РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F01C1/344 F01C1/38 

Изобретение относится к тепловым двигателям внутреннего сгорания и является силовой установкой для мобильных машин.

Известен роторно-поршневой двигатель (SU №1017803, Кл. F02В 53/00, 1983 г.), содержащий корпус с внутренней профилированной рабочей поверхностью, торцевые крышки, цилиндрический ротор, установленный на валу и снабженный качающимися поршнями, контактирующими с профилированной рабочей поверхностью корпуса и образующими надпоршневые и подпоршневые объемы, систему газообмена в виде впускных и выпускных окон и свечи зажигания. Каждый поршень двигателя снабжен камерой сгорания с перепускным каналом с обратным клапаном, сообщающим камеру сгорания с подпоршневым объемом; впускные окна и отверстия под свечи зажигания выполнены в торцевой крышке с возможностью сообщения окон с подпоршневыми объемами, а свечей - с камерами сгорания.

Известный двигатель имеет сложный для изготовления профиль внутренней рабочей поверхности корпуса. Поршни снабжены перепускными каналами с обратными клапанами, которые при высоких температурах не надежны. Кроме того, воспламенение горючей смеси сначала в отдельной камере сгорания, а затем соединение этой камеры с рабочим надпоршневым пространством вызывает задержку в протекании термодинамического рабочего цикла и соответственно снижение его эффективности и вредные динамические нагрузки на детали двигателя.

Известен также роторно-поршневой двигатель, включающий корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, закрытой боковыми крышками, в котором установлен цилиндрический ротор-поршень, закрепленный на эксцентриковом валу, радиальные заслонки, двигающиеся в пазах ротора, планетарный механизм, впускные и выпускные окна. При этом в центре корпуса установлен ведущий вал, на котором с внешней стороны ротора-поршня жестко крепится водила с опорами эксцентриковых валов, на концах эксцентриковых валов установлены сателлиты, а к крышкам корпуса прикреплены неподвижные солнечные шестерни (RU №2134805, Кл. F02В 53/00, F01В 13/06, 1999 г.).

Недостатками данного двигателя являются сложный планетарный механизм привода ротора-поршня и низкая эффективность теплоиспользования из-за малой степени сжатия, зависящей от параметров планетарного механизма.

Прототипом изобретения является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, впускные и выпускные окна, свечу зажигания, цилиндрический ротор, установленный эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеющий радиальные подвижные заслонки с уплотнениями на их внешней стороне, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором. В данном устройстве в зоне наименьшего зазора между корпусом и ротором имеется отдельная камера сгорания со свечой зажигания, периодически соединяющаяся то с нагнетательной, то с расширительной полостями двигателя посредством специальных кранов. Синхронный поворот кранов обеспечивается механическим приводом от вала ротора (Автомобильные роторно-поршневые двигатели. Н.С.Ханин, С.Б.Чистозвонов. - М.:Машгиз,1964, с.33-34).

Недостатком известного двигателя являются сложность конструкции из-за наличия отдельной камеры сгорания и дополнительного механического привода. Кроме того, пропускное сечение кранов мало и не позволяет свободно и интенсивно протекать процессам газообмена по схеме термодинамического рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания, что снижает эффективность его работы.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы двигателя и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, впускные и выпускные окна, свечу зажигания, цилиндрический ротор, установленный эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеющий радиальные подвижные заслонки, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором, согласно изобретения ротор выполнен с выемками по образующей, в которых шарнирно, с возможностью качания установлены дугообразные пластины, повторяющие цилиндрическую поверхность ротора, количество которых соответствует количеству заслонок, на внешней цилиндрической поверхности ротора между дугообразными пластинами и заслонками выполнены перепускные канавки, а в пазах для заслонок выполнены каналы, соединяющие полость паза с наружной поверхностью ротора. Целесообразно в пазах ротора под заслонками устанавливать пружины.

Дугообразные пластины, закрепленные шарнирно с возможностью качания в выемках по образующей ротора, периодически нагнетают рабочее тело (воздух или горючую смесь) в расширительную полость двигателя, что позволяет согласовать периодическую сущность термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания с непрерывным, однонаправленным и равномерным (относительно) вращением ротора. Кроме того, качающиеся дугообразные пластины захватывают больший объем воздуха, чем радиальные заслонки в прототипе, что повышает степень сжатия двигателя и позволяет уменьшить соотношение диаметров рабочих поверхностей корпуса и ротора. Это, в свою очередь, уменьшает радиальное перемещение заслонок и снижает знакопеременные инерционные и изгибающие нагрузки на них.

Перепускные канавки, выполненные на внешней цилиндрической поверхности ротора между дугообразными пластинами и радиальными заслонками, позволяют воздуху (горючей смеси) беспрепятственно поступать в расширительную полость двигателя, проходя под уплотнением в корпусе.

Каналы, выполненные в теле ротора заодно с пазами для заслонок, соединяющие полость паза с наружной поверхностью ротора позволяют за счет давления газов:

- дополнительно с инерционными силами поджимать внешнее ребро заслонки к рабочей поверхности корпуса, предотвращая утечку газов в зоне контакта;

- более равномерно распределять нагрузку от давления газов на рабочую плоскость заслонки, уменьшая изгибающие напряжения в ней и прижимая к наружной (по направлению вращения) стороне паза, также предотвращая утечку газов между заслонкой и ротором.

Пружины, установленные в пазах ротора под заслонками, предназначены для предварительного поджатия заслонок к рабочей поверхности корпуса при запуске двигателя и вращении ротора на малых оборотах.

Все перечисленные отличия заявляемого устройства значительно повышают эффективность работы двигателя в целом и ведут к упрощению конструкции.

На чертеже представлен поперечный разрез двигателя.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью 2 и торцевыми крышками 3. На корпусе 1 и на крышках 3 выполнены впускные окна 4 и выпускные окна 5 и закреплена свеча зажигания 6. Цилиндрический ротор 7 установлен эксцентрично относительно рабочей поверхности 2 и имеет радиальные подвижные заслонки 8 с уплотнениями 9, смонтированные в пазах 10 ротора 7. Заслонки 8 образуют нагнетательную полость 11 и расширительную полость 12 между рабочей поверхностью 2 корпуса 1, уплотнением 13 корпуса 1 и ротором 7. Ротор 7 выполнен с выемками 14 по образующей, в которых шарнирно, с возможностью качания установлены дугообразные пластины 15, повторяющие цилиндрическую поверхность ротора 7 и количество которых соответствует количеству заслонок 8. Дугообразные пластины 15 внешней гранью с уплотнением 16 прижимаются к рабочей поверхности 2 корпуса 1 пружинами 17. На внешней цилиндрической поверхности ротора 7 между дугообразными пластинами 15 и заслонками 8 выполнены перепускные канавки 18, а в пазах 10 для заслонок 8 выполнены каналы 19, соединяющие полость паза 10 с наружной поверхностью ротора 7. В пазах 10 ротора 7 под заслонками 8 установлены пружины 20.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При вращении ротора 7 дугообразная пластина 15 внешней гранью с уплотнением 16 прижимается пружиной 17, а также центробежными силами к внутренней рабочей поверхности 2 корпуса 1. Проходя мимо впускного окна 4, пластина 15 захватывает некоторый объем воздуха (рабочей смеси). При дальнейшем повороте ротора 7 этот объем отсекается от окружающего пространства, образуя нагнетательную полость 11 и начинает сжиматься за счет эксцентричного расположения рабочих поверхностей 2 корпуса 1 и ротора 7. Перепускные канавки 18 выполненные на внешней цилиндрической поверхности ротора 7 позволяют нагнетаемому воздуху проходить под уплотнением 13 корпуса 1 в камеру сгорания, являющуюся начальной стадией формирования расширительной полости 12. Как только дугообразная пластина 15 полностью прижмется к ротору 7 и составит с ним единую цилиндрическую поверхность, весь ранее захваченный воздух будет сжат в камере сгорания (расширительной полости 12) между поверхностью 2 корпуса 1, ротором 7, уплотнением 13 корпуса 1, заслонкой 8 с уплотнением 9 и крышками 3. Таким образом, сжатый в камере сгорания воздух (рабочая смесь) представляет из себя рабочее тело, готовое к главному такту термодинамического цикла - расширению. Далее происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры и расширение продуктов сгорания. Давление газов на заслонку 8 за счет эксцентричности установки ротора 7 относительно рабочей поверхности 2 корпуса создает на валу ротора 7 крутящий момент. При дальнейшем повороте ротора 7 заслонка 8 проходит выпускные окна 5 на корпусе 1 и открывает расширительную полость 12 для выхода отработавших газов. Далее такты последовательно повторяются.

Двигатель может работать как по двухтактному, так и четырехтактному термодинамическому циклу.

Смесеобразование может быть как внешнее, так и внутреннее.

Количество радиальных заслонок в паре с дугообразными пластинами может быть несколько (от 1 до n, где n - количество пар) и зависит от размеров рабочих поверхностей корпуса и ротора.

Предлагаемый роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть использован в качестве автономного источника механической энергии в любых мобильных и стационарных машинах. По назначению он аналогичен поршневому двигателю внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. При детальной конструктивной проработке может составить ему реальную альтернативу.

Изобретение находится на стадии технического предложения.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Изобретение направлено на повышение эффективности работы двигателя и упрощение конструкции. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, впускные и выпускные окна, свечу зажигания, цилиндрический ротор. Ротор установлен эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеет радиальные подвижные заслонки, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором. Ротор выполнен с выемками по образующей. В выемках шарнирно, с возможностью качания установлены дугообразные пластины, повторяющие цилиндрическую поверхность ротора. Количество пластин соответствует количеству заслонок. На внешней цилиндрической поверхности ротора, между дугообразными пластинами и заслонками, выполнены перепускные канавки, а в пазах для заслонок выполнены каналы, соединяющие полость паза с наружной поверхностью ротора. В пазах ротора под заслонками установлены пружины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, впускные и выпускные окна, свечу зажигания, цилиндрический ротор, установленный эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеющий радиальные подвижные заслонки, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором, отличающийся тем, что ротор выполнен с выемками по образующей, в которых шарнирно с возможностью качания установлены дугообразные пластины, повторяющие цилиндрическую поверхность ротора, количество которых соответствует количеству заслонок, на внешней цилиндрической поверхности ротора между дугообразными пластинами и заслонками выполнены перепускные канавки, а в пазах для заслонок выполнены каналы, соединяющие полость паза с наружной поверхностью ротора.2. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в пазах ротора под заслонками установлены пружины.