ФОРКАМЕРНЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК F02B53/06 F02C5/04 F02C5/12 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям роторным внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве привода в различных машинах, энергетических установках, автомобилях, летательных аппаратах, судостроении и других отраслях, связанных с использованием силовых установок. Изобретение позволяет повысить эффективность работы, упростить конструкцию и усовершенствовать работу роторных двигателей.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту RU 2203430 С2, F02B 53/02, 2003, 7 стр., состоящий из корпуса статора с внутренней цилиндрической поверхностью и с камерой сгорания, ротора с профилированной внешней поверхностью и одним выступом сопряжения с рабочей поверхностью статора, трех компрессионных заслонок (в т.ч. двух на входе и выходе камеры сгорания и третьей диаметрально противоположной между выхлопным и всасывающими коллекторами), установленных в пазах статора с возможностью контакта с профилированной внешней поверхностью ротора для образования полостей всаса и сжатия.

Недостатками данного двигателя являются

- процесс всасывания топливной смеси происходит на целый оборот ротора раньше ее подачи в камеру сгорания, что сопряжено с ее оседанием на стенки камеры всасывания и, как результат, снижение эффективности работы двигателя;

- в описании не указано, что удерживает заслонку на входе в камеру сгорания в открытом положении в период нагнетания горючей смеси в нее и что удерживает заслонку на выходе из камеры сгорания в открытом положении в период рабочего хода ротора;

- наличие двух из трех заслонок без указания метода их работы подразумевает необходимость исполнения систем, управляющих ими, что сопряжено с организацией сложных кинематических или газовых систем. Если попытаться определить коэффициент использования общей рабочей поверхности двигателя к поверхности рабочего хода за один полный оборот вала, то в данном случае он близок к величине 0,5. При этом показателем эффективности также может быть соотношение поверхности рабочего хода к компрессионному ходу приготовления горючей смеси, который равен 1,0.

Задачей изобретения является уход от уплотнения зазора между ротором и статором, повышение надежности, мощности, КПД, ресурса при снижении веса и габаритов двигателя.

Задачи достигаются тем, что в форкамерном роторном двигателе внутреннего сгорания (ДВС), содержащем ротор с рабочей зоной, неподвижный статор с форкамерой, газораспределительным клапаном, впускными, выпускными каналами и окнами, воздушный компрессор для создания в форкамере через воздушный ресивер необходимой степени сжатия воздуха (для различных видов моторных топлив), инжекторы для подачи через форсунку в форкамеру топлива, отсутствует необходимость в уплотнении зазора между ротором и статором, так как сжатие воздуха производится воздушным компрессором, процесс создания и сгорания рабочей смеси происходит в форкамере, отделенной от рабочей зоны ротора газораспределительным клапаном.

Таким образом, согласно изобретению форкамерный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный цилиндрический статор, ротор с рабочей зоной, торцевые крышки, при этом процесс создания и сгорания рабочей смеси происходит в форкамере, а сжатие воздуха производится воздушным компрессором, для чего двигатель имеет воздушный ресивер, воздушный компрессор с приводом от вала ротора через шестерни для создания необходимого давления воздуха в форкамере (для приготовления рабочей смеси), форсунку, встроенные в статор газораспределительный клапан, впускной воздушный канал и каналы выхода рабочих и отработавших газов, при этом форкамера (пространство приготовления и сгорания рабочей смеси) встроена в статор, отличается тем, что торцевые крышки выполнены с уплотнением, двигатель имеет воздушный компрессор с электроприводом (для создания в воздушном ресивере необходимого давления воздуха перед запуском двигателя), инжектор, обеспечивающий подачу через форсунку горючего в форкамеру, шестерни привода вала газораспределительного клапана от вала ротора, при этом из воздушного ресивера воздух подается через газораспределительный клапан в форкамеру, уплотненную газораспределительным клапаном, выполненным с возможностью открытия канала выхода рабочих газов из форкамеры.

Ротор может быть выполнен с одной или более рабочими зонами. В статоре могут быть встроены одна и более форкамеры.

Ротор может быть выполнен с лопатками. В статоре могут быть встроены одна и более форкамеры. При оснащении статора двумя и более форкамерами (на один ротор) допускается отключать дополнительные форкамеры, для чего дополнительные форкамеры оснащаются электромагнитными клапанами, расположенными на каналах подачи сжатого воздуха перед газораспределительными клапанами, а прекращение подачи топлива производится инжектором.

Сущность изобретения поясняется чертежами с указанием основных частей, из которых состоит форкамерный роторный ДВС, где

на фигурах 1 и 2 показан общий вид форкамерного роторного ДВС,

на фигурах 3, 4 и 5 показаны разрезы форкамерного роторного ДВС, на фиг.3 показан разрез в масштабе 1,5:1,

на фигурах 6, 7 и 8 показан продольный разрез форкамерного роторного ДВС с рабочим колесом с лопатками в качестве ротора, показана работа газораспределительного клапана, на фиг.6 показана фаза впуска, на фиг.7 показана фаза воспламенения, на фиг.8 показана фаза выпуска,

на фигурах 9 и 10 показан общий вид форкамерного турбинного ДВС, на фигурах 11, 12 и 13 показаны разрезы форкамерного турбинного ДВС.

Форкамерный роторный ДВС содержит: неподвижный статор 1, содержащий газораспределительный клапан 5, канал 6 подачи в форкамеру сжатого воздуха, канал 7 направленного действия выхода рабочих газов из форкамеры 2, канал 9 выхода отработанных газов в выхлопную трубу 18, форкамеру 2 с расположенными в ней свечами 3 накаливания и форсунками 4 инжектора. Двигатель имеет ротор 8 с рабочей зоной, шестерни 13 привода вала 12 газораспределительного клапана от вала 17 ротора, торцевые крышки 14 с уплотнением, инжектор 15, обеспечивающий подачу через форсунку 4 горючего в форкамеру 2, воздушный компрессор 10 с приводом шестерней от вала ротора для создания необходимого давления воздуха в форкаме (для приготовления рабочей смеси), воздушный компрессор 16 с электроприводом (для создания в воздушном ресивере необходимого давления воздуха перед запуском двигателя), воздушный ресивер 11 со встроенным предохранительным (регулирующим давлении воздуха в ресивере) клапаном.

Форкамерный роторный ДВС работает следующим образом: воздух сжимаемый компрессором 10, поступает в воздушный ресивер 11. В воздушном ресивере создается давление воздуха для создания необходимой степени сжатия рабочей смеси (различное для различных видов моторных топлив) в форкамере. Воздушный ресивер оснащен предохранительным клапаном. Из воздушного ресивера воздух подается по каналу 6 через газораспределительный клапан 5 в форкамеру 2. После наполнения форкамеры воздухом с необходимой степенью сжатия и закрытия впускного окна газораспределительным клапаном через форсунку 4 в форкамеру инжектором 15 подается необходимое количество топлива. При начале открытия газораспределительным клапаном 5 канала 7 направленного действия выхода рабочих газов из форкамеры на свечу 3 подается искра. В форкамере происходит воспламенение рабочей смеси. Образовавшиеся рабочие газы, выходя из форкамеры через канал 7 направленного действия, отдают свою энергию рабочему колесу (ротору) 8, приводя его во вращение. Отработавшие газы выводятся через выпускной канал 9 в выхлопную трубу 18.

Экономический эффект достигается высоким КПД, меньшим расходом топлива из-за снижения сил инерции и трения, простотой конструкции и изготовления форкамерного ДВС.

Клапан-газораспределитель работает следующим образом: цилиндрический вал 12, имеющий проходной канал 19, вкладыши 22, вращается внутри неподвижной цилиндрической втулки 20, имеющей впускное окно 21 форкамеры и выпускное окно канала направленного действии. Зазор между втулкой 20 и валом 12 уплотняется сальниковым уплотнением 23. Преимуществами использования этого клапана являются:

1. Простота конструкции

2. Низкая себестоимость

3. Долговечность, достигающаяся вдвое меньшими оборотами относительно рабочего колеса и охлаждением его поверхности со всех сторон воздухом (находящемся под давлением во впускном канале) и рабочей смесью (находящейся в форкамере).

4. Простота ремонта или замены.

5. Независание при больших оборотах.

6. Данная конструкция газораспределительного клапана может применяться и в поршневых ДВС.

Изобретение относится к двигателестроению. Форкамерный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный цилиндрический статор, ротор с рабочей зоной и торцевые крышки. Процесс создания и сгорания рабочей смеси происходит в форкамере. Двигатель имеет воздушный ресивер, воздушный компрессор, форсунку, встроенные в статор газораспределительный клапан, впускной воздушный канал и каналы выхода рабочих и отработавших газов. Сжатие воздуха производится воздушным компрессором. Воздушный компрессор выполнен с приводом от вала ротора через шестерни для создания необходимого давления воздуха в форкамере (для приготовления рабочей смеси). Форкамера (пространство приготовления и сгорания рабочей смеси) встроена в статор. Торцевые крышки выполнены с уплотнением. Двигатель имеет воздушный компрессор с электроприводом (для создания в воздушном ресивере необходимого давления воздуха перед запуском двигателя). Двигатель включает инжектор, обеспечивающий подачу через форсунку горючего в форкамеру, и шестерни привода вала газораспределительного клапана от вала ротора. Из воздушного ресивера воздух подается через газораспределительный клапан в форкамеру, уплотненную газораспределительным клапаном, выполненным с возможностью открытия канала выхода рабочих газов из форкамеры. Техническим результатом является повышение надежности, мощности, КПД и ресурса при снижении веса и габаритов, а также упрощение конструкции двигателя. 2 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Форкамерный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный цилиндрический статор, ротор с рабочей зоной, торцевые крышки, при этом процесс создания и сгорания рабочей смеси происходит в форкамере, а сжатие воздуха производится воздушным компрессором, для чего двигатель имеет воздушный ресивер, воздушный компрессор с приводом от вала ротора через шестерни для создания необходимого давления воздуха в форкамере (для приготовления рабочей смеси), форсунку, встроенные в статор: газораспределительный клапан, впускной воздушный канал и каналы выхода рабочих и отработавших газов, при этом форкамера (пространство приготовления и сгорания рабочей смеси) встроена в статор, отличающийся тем, что торцевые крышки выполнены с уплотнением, двигатель имеет воздушный компрессор с электроприводом (для создания в воздушном ресивере необходимого давления воздуха перед запуском двигателя), инжектор, обеспечивающий подачу через форсунку горючего в форкамеру, шестерни привода вала газораспределительного клапана от вала ротора, при этом из воздушного ресивера воздух подается через газораспределительный клапан в форкамеру, уплотненную газораспределительным клапаном, выполненным с возможностью открытия канала выхода рабочих газов из форкамеры.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен с одной или более рабочими зонами, в статоре встроены одна и более форкамеры.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что ротор выполнен с лопатками, в статоре встроены одна и более форкамеры, при оснащении статора двумя и более форкамерами (на один ротор) допускается отключать дополнительные форкамеры, для чего дополнительные форкамеры оснащаются электромагнитными клапанами, расположенными на каналах подачи сжатого воздуха перед газораспределительными клапанами, а прекращение подачи топлива производится инжектором.