Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2023 года по МПК F02B53/06 F02B53/08 F01C11/00 F01C1/46 

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 каналами для впуска в камеру сгорания рабочей смеси и перепускными каналами 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 являющимися его частью рабочим кольцом компрессора, оснащенным впускным каналом, и рабочим кольцом турбины, оснащенным выпускным каналом, имеющими цилиндрические внутренние поверхности, рабочими камерами, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую внешней поверхности ротора компрессора соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца компрессора, и имеющий на внешней поверхности поперечный паз в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора компрессора с внутренней поверхностью рабочего кольца компрессора, в котором размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую внешней поверхности ротора турбины соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца турбины и имеющий на внешней поверхности поперечный паз в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора турбины с внутренней поверхностью рабочего кольца турбины, в котором размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины. Корпус двигателя помимо рабочих колец компрессора и турбины имеет боковые щеки компрессора и турбины и промежуточную щеку, расположенную между боковыми щеками и отделяющую рабочую полость компрессора от рабочей полости турбины. Так ротор компрессора встроен между боковой щекой компрессора и промежуточной щекой внутри рабочего кольца компрессора, и ротор турбины встроен между промежуточной щекой и боковой щекой турбины. В рабочем кольце компрессора расположена подпружиненная рабочая заслонка компрессора, образованная двумя соединенными между собой элементами: радиальной рабочей заслонкой компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, минимальной длиной, установленной такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора компрессора при вращении вала двигателя, и имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения в пазу рабочего кольца компрессора и плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности ротора компрессора, и окружной рабочей заслонкой компрессора, выполненной в виде пластины с отверстиями, встроенной в рабочее кольцо компрессора, один конец которой соединен с радиальной рабочей заслонкой, а другой конец закреплен через ось в рабочем кольце компрессора с возможностью совершения возвратно-вращательного движения. Окружная рабочая заслонка компрессора размещается при ее максимальном рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца компрессора. В рабочем кольце турбины расположена подпружиненная рабочая заслонка турбины шириной, равной ширине ротора турбины, выполненную в виде пластины, установленной в рабочем кольце турбины с возможностью возвратно - вращательного движения вокруг своей оси, размещенной на переднем конце заслонки по ходу вращения вала двигателя, и размещающуюся при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца турбины, причем задний конец заслонки имеет возможность плотного прилегания за счет пружины к внешней цилиндрической поверхности ротора турбины. Корпус камеры сгорания со впускным и выпускным каналами выполнен в едином пазу рабочих колец компрессора и турбины, при этом между впускным каналом, выполненным в рабочем кольце компрессора, и впускным каналом корпуса камеры сгорания расположен впускной клапан золотникового типа, выполненный в виде пластины, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения посредством электромагнитного устройства, снабженного рычажным механизмом, соединенным с впускным клапаном, электромагнитом компрессора и возвратной пружиной компрессора, а между выпускным каналом корпуса камеры сгорания и выпускным каналом, выполненным в рабочем кольце турбины, расположен выпускной клапан, выполненный в виде пластины, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения посредством рычажного механизма, соединенного с выпускным клапаном, электромагнитом турбины и возвратной пружиной турбины. Камера сгорания поочередно соединяется с рабочей камерой компрессора и с рабочей камерой турбины посредством клапанов золотникового типа, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения посредством электромагнитов. В корпусе камеры сгорания установлена свеча зажигания. 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 2720879 С1, МПК FO2B 53/06 (2006.01), FO2B 53/08 (2006.01), FO1C 11/00 (2006.01), FO1C 1/46 (2006.01).

В качестве недостатка вышеуказанного двигателя можно отметить сниженные технико-экономические показатели его работы вследствие наличия впускных и выпускных клапанов пластинчатого типа имеющих недостаточную герметичность.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания с повышенными технико-экономическими показателями.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочие камеры, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую внешней поверхности ротора компрессора соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца компрессора, и имеющий на внешней поверхности поперечный паз в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора компрессора с внутренней поверхностью рабочего кольца компрессора, в котором размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую внешней поверхности ротора турбины соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца турбины, и имеющий на внешней поверхности поперечный паз в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора турбины с внутренней поверхностью рабочего кольца турбины, в котором размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины, корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом компрессора, имеющим впускной канал, и являющимся его частью рабочим кольцом турбины, имеющим выпускной канал, камеру сгорания, выполненную в едином пазу рабочих колец компрессора и турбины, при этом между впускным каналом, выполненным в рабочем кольце компрессора, и камерой сгорания расположен впускной клапан золотникового типа приводящим в действие электромагнитным устройством компрессора, а между выпускным каналом, выполненным в рабочем кольце турбины, и камерой сгорания расположен выпускной клапан золотникового типа приводящим в действие электромагнитным устройством турбины, подпружиненную рабочую заслонку компрессора, образованную окружной рабочей заслонкой компрессора в виде пластины с отверстиями, встроенной в рабочее кольцо компрессора, размещающуюся при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца компрессора, и имеющую возможность совершать возвратно-вращательное движения вокруг оси, закрепленной в рабочем кольце компрессора, и радиальной рабочей заслонкой компрессора, соединенной через ось с окружной заслонкой компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения в пазу рабочего кольца компрессора и плотного прилегания посредством пружины к цилиндрической внешней поверхности ротора компрессора, подпружиненную рабочую заслонку турбины шириной, равной ширине ротора турбины, выполненную в виде пластины, установленной в рабочем кольце турбины с возможностью возвратно - вращательного движения вокруг своей оси, размещенной на переднем конце заслонки по ходу вращения вала двигателя, и размещающуюся при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца турбины, причем задний конец заслонки имеет возможность плотного прилегания за счет пружины к внешней цилиндрической поверхности ротора турбины, боковые щеки компрессора и турбины и промежуточную щеку, расположенную между боковыми щеками, а между боковой щекой компрессора и промежуточной щекой внутри рабочего кольца компрессора встроен ротор компрессора, и между промежуточной щекой и боковой щекой турбины внутри рабочего кольца турбины встроен ротор турбины, свечу зажигания, установленную в камере сгорания. Между боковой поверхностью ротора компрессора и боковой щекой компрессора установлено разрезное распорное уплотняющее кольцо компрессора, имеющее кольцевой паз, плотно прижимающимся внешней диаметральной поверхностью за счет упругости кольца к внутренней поверхности рабочего кольца компрессора в зафиксированном положении при расположении разреза после радиальной рабочей заслонки компрессора по ходу вращения вала двигателя. Между боковой поверхностью ротора турбины и боковой щекой турбины установлено разрезное распорное уплотняющее кольцо турбины с кольцевым пазом, плотно прижимающимся внешней диаметральной поверхностью за счет упругости кольца к внутренней поверхности рабочего кольца турбины в зафиксированном положении при расположении разреза перед рабочей заслонкой турбины по ходу вращения вала двигателя. Согласно изобретению впускной клапан компрессора выполнен в виде цилиндра с выемкой в корпусе цилиндра и имеющего возможность возвратно-вращательного перемещения посредством электромагнитного устройства компрессора, снабженного реечным зацеплением с шестерней, расположенной на валу корпуса впускного клапана, а выпускной клапан выполнен в виде цилиндра с выемкой в корпусе цилиндра и имеющего возможность возвратно-вращательного перемещения посредством электромагнитного устройства турбины, снабженного реечным зацеплением с шестерней, расположенной на валу корпуса выпускного клапана.

Повышение технико-экономических показателей предлагаемого двигателя обеспечивается за счет введения впускного и выпускного клапанов золотникового типа, выполненных в виде цилиндров с выемкой в корпусе цилиндра и имеющих возможность возвратно-вращательного перемещения посредством электромагнитных устройств снабженных реечным зацеплением с шестернями, расположенными на валах корпусов клапанов, что обеспечивает снижение утечек рабочей смеси как в компрессоре, так и в турбине, что приводит к повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива.

Предлагаемое 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 - разрез по линии Б-Б фиг. 1.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора, ротор 1 компрессора и ротор 2 турбины, расположенные параллельно в рабочих камерах, закрепленные на одном валу 3 двигателя на фиксированном расстоянии друг от друга и вращающиеся вместе с валом 3 на подшипниках 4, установленных в корпусе 5 двигателя (фиг. 1). Ротор 1 компрессора выполнен в виде круглого диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину Н, не позволяющую внешней поверхности ротора 1 компрессора соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца 6 компрессора (фиг. 2).

Рабочее кольцо 6 компрессора, являющееся частью корпуса 5 двигателя, имеет рабочую цилиндрическую внутреннюю поверхность, обращенную в сторону ротора 1 компрессора, ось которой совпадает с осью вращения вала 3 двигателя. Ширина рабочего кольца 6 компрессора равна ширине ротора 1 компрессора (фиг. 1, 2).

Ротор 1 компрессора встроен между боковой щекой 7 компрессора и промежуточной щекой 8 внутри рабочего кольца 6 компрессора и имеет возможность вращения внутри полости, заключенной между боковой щекой 7 компрессора, промежуточной щекой 8 и внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6 компрессора.

В рабочем кольце 6 компрессора установлена с возможностью перемещения подпружиненная рабочая заслонка компрессора, образованная соединенными окружной рабочей заслонкой 9 компрессора и радиальной рабочей заслонкой 10 компрессора. Окружная рабочая заслонка 9 компрессора выполнена в виде пластины с отверстиями, один конец которой, расположенный в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки 9, соединен с радиальной рабочей заслонкой 10 компрессора, а второй конец рабочей заслонки 9 ротора компрессора, расположенный в направлении вращения роторов позади первого ее конца, закреплен через ось 11 в рабочем кольце 6 компрессора с возможностью совершения возвратно-вращательного движения рабочей заслонки 9 ротора компрессора вокруг оси 11 и вхождения в углубление 12, расположенное на цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 компрессора при максимальном ее рабочем ходе. Окружная рабочая заслонка 9 расположена таким образом, что ее ось 11 находится справа от ее первого конца вблизи заднего торца углубления 12 по направлению вращения вала 3 двигателя. Радиальная рабочая заслонка 10 компрессора установлена в пазу 13 рабочего кольца 6 компрессора, закреплена через ось 14 с окружной рабочей заслонкой 10 и за счет пружины 15 имеет возможность плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности ротора 1 компрессора. Ширина радиальной рабочей заслонки 10 ротора компрессора равна ширине ротора 1 компрессора, а ее минимальная длина установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора 1 компрессора при вращении вала 3 двигателя и не выходить из паза 13.

Промежуточная щека 8 расположена между боковой щекой 7 компрессора и боковой щекой 16 турбины. Ротор 2 турбины встроен между промежуточной щекой 8 и боковой щекой 16 турбины внутри рабочего кольца 17 турбины, являющегося частью корпуса 5 двигателя.

Ротор 2 турбины выполнен в виде круглого диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала 3 двигателя на величину К, не позволяющую внешней поверхности ротора 2 турбины соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца 17 турбины, имеет возможность вращения внутри полости, заключенной между боковой щекой 16 турбины, промежуточной щекой 8 и цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 17 турбины (фиг. 1, 3).

В рабочем кольце 17 турбины размещена подпружиненная рабочая заслонка 18 ротора 2 турбины, выполненная в виде пластины, один конец которой, расположенный в направлении вращения роторов позади второго конца заслонки 18 ротора турбины, имеющий закругление, за счет пружины 19 имеет возможность плотного прилегания к внешней цилиндрической поверхности ротора 2 турбины, а второй конец заслонки 18, расположенный в направлении вращения роторов впереди первого ее конца, закреплен через ось 20 в рабочем кольце 17 турбины с возможностью совершения возвратно-вращательного движения рабочей заслонки 18 ротора турбины вокруг оси 20. При этом ось 20 размещена на переднем конце рабочей заслонки 18 ротора турбины по ходу вращения вала 3 двигателя.

На цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 17 турбины имеется углубление 21, предназначенное для вхождения в него рабочей заслонки 18 ротора турбины при максимальном ее рабочем ходе. Ширина рабочей заслонки 18 ротора турбины равна ширине ротора 2 турбины, а минимальная длина ее установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора 2 турбины при вращении вала 3 двигателя. Рабочая заслонка 18 ротора турбины расположена таким образом, что ее ось 20 находится слева от ее первого конца вблизи переднего торца углубления 21 по направлению вращения вала 3 двигателя.

В рабочем кольце 6 компрессора и в рабочем кольце 17 турбины имеется общий паз 22, предназначенный для установки в нем впускного клапана 23 расположенного в теле рабочего кольца 6 компрессора и выпускного клапана 24 расположенного в теле рабочего кольце 17 турбины (фиг. 1, 2, 3). Паз 22 одновременно является и камерой сгорания 25, которая располагается как в рабочем кольце 6 компрессора, так и в рабочем кольце 17 турбины.

Камера сгорания 25 в компрессорной части двигателя выполнена в теле рабочего кольца 6 компрессора, расположена над ротором 1 компрессора и имеет сообщение через отверстие 26 выполненное в промежуточной щеке 8 с камерой сгорания 25, выполненной в теле рабочего кольца 17 турбины, расположенной над ротором 2 турбины. Камера сгорания 25 выполненная в турбинной части двигателя имеет крышку 27 крепящуюся болтами к рабочему кольцу 17 турбины и имеет закрепленную в крышке 27 свечу зажигания 28.

Впускной клапан 23 выполнен в виде цилиндра имеющего возможность совершать возвратно-вращательные движения в отверстии 29, выполненном в теле рабочего кольца 6 компрессора с плотным прилеганием внешней поверхности цилиндра клапана 23 к внутренней поверхности отверстия 29. Впускной клапан 23 имеет выемку 30, выполненной на внешней поверхности цилиндра клапана 23, позволяющей соединять и разъединять при возвратно-вращательном движении цилиндра клапана 23 через впускное отверстие 31, выполненное в рабочем кольце 6 компрессора, камеру сгорания 25 с камерой сжатия 32 компрессора (фиг. 2).

Возвратно-вращательное движение впускного клапана 23 осуществляется электромагнитом 37 компрессорной части двигателя посредством зубчатой рейки 38, являющейся штоком электромагнита, входящей в зацепление с шестерней 39, установленной на валу впускного клапана 23.

Выпускной клапан 24 выполнен в виде цилиндра имеющего возможность совершать возвратно-вращательные движения в отверстии 33, выполненном в теле рабочего кольца 17 турбины с плотным прилеганием внешней поверхности цилиндра клапана 24 к внутренней поверхности отверстия 33 (фиг. 3). Выпускной клапан 24 имеет выемку 34, выполненной на внешней поверхности цилиндра клапана 24, позволяющей соединять и разъединять при возвратно-вращательном движении цилиндра клапана 24 через выпускное отверстие 35, выполненное в рабочем кольце 17 турбины, камеру сгорания 25 с камерой рабочего хода 36 турбины.

Возвратно-вращательное движение выпускного клапана 24 осуществляется электромагнитом 40 турбинной части двигателя посредством зубчатой рейки 41, являющейся штоком электромагнита, входящей в зацепление с шестерней 42, установленной на валу выпускного клапана 24.

Боковая щека 7 компрессора, рабочее кольцо 6 компрессора, промежуточная щека 8, расположенная между боковой щекой 7 компрессора и боковой щекой 16 турбины, рабочее кольцо 17 турбины и боковая щека 16 турбины стянуты между собой болтами 43, расположенными по окружности двигателя (фиг. 1).

На внешней поверхности ротора 1 компрессора, в зоне ее максимального сближения с внутренней поверхностью рабочего кольца 6 компрессора, выполнен поперечный паз 44, в котором параллельно оси вала 3 двигателя расположены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины 45 (фиг. 2).

В роторе 2 турбины, на его внешней поверхности, в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора 2 турбины с внутренней поверхностью рабочего кольца 17 турбины, выполнен поперечный паз 46, в котором параллельно оси вала 3 двигателя установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины 47 (фиг. 3).

В компрессорной части двигателя установлено распорное уплотняющее кольцо 48 компрессора представляющее собой разрезанный упругий диск с пазом П-образного сечения в средней части, внешняя диаметральная поверхность которого за счет упругости диска плотно прижимается к внутренней диаметральной поверхности рабочего кольца 6 компрессора, а диаметр внутренней диаметральной поверхности выполнен таким, который не позволяет соприкасающимся с распорным кольцом 48 боковым поверхностям ротора 1 компрессора выходить за его пределы (фиг. 1)..

Распорное уплотняющее кольцо 48 установлено в компрессоре двигателя в зафиксированном положении, его сплошная боковая поверхность обращена в сторону ротора 1 компрессора, а его разрез расположен сразу после радиальной рабочей заслонки 10 компрессора по ходу вращения вала 3 двигателя со стороны ротора компрессора. Распорное уплотняющее кольцо 48 за счет пружин 49 плотно прижимается к боковой поверхности ротора 1 компрессора, а вторая боковая поверхность ротора 1 за счет этих же пружин и возможности перемещения ротора компрессора вдоль оси вала 3 двигателя плотно прижимается к боковой поверхности промежуточной щеки 8.

Распорное уплотняющее кольцо 50 турбины представляет собой разрезанный упругий диск с пазом П-образного сечения в средней части, внешняя диаметральная поверхность которого за счет упругости диска плотно прижимается к внутренней диаметральной поверхности рабочего кольца 17 турбины, а диаметр внутренней диаметральной поверхности выполнен таким, который не позволяет соприкасающиеся с распорным диском 50 боковым поверхностям ротора 2 турбины выходить за его пределы. Распорное уплотняющее кольцо 50 установлено в турбине двигателя в зафиксированном положении, его сплошная боковая поверхность обращена в сторону ротора 2 турбины, а его разрез расположен перед осью 20 рабочей заслонки 18 турбины со стороны ротора компрессора. Распорное уплотняющее кольцо 50 за счет пружин 51 плотно прижимается к боковой поверхности ротора 2 турбины, а вторая боковая поверхность ротора 2 за счет этих же пружин и возможности перемещения ротора турбины вдоль оси вала 3 двигателя плотно прижимается к боковой поверхности промежуточной щеки 8.

Рабочая полость 52 компрессора, образованная наружной поверхностью ротора 1 компрессора, внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6 компрессора, боковой щекой 7 компрессора и промежуточной щекой 8, разделена подпружиненной радиальной рабочей заслонкой 10 компрессора и уплотнительными пластинами 45 на камеру впуска 53 и камеру сжатия 32 (фиг. 2).

Рабочая полость 54 турбины, образованная наружной поверхностью ротора 2 турбины, цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 17 турбины, промежуточной щекой 8 и боковой щекой 16 турбины разделена рабочей заслонкой 18 турбины и уплотнительными пластинами 47 на камеру рабочего хода 36 и камеру выпуска 55 (фиг. 3).

В боковой щеке 7 компрессора выполнен впускной канал 56, предназначенный для соединения камеры впуска 53 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси (фиг. 1, 2). В боковой щеке 16 турбины выполнен выпускной канал 57, предназначенный для соединения камеры выпуска 55 с атмосферой (фиг. 1, 2, 3).

Внутри рабочего кольца 6 компрессора и рабочего кольца 17 турбины образованы полости 58 для рубашки системы охлаждения (фиг. 2, 3).

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено:

- стрелкой на фиг. 2, 3 - направление вращения роторов 1, 2;

- пунктирными стрелками на фиг. 2, 3 - направления движения рабочей смеси и отработавших газов.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Положение подпружиненных уплотнительных пластин 45 ротора 1 компрессора, когда они находятся на наименьшем расстоянии от камеры сгорания 25, принимается за начало работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (фиг. 2). Вращение ротора 1 компрессора и ротора 2 турбины происходит по часовой стрелке со стороны ротора 1 компрессора (фиг. 1, 2, 3). Двигатель работает на жидком или газообразном топливе и имеет стандартные системы питания и зажигания.

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 компрессора за подпружиненной радиальной рабочей заслонкой 10 компрессора создается разряжение, и порция рабочей смеси по впускному каналу 56 поступает в камеру впуска 53 (фиг. 2).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 720° и заканчивается тогда, когда подпружиненная окружная рабочая заслонка 9 компрессора полностью войдет в углубление 12 в рабочем кольце 6 компрессора. В этот момент за счет срабатывания электромагнита 37 компрессора впускной клапан 23 совершит вращательное движение и перекроет впускной канал 31 в рабочем кольце 6 компрессора, соединяющий камеру сжатия 32 с камерой сгорания 25.

На угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 520°-540° в зависимости от установки фаз газораспределения рабочая смесь предварительно сжимается в камере сжатия 32, пока впускной клапан 23 остается закрытым. При угле поворота вала 3 двигателя, равного 520°-540°, впускной клапан 23 открывается, и предварительно сжатая рабочая смесь начинает поступать в камеру сгорания 25 и будет дальше сжиматься в камере сгорания 25 вплоть до достижения угла поворота вала 3 двигателя 700-720°, то есть до момента закрытия впускного клапана 23 (фиг. 1, 2).

3 такт - рабочий ход - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 720° до 1080°. При этом при угле поворота вала 3 двигателя, равном 720° ± угол опережения зажигания, происходит воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 25 за счет проскакивания искры в свече зажигания 28 (фиг. 1, 3). В этот же момент за счет срабатывания электромагнита 40 турбины выпускной клапан 24 камеры сгорания открывается, и горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 36. За счет горения рабочей смеси создается высокое давление, которое воздействует на ротор 2 турбины, заставляя ротор 2 турбины вращаться и создавать крутящий момент на валу 3 двигателя. При угле поворота вала 3 двигателя равного 900°, за счет срабатывания электромагнита 40 турбины выпускной клапан 24 камеры сгорания закрывается, и дальнейшее догорание рабочей смеси происходит в камере рабочего хода 36 до поворота вала 3 двигателя на угол, равный 1080°.

4 такт - выпуск - происходит при вращении вала 3 двигателя от 1080° до 1440°. При этом отработавшие газы из камеры выпуска 55 по каналу 57 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 рабочей смеси.

При постоянной работе двигателя происходит следующее. При вращении роторов от 0° до 360° в рабочей полости 52 компрессора происходит одновременно сжатие рабочей смеси в камере сжатия 32, а затем и в камере сгорания 25 и впуск рабочей смеси в камеру впуска 53, а в рабочей полости 54 турбины происходит одновременно рабочий ход в камере рабочего хода 36 и выпуск отработавших газов из камеры выпуска 55 (фиг. 1, 2, 3). Таким образом, полный цикл совершается на угле поворота вала 3 двигателя, равном 360°.

Использование предлагаемого изобретения повышает технико-экономические показатели работы двигателя за счет изменения конструкции газораспределительного механизма камеры сгорания, изменения фаз газораспределения путем изменения времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов корпуса камеры сгорания электромагнитами компрессора и турбины соответственно, что снижает механические потери.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателя внутреннего сгорания. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит рабочие камеры, в которых параллельно на валу (3) двигателя установлены вращающийся ротор (1) компрессора и ротор (2) турбины, выполненные в виде диска, ось каждого из которых смещена относительно оси вращения вала (3) двигателя, и имеющие на внешней поверхности поперечный паз, в котором размещены с возможность возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины. Также раскрыты выполнения камеры сгорания (25), компрессора и турбины, а также их элементов. Впускной клапан (23) компрессора выполнен в виде цилиндра с выемкой в корпусе цилиндра, имеющего возможность возвратно-вращательного перемещения с помощью электромагнитного устройства (37) компрессора, снабженного реечным зацеплением (38) с шестерней (39), расположенной на валу корпуса впускного клапана (23). Выпускной клапан (24) выполнен в виде цилиндра с выемкой в корпусе цилиндра, имеющего возможность возвратно-вращательного перемещения с помощью электромагнитного устройства (40) турбины, снабженного зацепление с шестерней (42), расположенной на валу корпуса выпускного клапана (24). Технический результат заключается в повышении технико-экономический показателей за счет обеспечения снижения утечек рабочей смеси как в компрессоре, так и в турбине, что приводит к повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива. 3 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочие камеры, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую внешней поверхности ротора компрессора соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца компрессора, и имеющий на внешней поверхности поперечный паз в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора компрессора с внутренней поверхностью рабочего кольца компрессора, в котором размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде диска, ось которого смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую внешней поверхности ротора турбины соприкасаться с внутренней поверхностью рабочего кольца турбины, и имеющий на внешней поверхности поперечный паз в зоне максимального сближения внешней поверхности ротора турбины с внутренней поверхностью рабочего кольца турбины, в котором размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотнительные пластины, корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом компрессора, имеющим впускной канал, и являющимся его частью рабочим кольцом турбины, имеющим выпускной канал, камеру сгорания, выполненную в едином пазу рабочих колец компрессора и турбины, при этом между впускным каналом, выполненным в рабочем кольце компрессора, и камерой сгорания расположен впускной клапан золотникового типа соединенный с электромагнитом компрессора, а между выпускным каналом, выполненным в рабочем кольце турбины, расположен выпускной клапан золотникового типа соединенный с электромагнитом турбины, подпружиненную рабочую заслонку компрессора, образованную окружной рабочей заслонкой компрессора в виде пластины с отверстиями, встроенной в рабочее кольцо компрессора, размещающуюся при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца компрессора, и имеющую возможность совершать возвратно-вращательное движения вокруг оси, закрепленной в рабочем кольце компрессора, и радиальной рабочей заслонкой компрессора, соединенной через ось с окружной заслонкой компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения в пазу рабочего кольца компрессора и плотного прилегания посредством пружины к цилиндрической внешней поверхности ротора компрессора, подпружиненную рабочую заслонку турбины шириной, равной ширине ротора турбины, выполненную в виде пластины, установленной в рабочем кольце турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, размещенной на переднем конце заслонки по ходу вращения вала двигателя, и размещающуюся при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца турбины, причем задний конец заслонки имеет возможность плотного прилегания за счет пружины к внешней цилиндрической поверхности ротора турбины, боковые щеки компрессора и турбины и промежуточную щеку, расположенную между боковыми щеками, а между боковой щекой компрессора и промежуточной щекой внутри рабочего кольца компрессора встроен ротор компрессора с возможностью перемещения вдоль оси вала двигателя, и между промежуточной щекой и боковой щекой турбины внутри рабочего кольца турбины встроен ротор турбины с возможностью перемещения вдоль оси вала двигателя, между боковой поверхностью ротора компрессора и боковой щекой компрессора установлено разрезное распорное уплотняющее кольцо компрессора, имеющее кольцевой паз, плотно прижимающимся внешней диаметральной поверхностью за счет упругости кольца к внутренней поверхности рабочего кольца компрессора в зафиксированном положении при расположении разреза после радиальной рабочей заслонки компрессора по ходу вращения вала двигателя, и плотно прижимающейся к боковой поверхности ротора компрессора за счет боковых пружин, с помощью которых ротор компрессора перемещается вдоль оси вала двигателя прижимаясь своей второй боковой поверхностью к промежуточной щеке, а между боковой поверхностью ротора турбины и боковой щекой турбины установлено разрезное распорное уплотняющее кольцо турбины с кольцевым пазом, плотно прижимающимся внешней диаметральной поверхностью за счет упругости кольца к внутренней поверхности рабочего кольца турбины в зафиксированном положении при расположении разреза перед рабочей заслонкой турбины по ходу вращения вала двигателя, и плотно прижимающейся к боковой поверхности ротора турбины за счет боковых пружин, с помощью которых ротор турбины перемещается вдоль оси вала двигателя прижимаясь своей второй боковой поверхностью к промежуточной щеке, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, отличающийся тем, что впускной клапан компрессора выполнен в виде цилиндра с выемкой в корпусе цилиндра и имеющего возможность возвратно-вращательного перемещения с помощью электромагнитного устройства компрессора, снабженного реечным зацеплением с шестерней, расположенной на валу корпуса впускного клапана, а выпускной клапан выполнен в виде цилиндра с выемкой в корпусе цилиндра и имеющего возможность возвратно-вращательного перемещения с помощью электромагнитного устройства турбины, снабженного зацеплением с шестерней, расположенной на валу корпуса выпускного клапана.