РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F02B55/02 F01C19/04 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, а именно к двигателям турбокомпрессорного типа.

Предложенный роторно-поршневой двигатель обладает свойством газовой турбины, так как снабжен компрессором, камерой сгорания и турбиной, а по принципу действия является поршневым двигателем внутреннего сгорания с четырьмя тактами работы: впуском, сжатием, рабочим ходом и выпуском.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых установлены вращающиеся первый и второй роторы, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, первом, с большим диаметром, выполнен радиальный паз с глубиной, плавно увеличивающейся от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности этого диска и плавно уменьшающейся от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности этого диска. Между роторами расположена камера сгорания, выполненная в виде соосных внешнего, среднего и внутреннего цилиндров, установленных друг в друге. Внешний цилиндр разделен плоскостью, проходящей через оси вала роторов и цилиндров, на полуцилиндры, первый из которых, являющийся корпусом камеры сгорания, жестко закреплен в корпусе двигателя, а второй из которых, одновременно являющийся поршнем, расположен в пазу диска с большим диаметром с возможностью перемещения относительно первого полуцилиндра до прилегания наклонного днища второго полуцилиндра к основанию радиального паза диска. Средний цилиндр и имеющий возможность вращения внутренний цилиндр снабжены окнами для впуска в камеру сгорания рабочей смеси и перепускными окнами для выпуска горящей рабочей смеси. Диск с меньшим диаметром снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом и подпружиненной заслонкой. Свеча зажигания установлена в днище внутреннего цилиндра, обращенном в сторону второго ротора меньшего диаметра. В данном роторно-поршневом двигателе осуществляется сжатие топлива в первом роторе, одновременно перемещение рабочей смеси в камеру сгорания, где смесь и сгорает. Тепловая энергия передается на второй ротор, где и превращается в механическую (см. патент RU 2193676 C2, МПК⁷ F02B 53/08).

Основным недостатком этого двигателя является невысокая долговечность вследствие сложности с обеспечением длительной работоспособности элементов камеры сгорания, поскольку ее внутренний цилиндр, подверженный влиянию высоких температур, выполнен вращающимся.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся первый ротор, выполняющий функцию ротора компрессора, выполненный в виде диска со сквозным радиальным прямоугольным пазом, образованным от оси вращения вала двигателя до наружной поверхности этого ротора по ширине последнего, в котором установлена подпружиненная рабочая заслонка с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазу первого ротора и прилегания ее торца к внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца шириной, равной ширине первого ротора, вращающийся второй ротор, выполняющий функцию ротора турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине первого ротора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен первый ротор, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении второго ротора с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении второго ротора на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, Г-образную подпружиненную уплотняющую пластину, установленную в рабочем кольце в области камеры сгорания с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце по направлению движения роторов позади ее граней, и прилегания гранью к цилиндрической внешней поверхности первого ротора, Г-образную подпружиненную уплотняющую пластину, установленную в рабочем кольце в области камеры сгорания с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце по направлению движения роторов впереди ее граней, и прилегания гранью к внутренней поверхности утолщения второго ротора. В корпусе камеры сгорания установлена свеча зажигания. Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками, рабочим кольцом и роторами. Сжатие рабочей смеси осуществляется первоначально в первом роторе, выполняющем функцию ротора компрессора, с последующим ее перемещением в камеру сгорания, где смесь воспламеняется от свечи зажигания и далее поступает в рабочую камеру второго ротора, выполняющего функцию ротора турбины. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается на второй ротор, выполняющий функцию турбины, где и превращается в механическую (см. патент RU 2351780 C1, МПК⁷ F02B 53/08).

Однако в качестве недостатков вышеуказанного двигателя можно отметить следующее:

- недостаточно эффективная работа из-за наличия «мертвого» пространства по объему в рабочей полости первого ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, из-за чего часть сжимаемой в рабочей полости первого ротора рабочей смеси не попадает в камеру сгорания;

- сложность конструкции из-за наличия уплотняющих пластин как у первого ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, так и у второго ротора, выполняющего функцию ротора турбины;

- недостаточная надежность вследствие пониженной надежности уплотняющих пластин из-за возникающих высоких ударных нагрузок при высокой частоте вращения вала двигателя.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности работы, надежности и упрощения конструкции двигателя за счет изменения конструкции уплотнений и рабочей заслонки ротора компрессора.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся первый ротор, выполняющий функцию ротора компрессора, выполненный в виде диска, в котором установлена подпружиненная рабочая заслонка шириной, равной ширине первого ротора, вращающийся второй ротор, выполняющий функцию ротора турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине первого ротора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен первый ротор, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами, свечу зажигания, установленную в корпусе камеры сгорания, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении второго ротора с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении второго ротора на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, согласно изобретению рабочая заслонка, выполненная в виде пластины, изогнутой к оси вала двигателя по диаметру, равному наружному диаметру первого ротора, установлена в первом роторе с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении наружной цилиндрической поверхности этого ротора, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в первом роторе с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси. В двигатель введены уплотняющий сегмент первого ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, шириной, равной ширине первого ротора, расположенный на внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца под камерой сгорания, и уплотняющий сегмент второго ротора, выполняющего функцию ротора турбины, шириной, равной ширине первого ротора, расположенный на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца над камерой сгорания. При этом уплотняющий сегмент первого ротора выполнен переменной толщины, плавно увеличивающейся от внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца до максимальной высоты, размер которой равен ширине окна для впуска рабочей смеси корпуса камеры сгорания, и плавно уменьшающейся до внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца. Внутри уплотняющего сегмента первого ротора выполнен канал противодавления с входным и выходным окнами, изогнутый на 180°, причем входное окно канала противодавления больших размеров, чем выходное окно канала противодавления, расположено вблизи внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца, а выходное окно канала противодавления расположено вблизи наружной цилиндрической поверхности первого ротора и направлено в сторону зазора, равного величине теплового расширения первого ротора и рабочего кольца, между первым ротором и уплотняющим сегментом первого ротора. Уплотняющий сегмент второго ротора выполнен переменной толщины, плавно увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца до максимальной высоты, размер которой равен ширине выпускного окна для рабочей смеси корпуса камеры сгорания, и плавно уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца. Внутри уплотняющего сегмента второго ротора с обеих сторон выполнены изогнутые на 180° каналы противодавления, причем входные окна каналов противодавления больших размеров, чем выходные окна каналов противодавления, расположены вблизи внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца, а выходные окна каналов противодавления расположены вблизи внутренней цилиндрической поверхности второго ротора и направлены в сторону зазора, равного величине теплового расширения второго ротора и рабочего кольца, между вторым ротором и уплотняющим сегментом второго ротора.

Повышение эффективности работы предлагаемого двигателя обеспечивается изменением конструкции рабочей заслонки первого ротора, позволяющей уменьшить «мертвое» пространство по объему в рабочей полости первого ротора. Упрощение и повышение надежности конструкции предлагаемого двигателя обеспечивается отсутствием «прыгающих» уплотняющих заслонок, вместо которых имеются жестко закрепленные или изготовленные за одно с рабочим кольцом уплотняющие сегменты. Уплотнение между первым ротором и внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца осуществляется за счет наличия небольшого зазора между уплотняющим сегментом и внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца, имеющего определенную протяженность, необходимую для создания требуемого сопротивления проходу рабочей смеси и каналов противодавления, создающих встречный поток воздуха. Аналогичным образом осуществляется уплотнение между наружной поверхностью рабочего кольца и вторым ротором.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез по линии А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез по линии Б-Б фиг.2; на фиг.4 - увеличенный вид камеры сгорания.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора 1 и 2, расположенных параллельно, закрепленных на одном валу 3 на фиксированном расстоянии друг от друга и вращающихся вместе с валом 3 в корпусе 4 (см. фиг.1). Ротор 1, выполняющий функцию ротора компрессора, выполнен в виде круглого диска и встроен в рабочее кольцо 5 с возможностью вращения внутри последнего.

Рабочее кольцо 5, являющееся частью корпуса 4 двигателя, имеет две рабочие цилиндрические поверхности, а именно внутреннюю, обращенную в сторону ротора 1, и внешнюю, обращенную в сторону ротора 2. Оси цилиндрических внутренней и внешней поверхностей рабочего кольца 5 смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала 3 двигателя на величину ΔН, не позволяющую поверхностям рабочего кольца 5 пересекаться (см. фиг.2). Ширина рабочего кольца 5 равна ширине ротора 1.

В роторе 1 размещена рабочая заслонка 6, выполненная в виде пластины, изогнутой к оси вала 3 двигателя по диаметру, равному наружному диаметру ротора 1, один конец которой в направлении вращения роторов 1 и 2 впереди второго конца заслонки 6 через пружину 7 установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5, а второй конец рабочей заслонки 6 закреплен через ось 8 в роторе 1, с возможностью совершения возвратно-вращательного движения вокруг оси 8. В наружной цилиндрической поверхности ротора 1 имеется углубление 9, предназначенное для вхождения в него рабочей заслонки 6 при максимальном ее рабочем ходе. Ширина рабочей заслонки 6 равна ширине первого ротора, а минимальная длина ее установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внутренней поверхности рабочего кольца 5 при вращении вала 3 двигателя.

Ротор 2, выполняющий функцию ротора турбины, выполнен в виде стакана, днище которого жестко закреплено на валу 3 двигателя (см. фиг.1). На боковой поверхности стакана выполнено в направлении оси вращения вала 3 двигателя диаметральное утолщение по ширине, равной ширине ротора 1. Это утолщение расположено над цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 5. В утолщении ротора 2 установлена Г-образная рабочая заслонка 10, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси 11 (см. фиг.2). Ось 11 закреплена в утолщении ротора 2 на одном конце Г-образной рабочей заслонки 10 по направлению вращения роторов 1 и 2 впереди второго конца этой заслонки. Торец второго конца заслонки 10 установлен с возможностью плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 5 посредством пружины 12. Заслонка 10 расположена таким образом, что ее ось 11 находится справа от ее второго конца со стороны ротора 1.

В рабочем кольце 5, в месте наибольшей высоты кольца, то есть в его наиболее широкой части, имеется отверстие, предназначенное для установки камеры сгорания 13. Ротор 1, утолщение ротора 2 и рабочее кольцо 5 расположены между двумя рабочими боковыми щеками: внешней 14 и внутренней 15, стянутыми болтами 16 и являющимися вместе с рабочим кольцом 5 основой корпуса 4 двигателя (см. фиг.1). В этих щеках 14 и 15 на подшипниках 17 установлен вал 3 двигателя. Таким образом, ротор 1, встроенный внутри рабочего кольца 5 между внешней 14 и внутренней 15 боковыми щеками, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 5 и внешней 14 и внутренней 15 боковыми щеками; ротор 2 с утолщением, расположенным над камерой сгорания 13, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 5 и внешней 14 и внутренней 15 боковыми щеками.

Камера сгорания 13, расположенная между роторами 1 и 2, снабжена корпусом 18, выполненным в виде цилиндра и размещенным в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца 5 (см. фиг.3). На боковой поверхности корпуса 18 расположены окно 19 для впуска рабочей смеси и выпускное окно 20 для рабочей смеси, имеющие прямоугольную форму. Корпус 18 жестко закреплен в корпусе 4 двигателя, то есть во внешней щеке 14, посредством крышки 21. В торце камеры сгорания 13 в центре крышки 21 имеется отверстие 22 для свечи зажигания 23 (см. фиг.1, 3).

Между отверстием в рабочем кольце 5, предназначенном для установки камеры сгорания 13, и наружной поверхностью корпуса 18 встроен газораспределительный стакан 24 механизма газораспределения, взаимодействующий с камерой сгорания 13 (см. фиг.3). К днищу стакана 24 со стороны ротора 2 жестко прикреплен вал 25, проходящий в отверстие внутренней боковой щеки 15. Вал 25 вместе со стаканам 24 имеет возможность вращения посредством механического редуктора 26 от вала 3 двигателя (см. фиг.1, 3).

Боковая поверхность газораспределительного стакана 24 оборудована перепускным окном 27 механизма газораспределения, имеющим возможность совмещения с окном 19 для впуска рабочей смеси и с окном 28 в рабочем кольце 5 для впуска рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 1, а также с выпускным окном 20 для рабочей смеси и с выпускным окном 29 в рабочем кольце 5 для рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 2 (см. фиг.3). Окна 19, 20, 27, 28 и 29 выполнены прямоугольной формы, то есть конфигурации этих окон совпадают, что позволяет им совмещаться друг с другом для перепуска рабочей смеси согласно фазам газораспределения.

Для уплотнения рабочих объемов на внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5 под камерой сгорания 13 расположен уплотняющий сегмент 30 ротора 1. Уплотняющий сегмент 30 может быть жестко закреплен в рабочем кольце 5 или выполнен за одно с ним (см. фиг.4). Уплотняющий сегмент 30 выполнен переменной толщины, плавно увеличивающейся от внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5 до максимальной высоты, размер которой равен ширине окна 19 для впуска рабочей смеси корпуса 18 камеры сгорания 13, и плавно уменьшающейся до внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5. Поверхность сегмента 30 с максимальной высотой, обращенная в сторону ротора 1, выполнена по диаметру, большему на величину теплового расширения диаметра ротора 1 для обеспечения отсутствия соприкосновения сегмента 30 с внешней цилиндрической поверхностью ротора 1 при расширении. Длина по окружности максимального утолщения уплотняющего сегмента 30 имеет величину, необходимую для создания достаточного сопротивления проходу рабочей смеси через зазор между цилиндрической поверхностью ротора 1 и уплотняющим сегментом 30, а ширина сегмента 30 равна ширине ротора 1.

Внутри уплотняющего сегмента 30 выполнен канал противодавления 31, изогнутый на 180° и расположенный со стороны окна 28 в рабочем кольце 5 для впуска рабочей смеси. Входное окно канала противодавления 31, размещенное вблизи внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5, имеет большие размеры для создания перепада давления, чем выходное окно, размещенное вблизи наружной цилиндрической поверхности ротора 1 и направленное в сторону зазора между цилиндрической поверхностью ротора 1 и уплотняющим сегментом 30, равного величине теплового расширения ротора 1 и рабочего кольца 5, для обеспечения отсутствия соприкосновения сегмента 30 с наружной цилиндрической поверхностью ротора 1 при расширении.

Уплотняющий сегмент 32, предназначенный для уплотнения рабочих объемов ротора 2, расположен на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5 над камерой сгорания 13 и выполнен переменной толщины, плавно увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5 до максимальной высоты, размер которой равен ширине выпускного окна 20 для рабочей смеси корпуса 18 камеры сгорания 13, и плавно уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5, причем поверхность сегмента 32 с максимальной высотой, обращенная в сторону ротора 2, выполнена по диаметру, меньшему на величину теплового расширения рабочего кольца 5 и ротора 2 для обеспечения отсутствия соприкосновения сегмента 32 с внутренней цилиндрической поверхностью ротора 2 при расширении. Внутри уплотняющего сегмента 32 с обеих сторон выполнены два канала противодавления 33 и 34, изогнутые на 180°. Ширина сегмента 32 равна ширине ротора 1.

Канал противодавления 33 расположенный со стороны выпускного окна 29 в рабочем кольце 5 для рабочей смеси. Входное окно канала противодавления 33, размещенное ближе к внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5, имеет большие размеры для создания перепада давления, чем выходное окно, размещенное вблизи внутренней цилиндрической поверхности ротора 2 и направленное в сторону зазора, равного величине теплового расширения рабочего кольца 5 и ротора 2, между внутренней цилиндрической поверхностью ротора 2 и уплотняющим сегментом 32.

Канал противодавления 34 расположен с противоположной относительно канала противодавления 33 стороны, и его входное окно, размещенное ближе к внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 5, имеет большие размеры, чем выходное окно, размещенное вблизи внутренней цилиндрической поверхности ротора 2 и направленное в сторону зазора, равного величине теплового ирасширения рабочего кольца 5 и ротора 2, между внутренней цилиндрической поверхностью ротора 2 и уплотняющим сегментом 32.

Выпускное окно 29 в рабочем кольце 5 для рабочей смеси, предназначенное для выпуска из камеры сгорания 13 рабочей смеси, содержит несколько расположенных друг за другом окон, последовательно включающихся в работу по мере открывания перепускного окна 27 механизма газораспределения.

Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками 14 и 15, рабочим кольцом 5 и роторами 1 и 2 (см. фиг.1).

Рабочая камера ротора 1, образованная наружной поверхностью ротора 1, внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 5 и боковыми щеками 14 и 15, разделена заслонкой 6 и уплотняющим сегментом 30 на камеру впуска 35 и камеру предварительного сжатия 36 (см. фиг.1, 4).

Рабочая камера ротора 2, образованная наружной цилиндрической поверхностью рабочего кольца 5, цилиндрической внутренней поверхностью утолщения ротора 2 и боковыми щеками 14 и 15, разделена Г-образной заслонкой 10 и уплотняющим сегментом 32 на камеру рабочего хода 37 и камеру выпуска 38 (см. фиг.4). Внутри рабочего кольца 5 образованы полости 39 для рубашки системы охлаждения (см. фиг.2).

Во внешней боковой щеке 14 выполнены канал 40, предназначенный для соединения камеры впуска 35 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал 41, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска 38 с атмосферой (см. фиг.1, 4).

Положение заслонки 6, когда она находится на наименьшем расстоянии от камеры сгорания 13, принимается за начало работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (см. фиг.2).

Кроме этого, на чертежах дополнительно обозначено:

- стрелкой на фиг.2 - направление вращения роторов 1, 2;

- пунктирными линиями на фиг.2, 4 - канал, предназначенный для соединения камеры впуска с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска с атмосферой;

- стрелками на фиг.4 - направления движения рабочей смеси и отработавших газов.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

За начало отсчета принимаем положение ротора 1, когда его рабочая заслонка 6 расположена по центру камеры сгорания 13 в наименьшем расстоянии от нее (см. фиг.2). Вращение роторов 1, 2 происходит по часовой стрелке со стороны свечи зажигания 23 (см. фиг.1). Двигатель работает на жидком или газообразном топливе и имеет стандартную систему питания.

Рассмотрим первоначально полный рабочий цикл двигателя от такта впуска до такта выпуска, происходящий с одним зарядом рабочей смеси.

1 такт - впуск - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 0° до 360°. При вращении ротора 1 за рабочей заслонкой 6 создается разрежение, и порция рабочей смеси по каналу 40 поступает в камеру впуска 35 (см. фиг.2, 4).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 700-710° и заканчивается тогда, когда заслонка 6 подойдет вплотную к окну 28. В этот момент газораспределительным стаканом 24 перекроется окно 28 в рабочем кольце 5, соединяющее камеру предварительного сжатия 36 с камерой сгорания 13. На угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 520÷540° (в зависимости от установки фаз газораспределения) рабочая смесь предварительно сжимается в камере предварительного сжатия 36, пока окна 27 и 28 не начнут совмещаться. После начала совмещения окон 27 и 28 предварительно сжатая рабочая смесь начнет поступать в камеру сгорания 13 и будет дальше сжиматься в камере сгорания 13 вплоть до 700÷710° поворота вала 3 двигателя, то есть до момента перекрытия газораспределительным стаканом 24 окна 28. В этот момент почти вся рабочая смесь окажется в сжатом состоянии в камере сгорания 13.

3 такт - рабочий ход - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 720-1080°. При этом при угле поворота вала 3 двигателя, равном 700° ± угол опережения зажигания, происходит воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 13 за счет проскакивания искры в свече зажигания 23. В этот же момент начинают совмещаться перепускное окно 27 газораспределительного стакана 24 с выпускным окном 20 корпуса камеры сгорания 18 и выпускным окном 29 (см. фиг.3, 4). Через образовавшуюся и постоянно увеличивающуюся за счет вращения газораспределительного стакана 24 щель горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 37 (см. фиг.2, 3).

За счет горения рабочей смеси создается высокое давление, которое воздействует на Г-образную рабочую заслонку 10, расположенную в утолщении ротора 2, заставляя ротор 2 вращаться и создавать крутящий момент на валу 3 двигателя.

4 такт - выпуск - происходит при вращении вала 3 двигателя от 1080 до 1440°. При этом отработавшие газы из камеры выпуска 38 по каналу 41 выпускаются в атмосферу.

Таким образом, при угле поворота вала 3 двигателя, равном 1440°, заканчивается процесс выпуска, а следовательно, заканчивается полный рабочий цикл, происшедший в данном роторно-поршневом двигателе с одним зарядом рабочего тела.

При постоянной работе двигателя происходит следующее. При вращении роторов от 0 до 360° в рабочей полости ротора 1 (см. фиг.2, 4) происходит одновременно сжатие рабочей смеси в камере предварительного сжатия 36 и впуск рабочей смеси в камеру впуска 35, а в рабочей полости ротора 2 происходит одновременно рабочий ход в камере рабочего хода 37 и выпуск отработавших газов из камеры выпуска 38. Таким образом, полный цикл совершается на угле поворота вала 3 двигателя, равном 360°.

Использование предлагаемого изобретения повышает эффективность работы двигателя за счет более полного заполнения камеры сгорания рабочей смесью, а повышение надежности работы двигателя обеспечивается заменой уплотняющих пластин уплотняющими сегментами.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочим кольцом, имеющим цилиндрические поверхности, оси которых смещены. В рабочих полостях параллельно на валу установлены вращающиеся роторы. Первый ротор выполняет функцию ротора компрессора и выполнен в виде диска с подпружиненной рабочей заслонкой. Второй ротор выполняет функцию ротора турбины и выполнен в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем. Корпус камеры сгорания имеет окно для впуска рабочей смеси и выпускное окно и размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца. Двигатель снабжен газораспределительным стаканом и Г-образной подпружиненной рабочей заслонкой, установленной в утолщении второго ротора. Газораспределительный стакан взаимодействует с камерой сгорания, имеет жестко прикрепленный к его днищу вал, связанный с валом двигателя, и оборудован перепускным окном. В двигатель введены уплотняющий сегмент первого ротора, расположенный на внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца под камерой сгорания, и уплотняющий сегмент второго ротора, расположенный на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца над камерой сгорания. Уплотняющие сегменты выполнены переменной толщины. Внутри уплотняющего сегмента первого ротора выполнен канал противодавления, изогнутый на 180°. Внутри уплотняющего сегмента второго ротора с обеих сторон выполнены изогнутые на 180° каналы противодавления. Техническим результатом является повышение эффективности работы, надежности и упрощение конструкции двигателя. 4 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся первый ротор, выполняющий функцию ротора компрессора, выполненный в виде диска, в котором установлена подпружиненная рабочая заслонка шириной, равной ширине первого ротора, вращающийся второй ротор, выполняющий функцию ротора турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине первого ротора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен первый ротор, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами, свечу зажигания, установленную в корпусе камеры сгорания, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении второго ротора с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении второго ротора на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, отличающийся тем, что рабочая заслонка, выполненная в виде пластины, изогнутой к оси вала двигателя по диаметру, равному наружному диаметру первого ротора, установлена в первом роторе с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении наружной цилиндрической поверхности этого ротора, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в первом роторе с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, в двигатель введены уплотняющий сегмент первого ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, шириной, равной ширине первого ротора, расположенный на внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца под камерой сгорания, и уплотняющий сегмент второго ротора, выполняющего функцию ротора турбины, шириной, равной ширине первого ротора, расположенный на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца над камерой сгорания, при этом уплотняющий сегмент первого ротора выполнен переменной толщины, плавно увеличивающейся от внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца до максимальной высоты, размер которой равен ширине окна для впуска рабочей смеси корпуса камеры сгорания, и плавно уменьшающейся до внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца, внутри уплотняющего сегмента первого ротора выполнен канал противодавления с входным и выходным окнами, изогнутый на 180°, причем входное окно канала противодавления больших размеров, чем выходное окно канала противодавления, расположено вблизи внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца, а выходное окно канала противодавления расположено вблизи наружной цилиндрической поверхности первого ротора и направлено в сторону зазора, равного величине теплового расширения первого ротора и рабочего кольца, между первым ротором и уплотняющим сегментом первого ротора, а уплотняющий сегмент второго ротора выполнен переменной толщины, плавно увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца до максимальной высоты, размер которой равен ширине выпускного окна для рабочей смеси корпуса камеры сгорания, и плавно уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца, внутри уплотняющего сегмента второго ротора с обеих сторон выполнены изогнутые на 180° каналы противодавления, причем входные окна каналов противодавления больших размеров, чем выходные окна каналов противодавления, расположены вблизи внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца, а выходные окна каналов противодавления расположены вблизи внутренней цилиндрической поверхности второго ротора и направлены в сторону зазора, равного величине теплового расширения второго ротора и рабочего кольца, между вторым ротором и уплотняющим сегментом второго ротора.