РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ - SNS Российский патент 2021 года по МПК F02B53/08 F01C11/00 F01C1/12 

Область техники: Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, уравновешенных без специальных механизмов. Двигатель предназначен для использования во всех видах наземного и водного транспорта, легкомоторной авиации и стационарных силовых установок.

Уровень техники: Ближайшими аналогами изобретения автора являются роторный двигатель внутреннего сгорания прямого действия, запатентованный на имя Федорова И.Д. по заявке №2007138650/06 от 15.10.2007 г. и двигатель внутреннего сгорания, запатентованный в Германии за № DE 2021777 от 02.12.1971 г. Предлагаемое автором изобретение отличается от аналогов двухсторонним корпусом с двумя полостями, нагнетательной и рабочей, каждая из которых выполнена в виде двух пересекающихся, одинаковых, параллельных цилиндров с двумя коллекторами в каждой из полостей - двумя впускными коллекторами в нагнетательной полости, которые находятся в нижней части корпуса по одному коллектору под левой и правой цилиндрическими полостями, двумя выпускными коллекторами, которые находятся внизу рабочей полости по одному коллектору под каждой из цилиндрических полостей, двумя технологическими окнами, где каждое окно соединяет одну из цилиндрических полостей нагнетательной полости с соответствующей камерой сжатия рабочей смеси в одной из цилиндрических полостей рабочей полости, которые находятся в верхних частях каждой из цилиндрических полостей рабочей полости и составляют единое целое с отверстиями для свечей зажигания и форсунок и выполненны в виде впадин на цилиндрической поверхности в верхних частях цилиндрических полостей рабочей полости. Также, изобретение автора отличается от аналогов наличием четырех одинаковых роторов, каждый из которых представляет собой соединенные центрами две половины цилиндров разного диаметра и одинаковой высоты, наличием четырех одинаковых валов для роторов, движение которых синхронизировано с помощью двух шестеренок и попарным сочленением в местах шестеренчатой части на каждом валу, отсутствием ползунов с поворотными башмаками, пружин возврата ползунов и отверстий в корпусе под ползуны.

В предлагаемом автором изобретении ни одна деталь не совершает возвратно-поступательного движения, а сопряженные боковыми частями роторы, синхронно вращаясь, два ротора против часовой стрелки, два - по часовой стрелке, своими телами совместно с корпусом, камерами, коллекторами и крышками образуют восемь камер переменного объема, выполняют в нужное время открытие и закрытие впускных, выпускных и коллекторов и технологических окон, всасывают воздух в корпус, нагнетают воздух в камеру сжатия, получаемую энергию от воспламенившейся рабочей смеси переводят во вращательный момент на валы и выдавливают выхлопные газы из корпуса. Предлагаемый автором двигатель проще, практичнее в применении и намного долговечнее аналогов. Раскрытие изобретения: Роторный двигатель внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания состоящий из корпуса с нагнетательной и рабочей полостями, каждая из которых выполнена в виде двух пересекающихся, одинаковых, параллельных цилиндров, расстояние между центрами которых равно сумме радиусов малого и большого полуцилиндров одного из роторов, каждый полуцилиндр нагнетательной полости имеет впускной коллектор, каждый полуцилиндр рабочей полости имеет отверстие для свечи зажигания и отверстие для форсунки, при этом двигатель имеет две камеры сжатия, два технологических окна, соединяющих камеры сжатия с цилиндрическими полостями в нагнетательной полости корпуса, в корпусе размещены четыре одинаковых ротора, зафиксированные на четырех одинаковых валах, размещенных по центру в каждой цилиндрической полости, параллельных, синхронизированных с помощью шестеренок и попарно сочлененных между собой шестеренчатыми частями, при этом каждый ротор имеет форму двух соединенных центрами полуцилиндров одинаковой высоты и разного радиуса, где радиус большого полуцилиндра у каждого ротора с учетом необходимого зазора равен радиусу любой из цилиндрических полостей, при этом роторы упираются друг в друга своими боковыми частями с возможностью уплотнения, а малый полуцилиндр одного ротора упирается в большой полуцилиндр другого ротора.

Таким образом: - используется логичный, не противоречивый общий принцип построения и работы двигателя; - в целях повышения коэффициента полезного действия и соотношения мощность/масса мотора, дважды обеспечивается четыре полных такта (всасывание, сжатие, рабочий ход и выпуск) за один оборот валов на 360°; - двигатель не имеет деталей, совершающих возвратно-поступательные движения и жестко связанных с рабочим органом; - в целях повышения коэффициента полезного действия, полноты сгорания топливной смеси и экологичности, обеспечена возможность изменения в широком диапазоне плеча приложения энергии от сжигания топлива на вал, объемов камер сжатия и сгорания и длительности рабочего хода; - соблюдается необходимое для работы двигателя внутреннего сгорания соотношение площади рабочей поверхности ротора к площади внутренней поверхности камеры сгорания; в двигателе отсутствуют места напряженного трения; - конструкция двигателя проста, количество деталей минимально, детали имеют простую конструкцию, что обеспечивает простоту изготовления деталей и легкость сборки двигателя;

Предлагаемый автором принцип работы двигателя позволит повысить КПД, мощность и долговечность двигателя, при снижении расхода топлива и выбросов СО₂, а также снизить затраты на производство двигателя.

Краткое описание чертежей: Внешний вид, внутреннее устройство и принцип действия двигателя представлены на одном чертеже на фиг.1-3, на которых показан полный цикл - всасывание воздуха в корпус двигателя, нагнетание его в камеру сжатия, рабочий ход и выхлоп отработавших газов. Чертеж, представленный фиг.1-3 мотора, ориентирован в пространстве следующим образом: верх чертежа - север, низ чертежа - юг, левая часть чертежа - запад и правая часть чертежа - восток. На чертеже двигатель представлен в трех разрезах, линии которых проходят на фиг.1 - по центру валов 4 и 20, на фиг.2 - параллельно плоскости разъема корпус в части нагнетательной полости - крышка 9, на фиг.3 - по линии центров отверстий в корпусе для свечей зажигания. Разрезы выделены штрихпунктирной линией и обозначены красной латинской буквой I. Красными стрелками показано направление движения всасываемого воздуха и выхлопных газов. На фиг.2 фигура повернута на 90° в направлении с востока на запад относительно положения фигуры, указанной на фиг.1. На фиг.3 фигура повернута на 90° в направлении с запада на восток относительно положения фигуры, указанной на фиг.1.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания содержит корпус (10, 22) с полостями с двух сторон, каждая (нагнетательная или рабочая) из которых выполнена в виде двух пересекающихся, одинакового радиуса, параллельных цилиндров расстояние между центрами которых равно сумме радиусов малого и большого полуцилиндров одного из четырех роторов (6, 7, 12 или 21), с двумя камерами сжатия (16 и 17), с двумя технологическими окнами соединяющими камеры сжатия с правой и левой цилиндрическими полостями в нагнетательной полости (11 и 15), с двумя впускными коллекторами (14), с двумя выпускными коллекторами (23), с двумя отверстиями в корпусе для свечей зажигания (19), с двумя отверстиями для форсунок (18), с двумя отверстиями в корпусе соединяющими нагнетательную и рабочую полости корпуса и служащие для соединения роторов попарно (24 и 25), две крышки с обеих сторон корпуса (3 и 9), четыре одинаковых вала (4, 5, 13 и 20), две одинаковые шестерни (1) и четыре одинаковых ротора - два всасывающих-нагнетательных (7 - Ротор 1 и 12 - Ротор 2) и два рабочих-выпускных (6 - Ротор 3 и 21 - Ротор 4) каждый из которых имеет форму двух соединенных центрами полуцилиндров одинаковой высоты и разного радиуса, при этом радиус большего полуцилиндра у каждого ротора (6, 7, 12 или 21) с учетом необходимого зазора равен радиусу любой из цилиндрических полостей рабочей и нагнетательной полостей корпуса. Обе шестерни (1) для синхронизации валов и отверстия в роторах для их уравновешивания на чертежах не показаны, так как не представляют из себя ничего нового и важного. В рассматриваемой конструкции отсутствуют кривошипно-шатунный, поршневой и газораспределительный механизмы. А нагнетательный и рабочий органы (роторы), имеют круглую форму, уравновешены относительно своих осей с помощью специальных отверстий в роторах и равномерно-синхронно вращаются вокруг своих осей, благодаря чему достигается хорошая уравновешенность всего агрегата. Форма, размеры и вид специальных отверстий, уравновешивающих роторы в данной работе не рассматриваются. Специальные отверстия в роторах предназначены только для уравновешивания роторов (6, 7, 12 и 21) и не участвуют в процессе открытия или закрытия технологических окон (11 и 15). Обозначения на чертеже:

1. Шестерня синхронизации валов, левая.

2. Гайка крепежная.

3. Крышка корпуса двигателя для рабочего блока роторов.

4. Вал для левого рабочего ротора.

5. Вал для левого нагнетательного ротора.

6. Ротор рабочий левый.

7. Ротор нагнетательный левый.

8. Подшипники для валов.

9. Крышка корпуса двигателя для нагнетательного блока роторов.

10. Часть корпуса двигателя для нагнетательного блока роторов.

11. Технологическое окно в корпусе двигателя для нагнетания воздуха в правую камеру сжатия.

12. Ротор нагнетательный правый.

13. Вал для правого нагнетательного ротора.

14. Впускные коллектора.

15. Технологическое окно в корпусе двигателя для нагнетания воздуха в левую камеру сжатия.

16. Камера сжатия левая.

17. Камера сжатия правая.

18. Форсунки впрыска топлива.

19. Свечи зажигания.

20. Вал для правого рабочего ротора.

21. Ротор рабочий правый.

22. Часть корпуса двигателя для рабочего блока роторов.

23. Выпускные коллектора.

24. Отверстие в корпусе для соединения валов ротора 1 и ротора 3.

25. Отверстие в корпусе для соединения валов ротора 2 и ротора 4.

Осуществление изобретения: Весь двигатель состоит всего из одиннадцати деталей (не считая двух свечей зажигания, двух форсунок подачи топлива, восьми подшипников, двух синхронизирующих шестеренок и крепежных устройств), которые технически просты в изготовлении. Сборка двигателя тоже проста в исполнении и состоит из следующих действий: Четыре одинаковых ротора (6, 7, 12, 21) закрепляют на четыре одинаковых вала (4, 5, 13 и 20), четыре одинаковых подшипника (8) устанавливают в корпус и по два таких же подшипника (8) устанавливают в крышки корпуса двигателя для рабочего (3) и нагнетательного (9) блоков роторов соответственно, далее два ротора с валами устанавливают в часть корпуса двигателя для рабочего блока роторов (22), а два других ротора с валами устанавливают в часть корпуса двигателя для нагнетательного блока роторов (10) в положение показанное на чертеже, при этом шестеренчатая часть валов из нагнетательного блока соединится с шестеренчатой частью валов из рабочего блока корпуса, тем самым синхронизируется движение ротора рабочего левого (6) с ротором нагнетательным левым (7), а ротора рабочего правого (21) с ротором нагнетательным правым (12), далее устанавливаются крышки корпуса двигателя для нагнетательного (9) и рабочего (3) блоков роторов. После этого на валы (20 и 5) устанавливают две шестерни (1) которые синхронизируют их движение. Таким образом достигается синхронность движения всех четырех роторов.

Принцип действия двигателя основан, аналогично поршневому двигателю, на эффекте поршневого вытеснения, взаиморасположении роторов в корпусе и их синхронном вращении. Нагнетательные роторы (7 и 12), синхронно вращаясь по часовой стрелке, поочередно производят всасывание воздуха через впускные коллектора (14) и через технологические окна (11 и 15) производят нагнетание этого воздуха в камеры сжатия (16 и 17), в это время рабочие роторы (6 и 21) вращаясь против часовой стрелки, поочередно производят рабочий ход и выпуск отработанных газов через выпускные коллектора (23).

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, уравновешенных без специальных механизмов. Известно, что мощность двигателя внутреннего сгорания зависит не только от объема камеры сгорания, соотношения рабочей площади поверхности к внутренней площади камеры сгорания, количества оборотов вала двигателя в минуту, давления сжатия рабочей смеси и количества рабочих тел (роторов, цилиндров), но и от потерь на трение деталей двигателя, то есть от количества деталей. Изобретение позволяет добиться того, что помещенные в корпус, со специальными отверстиями, камерами и коллекторами, четыре одинаковых ротора определенной формы при их взаиморасположении и синхронном вращении выполняют все необходимые функции для работы двигателя (за исключением функций свечи зажигания и форсунки подачи топлива). При этом двигатель легко уравновешивается и не имеет ни одной детали с возвратно-поступательным движением. Техническим результатом является повышение КПД, мощности и долговечности двигателя, при снижении расхода топлива и выбросов СО₂. 3 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания, состоящий из корпуса с нагнетательной и рабочей полостями, каждая из которых выполнена в виде двух пересекающихся одинаковых параллельных цилиндров, расстояние между центрами которых равно сумме радиусов малого и большого полуцилиндров одного из роторов, каждый полуцилиндр нагнетательной полости имеет впускной коллектор, каждый полуцилиндр рабочей полости имеет отверстие для свечи зажигания и отверстие для форсунки, при этом двигатель имеет две камеры сжатия, два технологических окна, соединяющих камеры сжатия с цилиндрическими полостями в нагнетательной полости корпуса, в корпусе размещены четыре одинаковых ротора, зафиксированные на четырех одинаковых валах, размещенных по центру в каждой цилиндрической полости, параллельных, синхронизированных с помощью шестеренок и попарно сочлененных между собой шестеренчатыми частями, при этом каждый ротор имеет форму двух соединенных центрами полуцилиндров одинаковой высоты и разного радиуса, где радиус большого полуцилиндра у каждого ротора с учетом необходимого зазора равен радиусу любой из цилиндрических полостей, при этом роторы упираются друг в друга своими боковыми частями с возможностью уплотнения, а малый полуцилиндр одного ротора упирается в большой полуцилиндр другого ротора.