снабжен системами запуска, газораспределения, топливоподачи и зажигания рабочей смеси (не показаны), которые могут иметь известное исполнение.

В карбюраторном варианте исполнения двигатель снабжен топливным насосом 33 (фиг.5), компрессором 34, карбюратором 35, вход которого подключен к топливному насосу 33 и компрессору 34, а выход - к впускному окну 8 рабочей полости 2 корпуса 1, и закрепленной в корпусе 1 свечой зажигания 36. При этом в корпусе 1 после его прорези 3 по ходу движения лопасти 6 ротора 4 выполнено отверстие (закрыто свечой зажигания 36), через которое рабочий электрод свечи зажигания 36 сообщается с рабочей полостью 2 корпуса 1. Во впускном окне 8 может быть установлен впускной клапан 37, приводимый от вала 5 или вала 13, или от какого-либо другого привода (не показан), управляемого по положению лопасти 6 ротора 4. Для обеспечения возможности рациональной подачи топлива в рабочую полость 2 двигателя он может быть снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, содержащим корпус 38, в котором размещен с возможностью вращения распределительный диск 39 с валом 40, шаговый электродвигатель 41, выходной вал 42 которого через муфту 43 соединен с валом 40 диска 39, электронный блок управления 44, выход которого подключен к электродвигателю 41, и орган 45 управления мощностью двигателя, соединенный с блоком управления 44 и выполненный, например, в виде регулировочной рукояти или ножной педали (для двигателя, установленного на транспортном средстве). В диске 39 выполнены сквозные продольные отверстия 46, расположенные равномерно на части или на всей окружности 47 (фиг.6), проведенной в плоскости диска 39 соосно с последним, и сквозные продольные отверстия 48, расположенные равномерно на части или на всей окружности 49, проведенной в плоскости диска 39 концентрично окружности 47, а в корпусе 38 выполнено входное окно 50, расположенное на окружности 47 и сообщающееся с компрессором 34, входное окно 51, расположенное на окружности 49 диаметрально противоположно входному окну 50 и сообщающееся с топливным насосом 33, выходное окно 52, отделяемое от входного окна 50 диском 39 и сообщающееся с карбюратором 35, и выходное окно 53, отделяемое от входного окна 51 диском 39 и сообщающееся с карбюратором 35. При этом диаметр окружности 47 больше диаметра окружности 49, число отверстий 46 равно числу отверстий 48, отверстия 46 и 48 расположены в диске 39 с равномерным возрастанием их площади в одном и том же круговом направлении относительно оси вращения диска 39, а каждое из отверстий 46 расположено диаметрально противоположно одному из отверстий 48, причем наибольшее и наименьшее из отверстий 46 расположены диаметрально противоположно соответственно наибольшему и наименьшему из отверстий 48. Площадь наибольшего из сквозных отверстий 46 диска 39 не превышает площадь входного окна 50 и площадь выходного окна 52 корпуса 38, а площадь наибольшего из сквозных отверстий 48 распределительного диска 39 не превышает площадь входного окна 51 и площадь выходного окна 53 корпуса 38. Блок управления 44 выполнен с возможностью выработки управляющих команд, воздействующих на шаговый электродвигатель 41 таким образом, что при перемещении органа управления 45 в сторону увеличения мощности двигателя электродвигатель 41 вращает распределительный диск 39 по стрелке ω с увеличением площади отверстия 46 диска 39, сообщающегося с окнами 50 и 52 корпуса 38, и с увеличением площади отверстия 48 диска 39, сообщающегося с окнами 51 и 53 корпуса 38.

В дизельном варианте исполнения двигатель снабжен топливным насосом 33, компрессором 34, выход которого сообщается с впускным окном 8, и закрепленной в корпусе 1 топливной форсункой 54 (фиг.7), сообщающейся с выходом топливного насоса 33. При этом в корпусе 1 после его прорези 3 по ходу движения лопасти 6 ротора 4 выполнено отверстие (закрыто форсункой 54), через которое рабочее сопло форсунки 54 сообщается с рабочей полостью 2 корпуса 1. Во впускном окне 8 может быть установлен впускной клапан 37, приводимый от вала 5 или вала 13 или от какого-либо другого привода (не показан), управляемого по положению лопасти 6 ротора 4. Для обеспечения возможности рациональной подачи топлива в рабочую полость 2 двигателя он может быть снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, отличающимся от описанного выше регулятора карбюраторного двигателя лишь тем, что выходные окна 52 и 53 корпуса 38 регулятора сообщаются не с карбюратором 35, а соответственно с топливной форсункой 54 и впускным окном 8 рабочей полости 2.

В комбинированном варианте исполнения (не показан) двигатель снабжен топливным насосом 33, компрессором 34 и закрепленными в корпусе 1 свечой зажигания 36 и топливной форсункой 54, сообщающейся с выходом топливного насоса 33. При этом выход компрессора 34 соединен с впускным окном 8 рабочей полости 2 корпуса 1, свеча зажигания 36 и топливная форсунка 54 снабжены управляющим блоком, выполненным с возможностью отключения свечи зажигания 36 и включения форсунки 54 при достижении в рабочей камере 10 полости 2 корпуса 1 заданной температуры, обеспечивающей самовоспламенение топливной смеси в указанной камере 10, а в корпусе 1 после его прорези 3 по ходу движения лопасти 6 ротора 4 выполнены два отверстия, через одно из которых, закрытое свечой зажигания 36, рабочий электрод последней сообщается с рабочей полостью 2 корпуса 1, а через второе, закрытое форсункой 54, рабочее сопло последней сообщается с рабочей полостью 2 корпуса 1. Так же как и в дизельном варианте, в комбинированном варианте исполнения двигателя, во впускном окне 8 может быть установлен впускной клапан 37, приводимый от вала 5 или вала 13 или от какого-либо другого привода (не показан), управляемого по положению лопасти 6 ротора 4, а для обеспечения возможности рациональной подачи топлива в рабочую полость 2 двигателя он может быть снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, аналогичным по конструкции такому же регулятору дизельного варианта исполнения двигателя с сообщением выходных окон 52 и 53 корпуса 38 регулятора, соответственно с топливной форсункой 54 и впускным окном 8 рабочей полости 2.

Корпус 1, ротор 4 с лопастью 6 и валом 5 и затвор 7 изготовлены из жаропрочного материала, например из жаропрочной стали или сплава, или из композиционного материала, например волокнистого углеродного композита, или термостойкой керамики, или углеграфитовой композиции и т.п., что обеспечивает возможность эффективной работы двигателя без принудительного охлаждения и жидкой смазки при высоких рабочих температурах в рабочей камере 10 полости 2, достигающих 1200°С и выше. В целях обеспечения термоизоляции двигателя при его работе с высокой температурой в рабочей камере 10, а также в целях обеспечения длительного сохранения тепла двигателя в холодное время года для облегчения его запуска после стоянки, корпус 1 двигателя снабжен теплозащитным кожухом 55, окружающим корпус с образованием внутренней полости 56 между указанным кожухом и корпусом 1, заполненной теплоизоляционным материалом (например, стекловатой, асбестом и т.п.). В другом варианте корпус 1 двигателя с той же целью может быть помещен в окружающую его теплоизолирующую оболочку (не показана).

Двигатель работает следующим образом.

При срабатывании системы запуска ротор 6 приводится последней через вал 5 в начальное вращение, после чего с помощью системы топливоподачи и зажигания двигатель переходит на рабочий режим вращения вала 5, при котором на каждом рабочем обороте ротора 4 после приближения его лопасти 6 к затвору 7 радиальный паз 12 последнего с помощью устройства синхронизации вращения лопасти 6 с вращением затвора 7 совмещается с прорезью 3 корпуса 1, обеспечивая свободный проход лопасти 6 через указанный паз затвора 7 с последующим заходом затвора 7 в рабочую полость 2 корпуса 1. При дальнейшем повороте лопасти 6 вместе с ротором 4 она делит рабочую полость 2 корпуса 1 на увеличивающуюся в объеме рабочую камеру 10, сообщающуюся с впускным окном 8, и уменьшающуюся в объеме выпускную камеру 11 с продуктами сгорания рабочей смеси. При этом в рабочей камере 10 последовательно осуществляется такт всасывания рабочей смеси через впускное окно 8 и ее сгорание, сопровождающееся рабочим ходом (поворотом) лопасти 6 ротора 4 к выхлопному окну 9 с вытеснением через него лопастью 6 из камеры 11 отработавших продуктов сгорания, образовавшихся в рабочей камере 10 при предыдущем такте сгорания рабочей смеси. После окончания такта выхлопа в камере 11 радиальный паз 12 затвора 7 благодаря синхронному вращению лопасти 6 и затвора 7 совмещается с прорезью 3 корпуса 1 и пропускает лопасть 6 с последующим заходом затвора 7 в рабочую полость 2 корпуса 1, после чего рабочий процесс двигателя продолжается в описанном порядке.

При использовании в качестве привода затвора 7 шестеренного привода вращение указанного затвора осуществляется при помощи шестерни 23, приводимой от вала 5 ротора 4 через шестерни 22, 21 и 18, а при использовании для привода затвора 7 электропривода вращение указанного затвора осуществляется при помощи шагового электродвигателя 27, управляемого электронным блоком 30. При этом в случае использования для привода затвора 7 электропривода при каждом обороте ротора 4 датчик 31 в момент приближения к нему вращающегося вместе с валом 5 репера 32, совпадающий по времени с моментом приближения лопасти 6 к затвору 7 в конце такта выхлопа в камере 11, вырабатывает сигнал, поступающий в электронный блок управления 30, на выходе которого формируется управляющий сигнал, передаваемый на шаговый электродвигатель 27. При получении указанного сигнала электродвигатель 27 поворачивает затвор 7 в положение, при котором паз 12 последнего совместится с рабочей полостью 2 корпуса 1, после чего лопасть 6 ротора 4 при дальнейшем синхронном повороте ротора 4 и затвора 7 проходит через паз 12 затвора 7, а после ее прохода через паз 12 затвор 7 перекрывает рабочую камеру 2 корпуса 1 с одной ее стороны, как показано на фиг.2, с герметичным примыканием закругленного края 17 затвора 7 к стенке канавки 16 ротора 4. На каждом последующем обороте ротора 4 синхронизация вращения ротора 4 и затвора 7 с проходом лопасти 6 ротора 4 через паз 12 затвора 7 повторяется в описанном порядке.

В двигателе, затвор 7 которого снабжен основным и дополнительным приводами, вращение затвора 7 во время запуска двигателя осуществляется от дополнительного привода, а после выхода двигателя на рабочий режим - от основного привода. После включения в работу основного привода затвора 7 нагрузка с шестерен шестеренной передачи, соединяющей валы 5 и 13, практически снимается, а в случае выхода из строя основного привода затвора 7 роль привода указанного затвора принимает на себя упомянутая шестеренная передача, исключающая возможность аварии двигателя, которая могла бы возникнуть от удара лопасти 6 ротора 4 о затвор 7 при отсутствии упомянутой шестеренной передачи. Наличие указанной шестеренной передачи позволяет сохранить синхронное вращение лопасти 6 ротора 4 и затвора 7 с обеспечением своевременного прохода лопасти 6 через радиальный паз 12 затвора 7 и остановить двигатель в безаварийном режиме для устранения неисправности основного привода затвора 7.

При использовании комбинированного варианта исполнения двигателя после достижения в его рабочей камере 10 полости 2 заданного значения температуры (например, 600°С), обеспечивающего самовоспламенение топливной смеси в указанной камере 10, управляющий блок свечи зажигания 36 и топливной форсунки 54 отключает указанную свечу и включает указанную форсунку, после чего двигатель переходит с карбюраторного режима работы на дизельный с подачей топлива в рабочую камеру 10 через форсунку 54 и с самовоспламенением топливной смеси. При этом температура в рабочей камере 10 двигателя может быть увеличена до 1200°С и выше.

При необходимости увеличения мощности двигателя до заданной величины орган управления 45 перемещают в положение, соответствующее данной величине мощности. При этом блок 44 вырабатывает командный сигнал на изменение мощности двигателя до заданной величины, который воздействует на шаговый электродвигатель 41, перемещающий распределительный диск 39 в новое положение с вращением в направлении стрелки ω (фиг.6) с увеличением площади его сквозных отверстий 46 и 48, сообщающихся соответственно с входными окнами 50 и 51 и с выходными окнами 52 и 53 корпуса 38 регулятора. В результате увеличения площади указанных отверстий 46 и 48 подача топлива и воздуха в рабочую камеру 10 возрастает, что сопровождается ростом энергии сгорания топливо-воздушной смеси в рабочей камере 10 и, в конечном итоге, ростом мощности двигателя, передаваемой через выходной вал 5 на нагрузку. При необходимости снижения мощности двигателя до заданного уровня орган управления 45 перемещают в противоположном направлении, что приводит к уменьшению площади сквозных отверстий 46 и 48 распределительного диска 39, сообщающихся соответственно с входными окнами 50 и 51 и с выходными окнами 52 и 53 корпуса 38 регулятора. В результате снижения площади указанных отверстий 46 и 48 подача топлива и воздуха в рабочую камеру 10 также снижается, что сопровождается падением энергии сгорания топливо-воздушной смеси в рабочей камере 10 и, в конечном итоге, снижением мощности двигателя.

Выполнение в предлагаемом двигателе края затвора 7, прилегающего к боковой поверхности ротора 4, закругленным и выполнение указанной поверхности ротора 4 с круговой канавкой 16, герметично прилегающей к закругленному краю ротора, повышает герметичность стыка между затвором 7 и боковой поверхностью ротора 4, а выполнение корпуса 1, ротора 4 и затвора 7 с обеспечением наименьшей величины угла β поворота лопасти 6 ротора 4, соответствующего ее полному проходу через радиальный паз 12 затвора 7, повышает рабочий объем рабочей полости 2 корпуса 1. За счет повышения герметичности стыка между затвором 7 и боковой поверхностью ротора 4, а также за счет снижения указанного угла поворота лопасти 6 ротора 4 обеспечивается повышение кпд и рабочей мощности двигателя. Кроме того, в предлагаемом двигателе затвор 7 снабжен двумя приводами: основным в виде электропривода и дополнительным в виде шестеренного привода, работающего от вала 5 ротора 4, что повышает надежность работы двигателя за счет исключения аварийных ситуаций, которые в прототипе могут быть вызваны сбоем в работе привода затвора. Наличие в предлагаемом двигателе регулятора подачи топливо-воздушной смеси позволяет оптимизировать расход топлива в зависимости от рабочей нагрузки двигателя.

Предлагаемый двигатель может работать практически на любом виде топлива: бензине, керосине, дизельном топливе, спиртосодержащем горючем, а также на их смеси, газе и т.п., а выполнение основных рабочих деталей двигателя из жаропрочных материалов и наличие теплозащитного кожуха 55 позволяет двигателю работать с высокой рабочей температурой, достигающей 1200°С, и высоким давлением в рабочей камере 10, достигающим 3 МПа, с форсированием мощности двигателя до высоких пределов и с обеспечением высокого кпд двигателя. Работа двигателя на высоких температурных режимах обеспечивает также высокую полноту сгорания топлива и позволяет двигателю работать на чистом бензине или керосине, не содержащем вредных для окружающей среды добавок, что делает экологически безопасными выхлопные газы двигателя. Вместе с тем, наличие в двигателе теплоизолирующего кожуха или оболочки облегчает его запуск в холодное время.

Помимо двигателя внутреннего сгорания предлагаемый двигатель может выполнять также функции парового или пневмодвигателя с подачей в его рабочую камеру 10 через впускное окно 8 соответственно пара или сжатого воздуха, а при необходимости он может быть использован также в качестве насоса, компрессора или вакуумного насоса с вращением ротора 4 от привода, соединенного с валом 5.

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания, которые могут быть использованы на транспортных средствах и в стационарных силовых установках различного назначения. Двигатель содержит корпус с продольной прорезью и внутренней рабочей полостью, установленный в последней ротор с валом отбора мощности и радиальной лопастью, герметично перекрывающей рабочую полость корпуса с одной стороны ротора, и входящий в прорезь корпуса дискообразный затвор с радиальным пазом на его периферии. Затвор снабжен приводом, выполненным с обеспечением возможности прохода лопасти ротора через радиальный паз затвора при каждом обороте ротора перед тактом всасывания рабочей смеси в рабочую полость корпуса. Рабочая полость корпуса снабжена впускным и выхлопным окнами, расположенными по разные стороны от прорези корпуса. Стенки указанной прорези прилегают герметично к поверхности затвора, край которого, прилегающий к боковой поверхности ротора, выполнен в поперечном сечении затвора симметрично закругленным к боковым торцам последнего. На боковой поверхности ротора выполнена круговая канавка, герметично прилегающая к закругленному краю затвора и имеющая в плоскости осевого сечения ротора радиус, равный радиусу затвора. Изобретение обеспечивает повышение кпд, рабочей мощности и надежности двигателя. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней рабочей полостью и прорезью, расположенной с одной стороны рабочей полости с выходом в последнюю, ротор, установленный в рабочей полости корпуса соосно с последней и снабженный соосным с ним валом отбора мощности и радиальной лопастью, герметично перекрывающей рабочую полость корпуса с одной стороны ротора, дискообразный затвор с радиальным пазом на его периферии, входящий в прорезь корпуса с возможностью перемещения относительно последнего с перекрытием рабочей полости корпуса с одной стороны ротора во всех тактах рабочего процесса двигателя, осуществляемых в рабочей полости корпуса за один оборот лопасти ротора, и снабженный валом, расположенным перпендикулярно валу отбора мощности и прорези корпуса, и привод затвора, выполненный с обеспечением возможности прохода лопасти ротора через радиальный паз затвора при каждом обороте ротора перед тактом всасывания рабочей смеси в рабочую полость корпуса, при этом прорезь корпуса расположена в осевой плоскости ротора, а рабочая полость корпуса снабжена впускным и выхлопным окнами, расположенными по разные стороны от прорези корпуса, отличающийся тем, что стенки прорези корпуса прилегают герметично к поверхности затвора, край которого, прилегающий к боковой поверхности ротора, выполнен в поперечном сечении затвора симметрично закругленным к боковым торцам последнего, а на боковой поверхности ротора выполнена круговая канавка, герметично прилегающая к закругленному краю затвора и имеющая в плоскости осевого сечения ротора радиус, равный радиусу затвора.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус, ротор и затвор выполнены с обеспечением наименьшей величины угла поворота лопасти ротора, соответствующего ее полному проходу через радиальный паз затвора.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что привод затвора выполнен в виде шестеренной передачи, соединяющей вал ротора с валом затвора.4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что привод затвора выполнен в виде электропривода, включающего электродвигатель, соединенный своим валом с валом затвора и снабженный электронным блоком управления, который снабжен подключенным к нему датчиком, установленным вблизи вала ротора с возможностью фиксации положения лопасти ротора, соответствующего началу выхода затвора из рабочей полости корпуса.5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным приводом затвора, при этом основной привод затвора выполнен в виде электропривода, включающего электродвигатель, соединенный своим валом с валом затвора и снабженный электронным блоком управления, который снабжен подключенным к нему датчиком, установленным вблизи вала ротора с возможностью фиксации положения лопасти ротора, соответствующего началу выхода затвора из рабочей полости корпуса, а дополнительный привод затвора выполнен в виде шестеренной передачи, соединяющей вал ротора с валом затвора.6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в карбюраторном, или дизельном, или комбинированном варианте исполнения.7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что в карбюраторном варианте исполнения он снабжен карбюратором, выход которого соединен с впускным окном рабочей полости корпуса, топливным насосом и компрессором, выход каждого из которых сообщается с карбюратором, и закрепленной в корпусе свечой зажигания, при этом в корпусе после его прорези по ходу движения лопасти ротора выполнено отверстие, через которое рабочий электрод свечи зажигания сообщается с рабочей полостью корпуса.8. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что в дизельном варианте исполнения он снабжен топливным насосом, компрессором, выход которого соединен с впускным окном рабочей полости корпуса, и закрепленной в корпусе топливной форсункой, сообщающейся с выходом топливного насоса, при этом в корпусе после его прорези по ходу движения лопасти ротора выполнено отверстие, через которое рабочее сопло топливной форсунки сообщается с рабочей полостью корпуса.9. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что в комбинированном варианте исполнения он снабжен топливным насосом, компрессором и закрепленными в корпусе свечой зажигания и топливной форсункой, сообщающейся с выходом топливного насоса, при этом выход компрессора соединен с впускным окном рабочей полости корпуса, свеча зажигания и топливная форсунка снабжены управляющим блоком, выполненным с возможностью отключения свечи зажигания и включения топливной форсунки при достижении в рабочей полости корпуса заданной температуры, обеспечивающей самовоспламенение топливной смеси, а в корпусе после его прорези по ходу движения лопасти ротора выполнены два отверстия, через одно из которых рабочий электрод свечи зажигания сообщается с рабочей полостью корпуса, а через второе рабочее сопло топливной форсунки сообщается с рабочей полостью корпуса.10. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что он снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, содержащим корпус, в котором размещен с возможностью вращения распределительный диск с валом, шаговый электродвигатель, выходной вал которого соединен с валом диска, блок управления, выход которого подключен к электродвигателю, и орган управления мощностью двигателя, соединенный с блоком управления, при этом в распределительном диске выполнены продольные сквозные отверстия, расположенные равномерно на части или на всей окружности, проведенной в плоскости распределительного диска соосно с последним, и вторые продольные сквозные отверстия с числом, равным числу первых сквозных отверстий, расположенные равномерно на части или на всей окружности меньшего диаметра, проведенной в плоскости распределительного диска концентрично первой окружности, с расположением каждого из них диаметрально противоположно одному из первых сквозных отверстиий, а в корпусе регулятора выполнено входное окно, расположенное на первой окружности распределительного диска и сообщающееся с компрессором, второе входное окно, расположенное на второй окружности распределительного диска диаметрально противоположно первому входному окну и сообщающееся с топливным насосом, выходное окно, отделяемое от первого входного окна распределительным диском и сообщающееся с карбюратором, и второе выходное окно, отделяемое от второго входного окна распределительным диском и сообщающееся с карбюратором, причем первые и вторые сквозные отверстия распределительного диска расположены с равномерным возрастанием их площади в одном и том же круговом направлении относительно оси вращения последнего, площадь наибольшего из первых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь первого входного окна и площадь первого выходного окна корпуса регулятора, площадь наибольшего из вторых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь второго входного окна и площадь второго выходного окна корпуса регулятора, а блок управления выполнен с возможностью выработки управляющих команд, воздействующих на шаговый электродвигатель таким образом, что при перемещении органа управления в сторону увеличения мощности двигателя шаговый электродвигатель поворачивает распределительный диск в направлении, при котором увеличивается площадь сквозных отверстий распределительного диска, одно из которых сообщается с первым входным и первым выходным окнами корпуса регулятора, а второе - со вторым входным и вторым выходным окнами указанного корпуса.11. Двигатель по п.8 или 9, отличающийся тем, что он снабжен регулятором подачи топливо-воздушной смеси, содержащим корпус, в котором размещен с возможностью вращения распределительный диск с валом, шаговый электродвигатель, выходной вал которого соединен с валом диска, блок управления, выход которого подключен к электродвигателю, и орган управления мощностью двигателя, соединенный с блоком управления, при этом в распределительном диске выполнены продольные сквозные отверстия, расположенные равномерно на части или на всей окружности, проведенной в плоскости распределительного диска соосно с последним, и вторые продольные сквозные отверстия с числом, равным числу первых сквозных отверстий, расположенные равномерно на части или на всей окружности меньшего диаметра, проведенной в плоскости распределительного диска концентрично первой окружности, с расположением каждого из них диаметрально противоположно одному из первых сквозных отверстий, а в корпусе регулятора выполнено входное окно, расположенное на первой окружности распределительного диска и сообщающееся с компрессором, второе входное окно, расположенное на второй окружности распределительного диска диаметрально противоположно первому входному окну и сообщающееся с топливным насосом, выходное окно, отделяемое от первого входного окна распределительным диском и сообщающееся с форсункой, и второе выходное окно, отделяемое от второго входного окна распределительным диском и сообщающееся с впускным окном рабочей полости корпуса, причем первые и вторые сквозные отверстия распределительного диска расположены с равномерным возрастанием их площади в одном и том же круговом направлении относительно оси вращения последнего, площадь наибольшего из первых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь первого входного окна и площадь первого выходного окна корпуса регулятора, площадь наибольшего из вторых сквозных отверстий распределительного диска не превышает площадь второго входного окна и площадь второго выходного окна корпуса регулятора, а блок управления выполнен с возможностью выработки управляющих команд, воздействующих на шаговый электродвигатель таким образом, что при перемещении органа управления в сторону увеличения мощности двигателя шаговый электродвигатель поворачивает распределительный диск в направлении, при котором увеличивается площадь сквозных отверстий распределительного диска, одно из которых сообщается с первым входным и первым выходным окнами корпуса регулятора, а второе - со вторым входным и вторым выходным окнами указанного корпуса.12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус, ротор с лопастью и валом и затвор изготовлены из жаропрочного материала, например, из жаропрочной стали, или сплава, или из композиционного материала, например, волокнистого углеродного композита, или термостойкой керамики, или углеграфитовой композиции.13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен кожухом, окружающим корпус с образованием внутренней полости между указанным кожухом и корпусом, заполненной теплоизоляционным материалом.14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что его корпус помещен в теплоизолирующую оболочку.