РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F02B53/08 F02B55/02 F01C1/46 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 С2, 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 горящей рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси, и выпускного окна в рабочем кольце для горящей 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 и 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 С1, МПК⁷ FO2B 53/08).

Однако в качестве недостатков вышеуказанного двигателя можно отметить следующее:

- пониженная эффективность работы вследствие 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;

- пониженная надежность вследствие сниженной долговечности уплотняющих пластин из-за возникающих высоких ударных нагрузок при высокой частоте вращения вала двигателя.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности работы и надежности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, двигателя за счет изменения конструкции ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, рабочей заслонки компрессора и уплотнений как в компрессоре, так и в турбине.

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, ось внешней поверхности которого смещена 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, и 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, 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, подпружиненную рабочую заслонку шириной, равной ширине первого ротора, 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, установлена в рабочем кольце с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внешней цилиндрической поверхности первого ротора, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси. В двигатель введен выступ, расположенный на внешней цилиндрической поверхности первого ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, шириной, равной ширине первого ротора и переменной высоты, плавно увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности первого ротора до максимальной высоты, размер которой позволяет первому ротору свободно вращаться внутри рабочего кольца, и плавно уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности первого ротора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазах выступа подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя. При этом на цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца над камерой сгорания расположен введенный в двигатель уплотняющий сегмент второго ротора, выполняющего функцию ротора турбины, выполненный с переменной высотой, плавно увеличивающейся от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца до максимальной высоты и плавно уменьшающейся до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, с шириной, равной ширине рабочего кольца, и снабженный уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца, первый конец которой в направлении вращения роторов впереди второго ее конца посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, и второй конец которой посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности второго ротора, выполняющего функцию турбины.

Повышение эффективности работы и надежности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания обусловлены изменением конструкции ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, подпружиненной рабочей заслонки и уплотнений как в роторе, выполняющем функцию ротора компрессора, так и в роторе, выполняющем функцию ротора турбины.

Повышение надежности предлагаемого двигателя обеспечивается введением выступа, расположенного на внешней цилиндрической поверхности первого ротора, и уплотняющего сегмента второго ротора, расположенного на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца над камерой сгорания, при отсутствии использования уплотняющих пластин, испытывающих высокие ударные нагрузки при высокой частоте вращения вала двигателя.

Повышение эффективности работы предлагаемого двигателя обеспечивается изменением конструкции рабочей заслонки первого ротора, позволяющей уменьшить «мертвое» пространство по объему в рабочей полости первого ротора, и изменением конструкции уплотнений как в первом, так и во втором роторе, причем в первом роторе уплотнение между выступом первого ротора и внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца осуществляется за счет наличия в пазах выступа первого ротора, выполненных на внешней поверхности выступа с максимальной высотой, подпружиненных уплотняющих пластин, имеющих возможность возвратно-поступательного движения в пазах выступа, а во втором роторе уплотнение осуществляется за счет подпружиненной пластины, имеющей ширину, равную ширине рабочего кольца и входящей в углубление, выполненное на внешней поверхности уплотняющего сегмента в месте максимальной высоты сегмента, имеющей возможность совершать возвратно-вращательное движение за счет крепления первого конца пластины на оси в теле уплотняющего сегмента, причем второй конец пластины пружиной прижимается к внутренней поверхности второго ротора.

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; на фиг.5 - лабиринтные уплотнения первого ротора.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора, первый 1 и второй 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 с выступом 5, расположенным на его внешней цилиндрической поверхности, и встроен в рабочее кольцо 6 с возможностью вращения внутри последнего (см. фиг.2).

Рабочее кольцо 6, 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.

Ось цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 совпадает с осью вала 3 двигателя, а ось цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 смещена относительно оси вращения вала 3 двигателя на величину Н, не позволяющую поверхностям рабочего кольца 6 пересекаться (см. фиг.2). Ширина рабочего кольца 6 равна ширине ротора 1.

Выступ 5 ротора 1, выполненный заодно с ротором 1 или жестко закрепленный на внешней цилиндрической поверхности ротора 1, выполнен шириной, равной ширине ротора 1, имеет переменную высоту, плавно увеличивающуюся от внешней цилиндрической поверхности ротора 1 до максимальной высоты и плавно уменьшающуюся до внешней цилиндрической поверхности ротора 1, причем поверхность выступа 5 максимальной высоты выполнена по диаметру, позволяющему ротору 1 свободно вращаться внутри рабочего кольца 6, не соприкасаясь с его цилиндрической внутренней поверхностью.

В рабочем кольце 6 размещена рабочая заслонка 7, выполненная в виде пластины, один конец которой, расположенный в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки 7, имеющий закругление, через пружину 8 имеет возможность плотного прилегания к внешней цилиндрической поверхности ротора 1, а второй конец заслонки 7, расположенный в направлении вращения роторов позади первого ее конца, закреплен через ось 9 в рабочем кольце 6 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения рабочей заслонки 7 вокруг оси 9. На цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 имеется углубление 10, предназначенное для вхождения в него рабочей заслонки 7 при максимальном ее рабочем ходе. Ширина рабочей заслонки 7 равна ширине первого ротора, а минимальная длина ее установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора 1 при вращении вала 3 двигателя. Рабочая заслонка 7 расположена таким образом, что ее ось 9 находится справа от ее первого конца по направлению вращения ротора 1 (см. фиг.2, 4).

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 6. В утолщении ротора 2 установлена Г-образная рабочая заслонка 11, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси 12 (см. фиг.2). Ось 12 закреплена в утолщении ротора 2 на одном конце Г-образной рабочей заслонки 11 по направлению вращения роторов 1 и 2 впереди второго конца этой заслонки. Торец второго конца заслонки 11 установлен с возможностью плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 посредством пружины 13. Заслонка 11 расположена таким образом, что ее ось 12 находится справа от ее второго конца по направлению вращения ротора 2.

В рабочем кольце 6, в месте наибольшей высоты кольца, то есть в его наиболее широкой части, имеется отверстие, предназначенное для установки камеры сгорания 14. Ротор 1, утолщение ротора 2 и рабочее кольцо 6 расположены между двумя рабочими боковыми щеками: внешней 15 и внутренней 16, стянутыми болтами 17, и являющимися вместе с рабочим кольцом 6 основой корпуса 4 двигателя (см. фиг.1). В этих щеках 15 и 16 на подшипниках 18 установлен вал 3 двигателя. Таким образом, ротор 1, встроенный внутри рабочего кольца 6 между внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 6 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками; ротор 2 с утолщением, расположенным над камерой сгорания 14, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками.

Камера сгорания 14, расположенная между роторами 1 и 2, снабжена корпусом 19, выполненным в виде цилиндра и размещенным в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца 6 (см. фиг.3). На боковой поверхности корпуса 19 расположены окно 20 для впуска рабочей смеси и выпускное окно 21 для рабочей смеси, имеющие прямоугольную форму. Корпус 19 жестко закреплен в корпусе 4 двигателя, то есть во внешней щеке 15, посредством крышки 22. В торце камеры сгорания 14, в центре крышки 22 имеется отверстие 23 для свечи зажигания 24 (см. фиг.1, 3).

Между отверстием в рабочем кольце 6, предназначенном для установки камеры сгорания 14, и наружной поверхностью корпуса 19 встроен газораспределительный стакан 25 механизма газораспределения, взаимодействующий с камерой сгорания 14 (см. фиг.3). К днищу стакана 25 со стороны ротора 2 жестко прикреплен вал 26, проходящий в отверстие внутренней боковой щеки 16. Вал 26 вместе со стаканом 25 имеет возможность вращения посредством механического редуктора 27 от вала 3 двигателя (см. фиг.1, 3).

Боковая поверхность газораспределительного стакана 25 оборудована перепускным окном 28 механизма газораспределения, имеющим возможность совмещения с окном 20 для впуска рабочей смеси и с окном 29 в рабочем кольце 6 для впуска рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 1, а также с выпускным окном 21 для рабочей смеси и с выпускным окном 30 в рабочем кольце 6 для рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 2 (см. фиг.3). Окна 20, 21, 28, 29 и 30 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 рабочего объема компрессора, создаваемого внешней поверхностью ротора 1 и внутренней поверхностью рабочего кольца 6, на внешней поверхности выступа 5, в зоне его максимальной высоты, выполнены пазы 31 для установки в них уплотняющих пластин 32 (см. фиг.2, 4). Уплотняющие пластины 32, установленные в пазах 31, за счет пружины 33 плотно прилегают к внутренней поверхности рабочего кольца 6 и имеют возможность возвратно-поступательного движения в своих пазах (см. фиг.4). При этом уплотняющие пластины 32 расположены параллельно оси вала 3 двигателя.

Уплотнение рабочего объема компрессора между боковыми щеками 15 и 16 и ротором 1 осуществляется за счет наличия на боковых поверхностях ротора 1 выступа 34, обращенного в сторону щеки 15, и выступа 35, обращенного в сторону щеки 16, имеющих прямоугольные сечения, расположенных по радиусу в верхней части окружности ротора 1 и входящих в соответствующие ответные углубления 36 и 37, выполненные в щеках 15 и 16 двигателя (см. фиг.5). Выступы 34 и 35 на роторе 1 и углубления 36 и 37 в щеках 15 и 16 двигателя выполняют функцию лабиринтных уплотнений.

Для уплотнения рабочего объема турбины, создаваемого внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внутренней поверхностью ротора 2, на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6 над камерой сгорания 14 расположен уплотняющий сегмент 38 (см. фиг.2, 4) ротора 2, выполненный переменной высоты, плавно увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6 до максимальной высоты и плавно уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6, причем поверхность сегмента 38 с максимальной высотой, обращенная в сторону ротора 2, выполнена по диаметру, позволяющему ротору 2 свободно вращаться, не соприкасаясь с уплотняющим сегментом 38. Уплотняющий сегмент 38 жестко закреплен на роторе 2 или изготовлен за одно с рабочим кольцом 6. Ширина уплотняющего сегмента 38 равна ширине рабочего кольца 6.

В зоне максимальной высоты сегмента 38 установлена уплотняющая заслонка 39 (см. фиг.2, 4), выполненная в виде пластины и имеющая ширину, равную ширине рабочего кольца 6. Уплотняющая заслонка 39 связана с пружиной 40 и снабжена осью 41. При этом уплотняющая заслонка 39 расположена таким образом, что ее ось 41 находится впереди по ходу вращения ротора 2. Первый конец уплотняющей заслонки 39 в направлении вращения роторов впереди второго ее конца закреплен через ось 41 в сегменте 38 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения заслонки 39 вокруг оси 41. Второй конец уплотняющей заслонки 39 через пружину 40 установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора 2.

На внешней поверхности уплотняющего сегмента 38 имеется углубление 42, предназначенное для вхождения в него уплотняющей заслонки 39 при максимальном ее перемещении.

Уплотнение между щеками 15 и 16 и утолщением ротора 2 осуществляется за счет лабиринтных уплотнений 43, выполненных аналогичным образом как лабиринтные уплотнения рабочей полости компрессора (см. фиг.1).

Выпускное окно 30 в рабочем кольце 6 для рабочей смеси, предназначенное для выпуска из камеры сгорания 14 рабочей смеси, содержит несколько расположенных друг за другом окон, последовательно включающихся в работу по мере открывания перепускного окна 28 механизма газораспределения.

Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками 15 и 16, рабочим кольцом 6 и роторами 1 и 2 (см. фиг.1).

Рабочая камера ротора 1, образованная наружной поверхностью ротора 1, внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6 и боковыми щеками 15 и 16, разделена рабочей заслонкой 7 и выступом 5 на камеру впуска 44 и камеру предварительного сжатия 45 (см. фиг.2, 4).

Рабочая камера ротора 2, образованная наружной цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6, цилиндрической внутренней поверхностью утолщения ротора 2 и боковыми щеками 15 и 16, разделена Г-образной заслонкой 11 и уплотняющим сегментом 38 на камеру рабочего хода 46 и камеру выпуска 47. Внутри рабочего кольца 6 образованы полости 48 для рубашки системы охлаждения (см. фиг.2).

Во внешней боковой щеке 15 выполнены канал 49, предназначенный для соединения камеры впуска 44 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал 50, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска 47 с атмосферой (см. фиг.2, 4).

Положение выступа 5, когда он находится на наименьшем расстоянии от камеры сгорания 14, принимается за начало работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (см. фиг.2).

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено:

- стрелкой на фиг.2, 4 - 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 выступ 5 будет расположен по центру камеры сгорания 14 (см. фиг.2). Вращение роторов 1, 2 происходит по часовой стрелке со стороны свечи зажигания 24 (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 7 создается разряжение, и порция рабочей смеси по каналу 49 поступает в камеру впуска 44 (см. фиг.2, 4).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 720° и заканчивается тогда, когда заслонка 7 полностью войдет в углубление 10 рабочего кольца 6. В этот момент газораспределительным стаканом 25 перекроется окно 29 в рабочем кольце 6, соединяющее камеру предварительного сжатия 45 с камерой сгорания 14. 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 45, пока окна 28 и 29 не начнут совмещаться. После начала совмещения окон 28 и 29 предварительно сжатая рабочая смесь начнет поступать в камеру сгорания 14 и будет дальше сжиматься в камере сгорания 14 вплоть до 720° поворота вала 3 двигателя, то есть до момента перекрытия газораспределительным стаканом 25 окна 29. В этот момент рабочая смесь окажется в сжатом состоянии в камере сгорания 14.

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 14 за счет проскакивания искры в свече зажигания 24. В этот же момент начинают совмещаться перепускное окно 28 газораспределительного стакана 25 с выпускным окном 21 корпуса камеры сгорания 19 и выпускным окном 30 (см. фиг.3, 4). Через образовавшуюся и постоянно увеличивающуюся за счет вращения газораспределительного стакана 25 щель горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 46 (см. фиг.2, 3).

За счет горения рабочей смеси создается высокое давление, которое воздействует на Г-образную рабочую заслонку 11, 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 47 по каналу 50 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 45 и впуск рабочей смеси в камеру впуска 44, а в рабочей полости ротора 2 происходит одновременно рабочий ход в камере рабочего хода 46 и выпуск отработавших газов из камеры выпуска 47. 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, так как предложенное расположение рабочей заслонки позволяет ликвидировать «мертвую» зону в процессе заполнения камеры сгорания рабочей смесью, а повышение надежности работы двигателя обеспечивается изменением конструкции ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, и его рабочей заслонки, позволяющей избежать высоких ударных нагрузок при высокой частоте вращения вала двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, камеру сгорания, газораспределительный стакан, свечу зажигания, рабочую заслонку, Г-образную рабочую заслонку, выступ и уплотняющий сегмент. В рабочих полостях параллельно на валу двигателя установлены первый ротор, выполняющий функцию ротора компрессора, и второй ротор, выполняющий функцию ротора турбины. Рабочая заслонка выполнена в виде пластины и установлена в рабочем кольце. Один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внешней цилиндрической поверхности первого ротора. Выступ расположен на внешней цилиндрической поверхности первого ротора и выполнен переменной высоты. В пазах выступа в зоне максимальной высоты установлены подпружиненные уплотняющие пластины. Уплотняющий сегмент расположен на внешней поверхности рабочего кольца над камерой сгорания и выполнен с переменной высотой. Уплотняющий сегмент снабжен уплотняющей заслонкой в виде пластины, расположенной в зоне максимальной высоты сегмента. Первый конец уплотняющей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго ее конца посредством оси закреплен в рабочем кольце. Второй конец уплотняющей заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности второго ротора. Изобретение направлено на повышение эффективности работы и надежности двигателя. 5 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена 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, и 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, камеру 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, подпружиненную рабочую заслонку шириной, равной ширине первого ротора, 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, установлена в рабочем кольце с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внешней цилиндрической поверхности первого ротора, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, в двигатель введен выступ, расположенный на внешней цилиндрической поверхности первого ротора, выполняющего функцию ротора компрессора, шириной, равной ширине первого ротора и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности первого ротора до максимальной высоты, размер которой позволяет первому ротору свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности первого ротора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазах выступа подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя, при этом на цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца над камерой сгорания расположен введенный в двигатель уплотняющий сегмент второго ротора, выполняющего функцию ротора турбины, выполненный с переменной высотой, увеличивающейся от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца до максимальной высоты и уменьшающейся до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, с шириной, равной ширине рабочего кольца, и снабженный уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца, первый конец которой в направлении вращения роторов впереди второго ее конца посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, и второй конец которой посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности второго ротора, выполняющего функцию турбины.