РОТОРНО-ТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F01C1/24 F02B53/12 

Роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве силового агрегата в автомобилестроении, судостроении, авиастроении и т.д. как в бензиновом, так и в дизельном варианте. Таким образом, задачей изобретения является повышение оборотов ротора, уменьшение шума работающего двигателя, увеличение мощности по отношению к весу, повышение надежности ДВС, уменьшение использования моторного масла, исключение деталей совершающих возвратно-поступательные движения и упрощение производства, повышение КПД.

Известна конструкция роторного двигателя Э.Л.Страуба US №2275205, опубликованная в марте 1942 г., которая состоит из блока, ротора сжатия, роторов с камерами сгорания, системой впрыска топливной смеси, системой зажигания, отвода выхлопных газов. Из рисунков видно, что сопряжение роторов происходит через роторы, которые представляют из себя видоизмененные шестерни. На центральной шестерне, представляющей из себя ротор сжатия, имеются симметрично расположенные два эллипсоидных выступа, выполняющие роль поршней, а на шестернях, находящихся по обеим сторонам ротора сжатия, находятся по две полукруглые полости, которые являются одновременно "цилиндрами" и камерами сгорания. Кроме того, на боковых роторах имеются специальные уплотнители-накладки, крепящиеся болтами и штифтами над краями полукруглых углублений-"цилиндров" роторов-шестерней и предназначенных для уплотнения зазоров между эллипсоидными "поршнями" ротора сжатия и полостями-"цилиндрами" боковых шестерен. В процессе работы двигателя эллипсоидные выступы центрального ротора поочередно проникают в полости боковых роторов, где происходит сжатие топливной смеси и ее воспламенение. Таким образом, синхронизация роботы двигателя поддерживается зубьями и их эллипсоидными выступами и полукруглыми полостями. Из чертежей и описания работы двигателя видно, что кинематика механизма мотора основана на шестеренчатой передаче усилия, которая требует обильного применения моторного масла, о котором, как это ни странно, в материалах описания вообще нет никакого упоминания. Если автор предполагал смазывать шестерни и эллипсоидные выступы-"поршни" моторным маслом, добавляя его в топливо, то этого явно недостаточно, так как двигатель рассчитан на работу с большими оборотами и зубья шестерен очень скоро уже не смогут обеспечивать синхронизацию рабочих циклов. То есть произойдет быстрый износ деталей, и двигатель выйдет из строя. Кроме того, вызывает большое сомнение возможность надежно воспламенять топливную смесь обычной свечой зажигания, расположенной в торце длинной серповидной камеры сгорания, как это показано в материалах описания. Также, в процессе вращения роторов, при переходе от зацепления зубьями к зацеплению эллипсоидными выступами и полукруглыми полстями, при воспламенении топливной смеси, будет происходить разбалансировка всей системы и, как следствие, высокая вибрация и поломка всего механизма, из за того, что будет невозможно создать абсолютно одинаковые условия в противоположных камерах сгорания - это разное количество поступающего топлива, разный износ уплотнителей, неодинаковое состояние свечей зажигания, износ опорных подшипников.

Предлагаемая мною конструкция двигателя внутреннего сгорания лишена недостатков двигателя Э.Л.Страуба.

Поставленная задача достигается исключением контакта между основными деталями двигателя (внутренней поверхностью блока и роторами и между самими роторами), что исключает трение, вследствие чего отпадает необходимость в смазочных материалах. Валы роторов будут вращаться, опираясь на подшипники, имеющие собственную систему смазки. Минимальный зазор, в пределах нескольких сотых долей миллиметра в прогретом состоянии, обеспечивается за счет группы косозубых шестерен, жестко посаженных на валы соответствующих роторов и находящихся в отдельном корпусе в масляной ванне (что обеспечивает их длительную и надежную работу), а также максимальным совпадением контуров основных элементов конструкции, сохраняющих минимальный зазор и процессе вращения роторов. Существующее предложение поясняется чертежами: на фиг.1 показаны основные детали двигателя, где 1 - пробки под технологические отверстия, обслуживания свечей зажигания, 2 - выхлопное окно, 3 - пограничная полость, 4 - проточки под электроды зажигания со знаком "-", 5 - электроды зажигания со знаком "+", 6 - ротор сжатия с тремя сегментами, 7 - корпус двигателя, 8 - камера сгорания, 9 - рубашка охлаждения, 10 - полость, 11 - электрод зажигания со знаком "-", 12 - форсунка впрыска топлива, 13 - ротор с камерами сгорания, 14 - окно для подачи воздуха, 15 - изолированный токопровод. На фиг.2 изображены основные детали двигателя без корпуса, где 4 - проточки под электроды зажигания "+" и "-", 5 - электроды зажигания со знаком "-", 6 - ротор сжатия, 13 - ротор с камерами сгорания, 11 - электроды зажигания со знаком "+", 18 - шестерни, 15 - изолированный токопровод. На фиг.3 представлено схематическое изображение двигателя, где 16 - валы, 18 - шестерни, 17 - распределитель зажигания с проводом, 15 - изолированный токопровод, 19 - отдельный корпус для шестерен, с масляным картером.

Двигатель моей конструкции состоит из двух роторов (возможно большее количества роторов), ротора сжатия 6, который представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты (далее по тексту - сегменты) и ротора с камерами сгорания 13, находящиеся в одном блоке 7. Оба ротора кинематически связаны между собой группой косозубых шестерен 18, имеющих собственный корпус, постоянно находящихся в масляной ванне и жестко закреплены на одной оси вращения (валу) 16 с соответствующим ротором. При этом во внутреннем пространстве двигателя между роторами и внутренней поверхностью блока 7 поддерживается минимальный зазор (в пределах нескольких сотых долей миллиметра в прогретом состоянии), что позволяет отказаться от смазки основных деталей конструкции. Ротор сжатия 6 кинематически соединен с ротором 13, при этом сегменты ротора 6 в процессе вращения поочередно проникают в полости ротора 13, вследствие чего происходит сжатие топливной смеси. Рабочие циклы происходят в следующем порядке: рассмотрим на примере пары сегмент-полость. В процессе вращения роторов в полость 10 ротора 13, через окно 14, под давлением подается воздух. При дальнейшем вращении роторов 6 и 13 в полость ротора 13 через форсунку 12 впрыскивается топливо. Максимальное сжатие топливной смеси происходит при повороте роторов 6 и 13 до точки А. При этом работающий сегмент ротора 6 и соответствующая ему в данный момент полость ротора 13 располагается близко к касательной окружности ротора 13, в этот момент происходит зажигание от электрической искры, переданной бесконтактно от распределителя зажигания 17 по изолированному токопроводу 15. В результате чего топливная смесь воспламеняется и ротор 13 отталкивается - происходит рабочий ход. В свою очередь ротор 6 приобретает движение от ротора 13 через шестерню, находящуюся на его валу. Выхлоп отработанных газов осуществляется под действием собственного избыточного давления, возникающего после воспламенения топлива в полости ротора 13 по завершении рабочего хода и достижении в процессе вращения выхлопного окна 2 в корпусе двигателя. В процессе работы двигателя после воспламенения топливной смеси и в результате вращения роторов 13 и 6 неизбежно произойдет кратковременный прорыв выхлопных газов в полость области ротора 6 через образующийся зазор между взаимодействующими в данный момент сегментом ротора 6 и полостью ротора 13. Прорвавшиеся газы будут создавать высокое давление в пространстве вращения ротора 6 - это обстоятальство, по моему мнению, положительный фактор, который будет работать на удержание компрессии в фазе сжатия следующей пары сегмент-полость, т.е. давление газов в области вращения ротора 6 будет выше (или близким к нему), чем давление сжимающейся смеси (в следующей паре сегмент-полость), т.к. в процессе сжатия тоже произойдет кратковременное открытие пространства сжатия взаимодействующих пар сегмент-полость и газы из области ротора 6 будут препятствовать ускользанию сжимающейся топливной смеси. В данной конструкции ДВС высокое давление в области ротора 6 играет роль компрессионных колец традиционного поршневого ДВС. Далее весь процесс повторяется на других парах сегмент-полость. Зажигание топливной смеси при данной конструкции двигателя осуществляется следующим образом: в полостях ротора 13 располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "-" 11, а в сегментах ротора 6 встроены электроды со знаком "+" 5, под которые в теле ротора выбраны проточки 4. При работе пары сегмент-полость проточки на роторе 6 совмещаются с проточками в камерах ротора 13, образуя камеру сгорания 8. Выходы электродов роторов 6 и 13 соответственно направлены друг на друга и при достижении необходимого значения взаимопроникновения пары сегмент-полость между электродами "+" и "-" происходит искровой разряд, переданный от распределителя зажигания 17. Таким образом, ротор 6 является также бегунком системы зажигания. При дизельном варианте двигателя система воспламенения топливной смеси не потребуется. Обслуживание электродов системы зажигания обеспечивается через окна 1, в работающем состоянии герметично закрытые.

В описании приведена конструкция из двух роторов, при желании их количество может быть различно. Также число сегментов ротора 6 может быть другим. Так же можно построить конструкцию, где роторы будут иметь иное расположение, т.е. ротор сжатия 6 будет находиться в центре, а один или несколько роторов с камерами сгорания 13 будут находиться по его окружности. По сравнению с представленным аналогом представленная мною конструкция обладает несколькими значительными преимуществами:

1. Так как нет контакта между роторами, то отпадает необходимость в смазывающих материалах (кроме подшипников).

2. Система воспламенения топливной смеси более соответствует особенностям конструкции.

3. Конструкция, предложенная мною более технологична в производстве, так как в ней нет сложных поверхностей как в представленном выше аналоге.

4. Возможность для создания множества вариантов компоновки двигателя.

5. Как следствие отсутствия деталей, совершающих возвратно-поступательные движения и минимальное трение - теоретически неограниченный моторесурс, мощность, существенное снижение расхода топлива и смазывающих материалов.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение надежности и ресурса. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит находящиеся в блоке с зазором ротор сжатия и ротор с камерами сгорания, кинематически связанные между собой шестернями. Ротор сжатия представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты, которые поочередно проникают в соответствующие полости ротора с камерами сгорания, сжимая в них топливовоздушную смесь. Согласно изобретению, в полостях ротора с камерами сгорания располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "минус", под которые в теле ротора выбраны углубления, а в цилиндрических сегментах ротора сжатия встроены электроды со знаком "плюс". В цилиндрических сегментах ротора сжатия имеются выточки, которые совмещаются с углублениями на другом роторе, образуя камеру сгорания, а с торцевой части ротора сжатия установлен распределитель зажигания, причем ротор сжатия является бегунком системы зажигания. 3 ил.

Роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок, находящиеся в нем с зазором ротор сжатия и ротор с камерами сгорания, кинематически связанные между собой шестернями, находящимися в собственном корпусе и жестко закрепленными на оси вращения соответствующего ротора, при этом ротор сжатия представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты, которые поочередно проникают в соответствующие полости ротора с камерами сгорания, сжимая в них топливовоздушную смесь, системы подачи воздуха в камеру сгорания, впрыска топлива, воспламенения топливовоздушной смеси, отвода выхлопных газов, а также систему охлаждения, отличающийся тем, что в полостях ротора с камерами сгорания располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "минус", под которые в теле ротора выбраны углубления, а в цилиндрических сегментах ротора сжатия встроены электроды со знаком "плюс", при этом в цилиндрических сегментах ротора сжатия имеются выточки, которые совмещаются с углублениями на другом роторе, образуя камеру сгорания, а с торцевой части ротора сжатия установлен распределитель зажигания, причем ротор сжатия является бегунком системы зажигания.