Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2018 года по МПК F01C19/08 F02B55/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания.

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 ротор компрессора и ротор турбины, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, в роторе компрессора, 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. Ротор турбины, выполненный в виде диска с меньшим диаметром, снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом и подпружиненной рабочей заслонкой. 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. Свеча зажигания установлена в днище внутреннего цилиндра, обращенном в сторону ротора турбины. В данном роторно-поршневом двигателе осуществляется сжатие топлива в роторе компрессора, одновременно - перемещение рабочей смеси в камеру сгорания, где смесь и сгорает. Тепловая энергия передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (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, что может привести к заклиниванию.

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 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 ротор компрессора, выполненный в виде диска, снабженного выступом, расположенным на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, 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, вращающийся ротор турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, камеру сгорания. Корпус камеры сгорания, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с каналом для впуска рабочей смеси и каналом для выпуска горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца. Между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом встроен газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания и имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя. Газораспределительный стакан оборудован перепускным каналом, конфигурация которого аналогична конфигурациям канала корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, канала корпуса камеры сгорания для выпуска горящей рабочей смеси, канала в рабочем кольце для впуска рабочей смеси, и выпускного канала в рабочем кольце для горящей рабочей смеси, причем перепускной канал установлен с возможностью совмещения с названными каналами. В рабочем кольце установлена подпружиненная рабочая заслонка ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненная в виде пластины, имеющая возможность возвратно - вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце, и размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца. В утолщении ротора турбины установлена Г - образная подпружиненная рабочая заслонка ротора турбины, имеющая возможность возвратно - вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины. Корпус двигателя также снабжен внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора. На цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, над камерой сгорания, расположен уплотняющий сегмент 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 подпружиненной уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца. В камере сгорания установлена свеча зажигания. Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками, рабочим кольцом и роторами. Сжатие рабочей смеси осуществляется первоначально в роторе компрессора, с последующим ее перемещением в камеру сгорания, где смесь и воспламеняется от свечи зажигания и далее поступает в рабочую камеру ротора турбины. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2478803 С2, МПК F02B 53/08 (2006.01), F02B 55/02 (2006.01), F01C 1/46 (2006.01). F01C 19/04 (2006.01)).

Однако в качестве недостатка вышеуказанного двигателя можно отметить пониженную мощность вследствие наличия недостаточной величины сжатия рабочей смеси в камере сгорания из-за неудовлетворительной герметичности рабочих полостей компрессора, так как лабиринтные уплотнения, имеющие место между ротором компрессора и корпусом двигателя, по своей конструкции не обеспечивают достаточной герметичности.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания с повышенной мощностью.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 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 ротор компрессора, выполненный в виде диска, снабженного выступом, расположенным на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотняющие пластины, вращающийся ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, камеру сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с каналом для впуска рабочей смеси, и каналом для выпуска горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, 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 каналом, подпружиненную рабочую заслонку ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью возвратно - вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце, и размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку ротора турбины, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно - вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, согласно изобретению снабжен уплотняющим устройством, выполненным в виде упругого диска с центральным отверстием, установленного плотно внешней диаметральной поверхностью внутри рабочего кольца и прижимающегося к внутренней поверхности рабочего кольца с возможностью перемещения в рабочем кольце как параллельно оси вала двигателя посредством винтовой пары винт-гайка, имеющей левую резьбу, причем гайка винтовой пары жестко соединена с упругим диском, а винт соединен с внешней боковой щекой двигателя, так и по окружности посредством пружины, один конец которой ограничен выступом на гайке винтовой пары, а второй конец которой ограничен выступом на внешней боковой щеке двигателя. При этом ротор компрессора выполнен с возможностью перемещения вдоль вала двигателя и снабжен буртиками, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке, и с другой стороны прилегающими к упругому диску.

Повышение мощности предлагаемого двигателя обеспечивается за счет надежной герметизации рабочих полостей компрессора введением в компрессор вместо лабиринтных уплотнений упругого диска с винтовой парой и пружиной, прижимающегося к боковой поверхности ротора компрессора, что в свою очередь способствует повышению степени сжатия рабочей смеси в камере сгорания.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - разрез по линии А-А фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенный вид камеры сгорания с механизмом газораспределения, разрез по линии Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 - увеличенный вид камеры сгорания, разрез по линии А-А фиг. 1; на фиг. 5 - увеличенный вид уплотнения ротора компрессора; на фиг. 6 - уплотняющее устройство ротора компрессора; на фиг. 7 - вид В фиг. 6.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора, ротор 1 компрессора и ротор 2 турбины, расположенные параллельно, закрепленные на одном валу 3 двигателя на определенном расстоянии друг от друга и вращающиеся вместе с валом 3 в корпусе 4 (см. фиг. 1). Ротор 1 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 компрессора, и внешнюю, обращенную в сторону ротора 2 турбины. 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. Ширина рабочего кольца 6 равна ширине ротора 1 компрессора.

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

В рабочем кольце 6 размещена подпружиненная рабочая заслонка 7 ротора компрессора, 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 компрессора, 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 ротора 1 компрессора, а минимальная длина ее установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора 1 компрессора 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 компрессора (см. фиг. 2, 4).

Ротор 2 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 компрессора. Это утолщение расположено над цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6. В утолщении ротора 2 турбины установлена Г-образная подпружиненная рабочая заслонка 11 ротора турбины, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси 12 (см. фиг. 2). Ось 12 закреплена в утолщении ротора 2 турбины на одном конце Г-образной рабочей заслонки 11 по направлению вращения ротора 1 компрессора и ротора 2 турбины 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 турбины.

В рабочем кольце 6, в месте наибольшей высоты кольца, то есть в его наиболее широкой части, под диаметральным утолщением ротора 2 турбины, имеется отверстие, предназначенное для установки камеры сгорания 14.

Ротор 1 компрессора, утолщение ротора 2 и рабочее кольцо 6 расположены между двумя боковыми щеками: внешней 15 и внутренней 16, стянутыми болтами 17, и являющимися вместе с рабочим кольцом 6 основой корпуса 4 двигателя (см. фиг. 1). Таким образом, ротор 1 компрессора встроен между внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками внутри рабочего кольца 6. В этих щеках 15 и 16 на подшипниках 18 установлен вал 3 двигателя.

Внутри рабочего кольца 6 установлено плотно внешней диаметральной поверхностью уплотняющее устройство, выполненное в виде упругого диска 19 с центральным отверстием, прижимающегося к внутренней поверхности рабочего кольца 6 за счет своей упругости, с возможностью перемещения в рабочем кольце 6 как параллельно оси вала 3 двигателя посредством винтовой пары винт-гайка, имеющей левую, например трапецеидальную, резьбу, причем гайка 20 винтовой пары жестко соединена с упругим диском 19, а винт 21 соединен с внешней боковой щекой 16, так и по окружности посредством пружины 22, установленной в кожухе 23, один конец которой ограничен выступом 24 на гайке 20 винтовой пары, а второй конец которой ограничен выступом 25 на внешней боковой щеке 15 двигателя (см. фиг. 1, 5-7).

Ротор 1 компрессора выполнен с возможностью перемещения вдоль вала 3 двигателя посредством шпоночного или шлицевого соединения и снабжен буртиками 26, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке 16, а с другой стороны - к упругому диску 19 (см. фиг. 1, 5). Это позволяет выполнить функцию уплотнения рабочего объема компрессора между упругим диском 19, внутренней боковой щекой 16, ротором 1 компрессора и рабочим кольцом 6.

Рабочие полости двигателя образованы внешней боковой щекой 15, упругим диском 19, внутренней боковой щекой 16, рабочим кольцом 6 и роторами 1 и 2 (см. фиг. 1). Следовательно, ротор 1 компрессора, размещенный внутри рабочего кольца 6 в объеме между упругим диском 19 и внутренней боковой щекой 16, имеет возможность вращения в рабочей полости, образованной цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 6, упругим диском 19 и внутренней боковой щекой 16, и возможность перемещения в рабочей полости двигателя вдоль вала 3. Ротор 2 турбины с утолщением, имеет возможность вращения в рабочей полости, образованной цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками.

Камера сгорания 14, расположенная между ротором 1 компрессора и ротором 2 турбины, снабжена корпусом 27, выполненным в виде цилиндра и размещенным в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца 6 (см. фиг. 3). На боковой поверхности корпуса 27 расположены канал 28 для впуска рабочей смеси и канал 29 для выпуска рабочей смеси, имеющие прямоугольную форму. Корпус 27 жестко закреплен в корпусе 4 двигателя, то есть во внешней боковой щеке 15, посредством крышки 30. В торце камеры сгорания 14, в центре крышки 30 имеется отверстие 31 для свечи зажигания 32 (см. фиг. 1, 3).

Между отверстием в рабочем кольце 6, предназначенном для установки камеры сгорания 14, и наружной поверхностью корпуса 27 встроен газораспределительный стакан 33 механизма газораспределения, взаимодействующий с камерой сгорания 14 (см. фиг. 3). К днищу стакана 33 со стороны ротора 2 жестко прикреплен вал 34, проходящий в отверстие внутренней боковой щеки 16. Вал 34 вместе со стаканом 33 имеет возможность вращения посредством механического редуктора 35 от вала 3 двигателя (см. фиг. 1, 3).

Боковая поверхность газораспределительного стакана 33 оборудована перепускным каналом 36 механизма газораспределения, имеющим возможность совмещения с каналом 28 для впуска рабочей смеси и с каналом 37 в рабочем кольце 6 для впуска рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 1 компрессора, а также с каналом 29 для выпуска горящей рабочей смеси и с выпускным каналом 38 в рабочем кольце 6 для рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 2 (см. фиг. 3). Каналы 28, 29, 36, 37 и 38 выполнены прямоугольной формы, то есть конфигурации этих каналов 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 компрессора и внутренней поверхностью рабочего кольца 6, на внешней поверхности выступа 5, в зоне его максимальной высоты, выполнен паз 39 для установки в нем уплотняющих пластин 40 (см. фиг. 2, 4). Уплотняющие пластины 40, установленные в пазу 39, за счет пружины 41 плотно прилегают к внутренней поверхности рабочего кольца 6 и имеют возможность возвратно-поступательного движения в своем пазу (см. фиг. 4).

Для уплотнения рабочего объема турбины, создаваемого внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внутренней поверхностью ротора 2 турбины, на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6 над камерой сгорания 14 расположен уплотняющий сегмент 42 (см. фиг. 2, 4) ротора 2 турбины, 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 42 с максимальной высотой, обращенная в сторону ротора 2 турбины, выполнена по диаметру, позволяющему ротору 2 турбины свободно вращаться, не соприкасаясь с уплотняющим сегментом 42. Уплотняющий сегмент 42 жестко закреплен на внешней поверхности рабочего кольца 6. Ширина уплотняющего сегмента 42 равна ширине рабочего кольца 6.

В зоне максимальной высоты сегмента 42 установлена уплотняющая заслонка 43 (см. фиг. 2, 4), выполненная в виде пластины и имеющая ширину, равную ширине рабочего кольца 6. Уплотняющая заслонка 43 связана с пружиной 44 и снабжена осью 45. При этом уплотняющая заслонка 43 расположена таким образом, что ее ось 45 находится впереди по ходу вращения ротора 2 турбины. Первый конец уплотняющей заслонки 43 в направлении вращения роторов впереди второго ее конца закреплен через ось 45 в сегменте 42 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения заслонки 43 вокруг оси 45. Второй конец уплотняющей заслонки 43 через пружину 44 установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора 2 турбины. На внешней поверхности уплотняющего сегмента 42 имеется углубление 46, предназначенное для вхождения в него уплотняющей заслонки 43 при максимальном ее перемещении.

Рабочая камера ротора 1 компрессора, образованная наружной поверхностью ротора 1, внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6, упругим диском 19 и внутренней боковой щекой 16, разделена рабочей заслонкой 7 и выступом 5 на камеру впуска 47 и камеру предварительного сжатия 48 (см. фиг. 2, 4).

Рабочая камера ротора 2 турбины, образованная наружной цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6, цилиндрической внутренней поверхностью утолщения ротора 2 и боковыми щеками 15 и 16, разделена Г-образной рабочей заслонкой 11 и уплотняющим сегментом 42 на камеру рабочего хода 49 и камеру выпуска 50. Внутри рабочего кольца 6 образованы полости 51 для рубашки системы охлаждения (см. фиг. 2).

Во внешней боковой щеке 15 выполнены канал 52, предназначенный для соединения камеры впуска 47 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал 53, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска 50 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:

- круговой 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. 2, 4 - направления движения рабочей смеси и отработавших газов.

Уплотняющее устройство компрессора двигателя работает следующим образом. При вращении ротора 1 компрессора буртик 26 ротора компрессора соприкасается с упругим диском 19 и за счет возникающей при этом силы упругий диск 19 начинает поворачиваться по направлению вращения вала 3 двигателя (см. фиг. 5, 6, 7). В этот момент начинает поворачиваться и гайка 20, жестко соединенная с упругим диском 19. За счет наличия левой резьбы в сопряжении винт-гайка упругий диск 19 начинает перемещаться параллельно оси вала 3 двигателя, то есть отходить от боковой поверхности ротора 1 компрессора, ослабевая силу соприкосновения упругого диска 19 с ротором 1 компрессора. Это происходит до тех пор, пока сила давления пружины 22, препятствующая вращению гайки 20, не уравновесится с силой, возникающей при соприкосновении упругого диска 19 с ротором 1 компрессора. Подбором усилия пружины 22 можно добиться требуемого усилия прижатия упругого диска 19 к ротору 1 компрессора, с тем, чтобы в сопряжении упругий диск 19, внутренняя боковая щека 16 и боковые поверхности ротора 1 компрессора не возникало утечки воздуха.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. За начало отсчета принимаем положение ротора 1 компрессора, 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 32 (см. фиг. 1, 2). 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 52 поступает в камеру впуска 47 (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 в рабочем кольце 6. В этот момент газораспределительным стаканом 33 перекроется канал 37 в рабочем кольце 6 для впуска рабочей смеси, соединяющий камеру предварительного сжатия 48 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 48, пока каналы 36 и 37 не начнут совмещаться. После начала совмещения каналов 36 и 37 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 33 канала 37. 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 32. В этот же момент начинают совмещаться перепускной канал 36 газораспределительного стакана 33 с каналом 29 для выпуска горящей рабочей смеси корпуса камеры сгорания 27 и выпускным каналом 38 (см. фиг. 3, 4). Через образовавшуюся и постоянно увеличивающуюся за счет вращения газораспределительного стакана 33 щель горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 49 (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 турбины, 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 50 по каналу 53 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 компрессора (см. фиг. 2, 4) происходит одновременно сжатие рабочей смеси в камере предварительного сжатия 48 и впуск рабочей смеси в камеру впуска 47, а в рабочей полости ротора 2 турбины происходит одновременно рабочий ход в камере рабочего хода 49 и выпуск отработавших газов из камеры выпуска 50. Таким образом, полный цикл совершается на угле поворота вала 3 двигателя, равном 360°.

Использование предлагаемого изобретения улучшает герметизацию рабочих объемов, что, в свою очередь, способствует повышению степени сжатия рабочей смеси в камере сгорания, а следовательно, увеличению мощности и экономичности двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя за счет улучшения герметизации рабочих объемов. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с рабочим кольцом, рабочие камеры, в полостях которых установлены ротор компрессора, выполненный в виде диска с выступом на его внешней цилиндрической поверхности, и ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, камеру сгорания, газораспределительный стакан, подпружиненную рабочую заслонку ротора компрессора, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку ротора турбины, внешнюю и внутреннюю боковые щеки, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, свечу зажигания. Внутри рабочего кольца установлено уплотняющее устройство, выполненное в виде упругого диска с центральным отверстием, прижимающегося к внутренней поверхности рабочего кольца с возможностью перемещения в рабочем кольце как параллельно оси вала двигателя посредством винтовой пары винт-гайка, имеющей левую резьбу, так и по окружности посредством пружины. Гайка винтовой пары жестко соединена с упругим диском. Винт соединен с внешней боковой щекой двигателя. Один конец пружины ограничен выступом на гайке винтовой пары, а второй конец пружины ограничен выступом на внешней боковой щеке двигателя. Ротор компрессора выполнен с возможностью перемещения вдоль вала двигателя и снабжен буртиками, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке, и с другой стороны - к упругому диску. 7 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 ротор компрессора, выполненный в виде диска, снабженного выступом, расположенным на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазу выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотняющие пластины, вращающийся ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, камеру сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с каналом для впуска рабочей смеси, и каналом для выпуска горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, 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 каналом, подпружиненную рабочую заслонку ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце, и размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку ротора турбины, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, отличающийся тем, что двигатель снабжен уплотняющим устройством, выполненным в виде упругого диска с центральным отверстием, установленного плотно внешней диаметральной поверхностью внутри рабочего кольца и прижимающегося к внутренней поверхности рабочего кольца с возможностью перемещения в рабочем кольце как параллельно оси вала двигателя посредством винтовой пары винт-гайка, имеющей левую резьбу, причем гайка винтовой пары жестко соединена с упругим диском, а винт соединен с внешней боковой щекой двигателя, так и по окружности посредством пружины, один конец которой ограничен выступом на гайке винтовой пары, а второй конец которой ограничен выступом на внешней боковой щеке двигателя, при этом ротор компрессора выполнен с возможностью перемещения вдоль вала двигателя и снабжен буртиками, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке, и с другой стороны - к упругому диску.