ДВУХСЕКЦИОННЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F02B53/08 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано во всех областях, где применяются двигатели внутреннего сгорания.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, который состоит из корпуса, ротора с выступами-поршнями, прилегающими к внутренней поверхности корпуса, заслонок, расположенных радиально и прилегающих к внешней поверхности ротора и внутренней поверхности корпуса, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью ротора и заслонками, камер сжатой горючей смеси на корпусе, клапанов перепускных из камер сжатия в камеры сжатой горючей смеси, окон впускных в камеры впуска, окон выпускных из камер вытеснения (см. патент РФ №2161708, опубл. 10.01.2001).

Этому техническому решению присущи следующие недостатки. Давления, температуры в периоды рабочих циклов в камерах создают расклинивающие усилия между заслонками и внешней поверхностью ротора. Прижатие заслонок к внешней поверхности ротора пружинами с высоким давлением не обеспечивает достаточной надежности прилегания заслонок к внешней поверхности ротора. В образованных камерах в периоды рабочих циклов возможна утечка, перетекание заряда из камер сгорания, сжатия. Для исключения утечек, перетекания заряда из камер необходимо приложение больших сил на прижатие заслонок к внешней поверхности ротора, что приводит к повышенным механическим потерям.

Высокая скорость перемещения заслонок в периоды образования камер обуславливает большие периметры, низкие окружные скорости ротора.

Известен двигатель, в котором камеры впуска и сжатия выполнены кривошипно-шатунным поршневым механизмом. Секция камер сгорания и вытеснения выполнена ротором с двумя выступами-поршнями и двумя заслонками (см. патент США №5681157, опубл. 28.10.1997).

Этому техническому решению также присущи недостатки. Кривошипно-шатунная поршневая конструкция камер впуска и сжатия по сравнению с роторно-поршневой обуславливает усложнение конструкции, увеличение габаритных размеров, массы, механических потерь. В секции камер сгорания и вытеснения конструкция образованных камер переменного объема не создает постоянного равномерного плотного прилегания заслонок к внешней поверхности выступов-поршней ротора. При изменении объемов в камерах сгорания в начале рабочих циклов воспламенение горючей смеси происходит при некоторых начальных объемах в камерах сгорания, что приводит к потере рабочего давления воспламененной горючей смеси, снижению термического КПД, мощности двигателя. Для уменьшения начальных объемов в образованных камерах сгорания необходимо повышение скорости перемещения заслонок в периоды образования камер переменного объема, что вызывает значительные знакопеременные инерционные нагрузки, повышенные износы, наклепы, усиленную вибрацию, обуславливает большой периметр, низкие окружные скорости ротора, снижение ресурса работы двигателя. Прижатие заслонок пружинами к внешней поверхности ротора недостаточно надежно, возможны утечки, перетекания заряда из камер сгорания. Для исключения утечек необходимо приложение больших сил на прижатие заслонок к внешней поверхности ротора, что приводит к повышенным механическим потерям, снижению КПД.

Задачей изобретения является повышение надежности, мощности, коэффициента полезного действия, ресурса при снижении веса, габаритов двигателя.

Задача достигается в двухсекционном роторном двигателе, состоящем из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения, каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции, заслонок, прилегающих к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенных радиально, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками, камеры сжатой горючей смеси на корпусе, перепускного клапана из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускных окон из камеры вытеснения, двуплечих рычагов, осей рычагов, при этом поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей, равномерно, плотно прилегающие в местах их соприкосновения. Согласно изобретению секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения.

Технологически две заслонки и рычаг между ними могут быть выполнены одной общей деталью.

Возможность утечки заряда из образованных камер исключается условиями постоянного равномерного плотного прилегания поверхностей профилей заслонок к внешним поверхностям выступов-поршней, устройством простых надежных уплотнений профилей заслонок к профилям поверхностей выступов-поршней роторов, как вариант это могут быть подпружиненные пластины, изогнутые в форме дуг окружностей. При этом не требуется приложение больших сил на прижатие заслонок к внешним поверхностям роторов, что повышает надежность, значительно снижает механические потери на трение заслонок с внешней поверхностью роторов.

Возникающие инерционные знакопеременные силы от масс перемещающихся заслонок значительно снижаются при выполнении перемещения заслонок в камерах секций впуска и сжатия и камерах секций сгорания и вытеснения в противоположенных направлениях. Уравновешивание рычажным соединением заслонок камер секции впуска и сжатия и заслонками камер секций сгорания и вытеснения снижает наклепы, износы соприкасающихся поверхностей роторов, заслонок, вибрацию, механические потери двигателя.

Выполнение соединения двуплечим рычагом заслонок секций с осью качания рычага, выполненной между заслонками, значительно уравновешивает давления на заслонки в камерах. Оставшаяся разность сил давления на заслонки в камерах передается на оси качания рычагов между заслонками. Расклинивающие усилия от давлений в камерах между внешней поверхностью выступов-поршней и заслонками в определенной мере уравновешиваются рычажной связью между заслонками и могут быть сведены к минимуму изменением плеч рычагов, что снижает механические потери, повышает ресурс работы двигателя. Плавный изгиб профилей внешних поверхностей роторов, соприкасающихся с заслонками в периоды образования камер переменного объема в секциях, позволяет снизить скорости перемещения заслонок в периоды образования камер переменного объема в секциях.

Чертежи, поясняющие изобретение:

фиг.1 - продольный ступенчатый разрез А-А половины секции впуска и сжатия и половины секции сгорания и вытеснения, секции одинаковой симметричной конструкции;

фиг.2 - разрез Б-Б, где видны разрезы секции впуска и сжатия, разрез камеры сжатой горючей смеси, разрез секции сгорания и вытеснения, в которых видны разрезы ротора, заслонки секции впуска и сжатия, ротора, заслонки секции сгорания и вытеснения, перепускного клапана из камер сжатия в камеру сжатой горючей смеси, выпускного окна в камеру сгорания.

На чертежах разность начальных объемов камер в секции впуска и сжатия и секции сгорания и вытеснения показана вариантом меньшей ширины выступов-поршней ротора секции сгорания.

Двигатель состоит из неподвижных секций 1 и 2 роторов 3 и 4, заслонок 5 и 6, рычагов заслонок 7, камеры сжатой горючей смеси 8, перепускного клапана 9, впускных окон в камеру сгорания 10, свечи или форсунки 11, камер переменного объема 12, впускных окон 13 секции 1, выпускных окон 14, вала роторов 15 осей рычагов 16.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

При вращении вала 15 приводятся в движение роторы 3 и 4 с выступами-поршнями, прилегающими к внутренним цилиндрическим поверхностям секции впуска и сжатия 1, секции сгорания и вытеснения 2, к боковым стенкам секций, перемещают радиально в секциях 1 и 2 заслонки 5 и 6, прилегающие к внутренним поверхностям секции 1 и 2, внешним поверхностям роторов 3 и 4, и создаются камеры переменного объема 12.

Так, при вращении валом роторов 3 и 4 по часовой стрелке объем левой нижней и правой верхней камеры увеличивается в секции 1, через впускные окна 13 происходит впуск горючей смеси. Эта смесь сжимается в левой верхней, правой нижней камере секции 1 и через перепускной клапан 9 заполняет камеру сжатой горючей смеси 8. В период заполнения камер сжатой горючей смесью впускные окна 10 в камеру сгорания секции 2 закрыты поверхностью выступов поршней ротора 4 секции 2. Горючая смесь из камеры сжатой горючей смеси через начинающие открываться впускные окна 10 перемещением выступов поршней ротора 4 секции 2 поступает в правую верхнюю и левую нижнюю камеры 12 секции 2. Воспламеняется свечой 11, расширяясь, действует на выступы-поршни ротора 4 и вращает вал ротора 15 ротор 3 секции 1. При дальнейшем повороте ротора открываются выпускные окна 14 и происходит выпуск отработанных газов. Затем поршни-выступы ротора 4 секции 2 из правой верхней, левой нижней через выпускные окна 14 выталкивают оставшиеся отработанные газы.

Для равномерного плотного прилегания профилей соприкасающихся поверхностей выступов-поршней и заслонок в образованных камерах каждая заслонка 5 и 6 соединена с двуплечим рычагом 7, с осью качания рычага 16.

Таким образом, в 8 камерах 12, образуемых четырьмя выступами-поршнями роторов 3 и 4, четырьмя заслонками 5 и 6 и внутренними поверхностями секций 1 и 2, происходит последовательно впуск горючей смеси, сжатие, воспламенение, расширение продуктов сгорания, очистка от отработанных газов, т.е. осуществляются все процессы, происходящие в ДВС.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить мощность, надежность, КПД и ресурс двигателя, а также уменьшить его вес и габариты. Двухсекционный роторный двигатель состоит из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения. Каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции. Двигатель содержит заслонки, прилегающие к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенные радиально. Двигатель состоит из камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками. Также двигатель имеет камеру сжатой горючей смеси на корпусе, перепускной клапан из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускные окна из камеры вытеснения, двуплечие рычаги, оси рычагов. Поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей. Секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения. 2 ил.

Двухсекционный роторный двигатель, состоящий из корпуса с секцией впуска и сжатия, секцией сгорания и вытеснения, каждая секция состоит из ротора с выступами-поршнями на внешней поверхности ротора, прилегающими к внутренней поверхности секции, заслонок, прилегающих к внутренней поверхности секции и внешней поверхности ротора, расположенных радиально, камер переменного объема, ограниченных внутренней поверхностью секций, внешней поверхностью выступов-поршней роторов и заслонками, камеры сжатой горючей смеси на корпусе, перепускного клапана из камеры сжатия в камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, выпускных окон из камеры вытеснения, двуплечих рычагов, осей рычагов, при этом поверхности, ограничивающие образованные камеры переменного объема в профиль, представляют собой дуги окружностей, равномерно, плотно прилегающие в местах их соприкосновения, отличающийся тем, что секции выполнены одинаковой симметричной конструкции, причем двуплечие рычаги соединяют заслонку секции впуска и сжатия и заслонку секции сгорания и вытеснения.