Роторный двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК F02B53/04 F01C1/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторному двигателю внутреннего сгорания.

По типу работы ДВС относится к роторному двигателю с герметично запираемой камерой внутреннего сгорания на время от атмосферы с простым вращением ротора без уплотнительных элементов.

Смесеобразование топливовоздушной смеси, зажигание, смазка, охлаждение и запуск двигателя практически одинаковые с другими ДВС.

Газораспределение, открытие и закрытие центральных впускных отверстий и выхлопных периферийных портов осуществляется самим теплом ротора при вращении, внутренний рабочий объем камер сгорания всегда одинаков.

Полный рабочий цикл рассматриваемого роторного двигателя состоит из трех несимметричных фаз вращения ротора (Фигура 6, 7) А, В, С.

Фаза А - впуск.

Фаза В - воспламенение и горение топливовоздушной смеси.

Фаза С - выхлоп и продувка.

Для упрощения описания рассматривается роторный ДВС в самом простом варианте (Фигура 1,2,5): одна камера сгорания (10) внутри одного ротора (2), одно центральное профилированное впускное отверстие камеры сгорания (11), один периферийный выхлопной порт камеры сгорания (9), одно впускное профилированное отверстие для подачи топливовоздушной смеси в центральном коллекторе (12), один выхлопной порт в статоре (8), одна свеча зажигания (6), один вал двигателя (3), два подшипника (5), впуск топливовоздушной смеси карбюраторный.

Роторный двигатель сможет работать с одной камерой сгорания в роторе, но для более эффективной и динамичной работы необходим увеличенный внутренней рабочий объем камер сгорания, для этого нужно симметрично разместить несколько камер сгорания внутри одного ротора (Фигура 8), а также применить два и более роторов, впускных отверстий, выхлопных портов и свечей зажигания.

Кроме этого увеличение диаметра ротора увеличивает плечо силы вращения ротора и крутящий момент на валу двигателя.

Роторный двигатель может работать как с карбюратором, так и с принудительным впрыском и турбо-надувом. Во втором варианте мощность роторного ДВС значительно увеличится. Для улучшения динамики роторного двигателя системой зажигания должен управлять электронный процессор.

Рабочий цикл рассматриваемого роторного ДВС состоит из трех несимметричных фаз, при этом фаза горения может достигать до 8/10 частей полного рабочего цикла ротора, горение топливовоздушной смеси происходит с постоянной скоростью на всем протяжении фазы горения в закрытой камере сгорания при постоянном замкнутом внутреннем объеме от фазы впуска до фазы выхлопа, при этом фазы впуска и выхлопа являются холостым ходом, который ротор проходит по инерции так как ротор вращается свободно и не имеет мертвых точек.

Так как в двигателе нет уплотняющих элементов все тепловые зазоры поверхностей вращения должны быть минимальными.

В связи с тем, что в рабочем цикле роторного ДВС нет тактов, его рабочий цикл состоит из трех несимметричных фаз вращения ротора: впуск, воспламенение и горение топливовоздушной смеси, выхлоп и все рабочие процессы происходят при неизменяемом внутреннем объеме камер сгорания ротора, аналогов у рассматриваемого роторного ДВС нет.

Цель создания данного изобретения.

Максимально упростить конструкцию ДВС, сократить количество деталей трения, требующих принудительной смазки до минимального необходимого уровня (возможно применение принудительной смазки только подшипников вала ротора и поверхности вращения впускного коллектора),

Исключить из конструкции двигателя все уплотнительные элементы, присущие всем ДВС и обеспечивающие компрессию и сжатие топливовоздушной смеси.

Снизить металлоемкость конструкции.

Снизить внутренние энергопотребление на запуск двигателя.

Обеспечить работу двигателя в холодном холостом режиме без впрыска топлива в камеру сгорания.

Увеличить моторесурс ДВС,

Технический результат достигается роторным двигателем внутреннего сгорания, состоящим из корпуса с внутренней цилиндрической полостью, цилиндрического ротора с радиально расположенными рабочими камерами сгорания, подшипниковых узлов, вала двигателя, центрального впускного коллектора, систем впрыска топлива и выхлопа отработанных газов, смазки и охлаждения двигателя, электро-воспламенения топливовоздушной смеси, при этом перенос топливовоздушной смеси и выхлопных газов внутри ротора происходит от центра к периферии центробежной силой, возникающей в момент вращения ротора, при этом впуск топливовоздушной смеси в камеры сгорания ротора производится через комбинированные не осевые отверстия и радиальное профилированное отверстие цилиндрического коллектора, предоставляющий собой цилиндрическую деталь с наружной поверхностью вращения, установленную неподвижно в центральной части статора между валом двигателя и внутренней цилиндрической боковой поверхностью вращения кольцевой полости ротора, имеющую сквозное осевое отверстие для вала двигателя, кроме этого все рабочие камеры сгорания размешены радиально внутри ротора со смещением в сторону вращения, а их впускные профилированные отверстия расположены во внутренней боковой поверхности вращения цилиндрической кольцевой полости ротора, соосно и радиально совпадающие с впускным профилированным отверстием цилиндрического впускного коллектора, отверстие периферийного выхлопного порта ротора размещено в периферийной части ротора, как и сквозное отверстие выхлопного порта статора, размещенное в зоне выхлопа периферийной части корпуса статора, в связи с этим процесс газораспределения: открытие и закрытие - профилированных впускных отверстий впускного центрального коллектора и ротора, а также периферийных выхлопных портов ротора и статора осуществляется самим телом ротора при простом вращении ротора.

Рабочий цикл роторного ДВС (Фигура 6, 7)

Фаза А. Ротор вращается, возникает центробежная сила, воздействующая на рабочее тело топливовоздушную смесь, перемещая ее от центра к периферии, атмосферное давление внутри камеры сгорания снижается. Топливовоздушная смесь втягивается через открытые центральные совмещенные впускные профилированные отверстия камеры сгорания ротора и впускного коллектора во внутрь камеры сгорания ротора.

Фаза В. Ротор вращается впускное профилированное отверстие и периферийный выпускной порт камеры сгорания закрыты. Топливовоздушная смесь воспламеняется искрой свечи зажигания, продукты горения расширяются и давят на внутреннюю поверхность стенок статора и смещенные относительно оси вращения стенки камеры сгорания ротора, преобразуя давление нагретого газа через плечо сил в крутящий момент, передавая его на вал двигателя.

Фаза С. Ротор вращается, выпускной периферийный порт камеры сгорания ротора совмещается с выпускным портом статора, происходит выхлоп отработанных газов, в конце фазы выхлопа происходит продувка камеры сгорания.

Фигура 1. Общий упрощенный вид роторного ДВС

Фигура 2. Сборка основных узлов роторного ДВС

Фигура 3 Диаметральное сечение роторного ДВС в момент фазы впуска с указанием стрелкой направления движения топливовоздушной смеси.

Фигура 4. Центральный коллектор и сечение.

Фигура 5. Ротор с центральной цилиндрической полостью и сечение.

Фигура 6. Рабочий цикл роторного ДВС.

Фигура 7. Диаграмма фаз рабочего цикла роторного ДВС

Фигура 8. Вариант роторного ДВС с четырьмя камерами сгорания в роторе.

На всех фигурах шлицы и шпоночный паз вала, болты, гайки, шпильки и резьбовые отверстия, а также карбюратор, электромотор, аккумулятор, катушка зажигания и другие узлы и агрегаты не отображены они существуют по умолчанию.

1. Статор.

1.1 Крышка статора

2. Ротор

3. Вал двигателя

4. Впускной центральный коллектор

5. Подшипник

6. Свеча зажигания

7. Отверстие для подачи готовой топливовоздушной смеси

8. Выхлопной порт статора

9. Периферийный выхлопной порт ротора

10. Камера сгорания ротора

11. Впускное профилированное отверстие камеры сгорания ротора

12. Впускное профилированное отверстие центрального коллектора

13. 13.1 Комбинированные не осевые отверстия центрального впускного коллектора

14 Центральная кольцевая полость ротора для впускного коллектора

15. Балансировочное глухое отверстие.

После запуска двигателя электромотором, ротор (2) начинает вращаться вместе с валом двигателя (3) в подшипниковых узлах (5), возникающие центробежные силы создают перепад давления от центра к периферии ротора внутри камеры сгорания (10), в результате образующееся разрежение втягивает атмосферный воздух через карбюратор, смешивая его с топливом, готовая топливовоздушная смесь втягивается (Фигура 3,4) через впускные комбинированные не осевые отверстия (13) (13.1) впускное профилированное отверстие (12) центрального коллектора и совмещенное с ним впускное профилированное отверстие камеры сгорания ротора (11) внутрь камеры сгорания ротора (10) (Фигура 5).

После продувки топливовоздушной смесью камеры сгорания ротора (10) периферийный выхлопной порт ротора (9) закрывается полностью, впускное профилированное отверстие камеры сгорания ротора (11) закрывается полностью, топливовоздушная смесь воспламеняется искрой свечи зажигания (6), расширяющийся газ давит на внутренние стенки камеры сгорания ротора (10), на внутреннюю поверхность стенок статора (1) и наружную поверхность впускного цилиндрического коллектора (4), ротор (2), получив импульс силы в сторону смещения камеры сгорания ротора (10), преобразует его в крутящий момент и передает через вал двигателя (3) на трансмиссию автомобиля.

Далее происходит выхлоп, периферийный выхлопной порт камеры сгорания ротора (9) совмещается с выхлопным портом статора (8), впускные профилированные отверстия камеры сгорания ротора (11) и центрального коллектора (12) закрыты, происходит выхлоп отработанных газов.

Фазы выхлопа и впуска ротор (2) проходит по инерции.

Вращение ротора в холостом режиме роторного двигателя во время остановки автомобиля и отсоединения трансмиссии может происходить с помощью стартера за счет энергии аккумуляторной батареи без впрыска топлива, то есть холостой режим работы двигателя может быть холодным без вредных выбросов в атмосферу.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Роторный двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса с внутренней цилиндрической полостью, цилиндрического ротора (2) с радиально расположенными рабочими камерами сгорания, подшипниковых узлов, вала двигателя, центрального впускного коллектора, систем впрыска топлива и выхлопа отработанных газов, смазки и охлаждения двигателя, электровоспламенения топливовоздушной смеси. Перенос топливовоздушной смеси и выхлопных газов внутри ротора (2) происходит от центра к периферии центробежной силой, возникающей в момент вращения ротора. Впуск топливовоздушной смеси в камеры сгорания ротора (2) производится через комбинированные неосевые отверстия и радиальное профилированное отверстие цилиндрического коллектора (4), представляющего собой цилиндрическую деталь с наружной поверхностью вращения, установленную неподвижно в центральной части статора (1) и имеющую сквозное осевое отверстие для вала двигателя. Рабочие камеры сгорания размешены радиально внутри ротора (2) со смещением в сторону вращения, а их впускные профилированные отверстия расположены во внутренней боковой поверхности вращения цилиндрической кольцевой полости ротора (2), соосно и радиально совпадающие с впускным профилированным отверстием цилиндрического впускного коллектора (4). Раскрыто выполнение отверстия выхлопного порта ротора (2) и процесса газораспределения. Технический результат заключается в увеличении моторесурса ДВС. 8 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из корпуса с внутренней цилиндрической полостью, цилиндрического ротора с радиально расположенными рабочими камерами сгорания, подшипниковых узлов, вала двигателя, центрального впускного коллектора, систем впрыска топлива и выхлопа отработанных газов, смазки и охлаждения двигателя, электровоспламенения топливовоздушной смеси,

отличающийся тем, что перенос топливовоздушной смеси и выхлопных газов внутри ротора происходит от центра к периферии центробежной силой, возникающей в момент вращения ротора, при этом впуск топливовоздушной смеси в камеры сгорания ротора производится через комбинированные неосевые отверстия и радиальное профилированное отверстие цилиндрического коллектора, представляющего собой цилиндрическую деталь с наружной поверхностью вращения, установленную неподвижно в центральной части статора между валом двигателя и внутренней цилиндрической боковой поверхностью вращения кольцевой полости ротора, имеющую сквозное осевое отверстие для вала двигателя, кроме этого все рабочие камеры сгорания размешены радиально внутри ротора со смещением в сторону вращения, а их впускные профилированные отверстия расположены во внутренней боковой поверхности вращения цилиндрической кольцевой полости ротора, соосно и радиально совпадающие с впускным профилированным отверстием цилиндрического впускного коллектора, отверстие периферийного выхлопного порта ротора размещено в периферийной части ротора, как и сквозное отверстие выхлопного порта статора, размещенное в зоне выхлопа периферийной части корпуса статора, в связи с этим процесс газораспределения: открытие и закрытие - профилированных впускных отверстий впускного центрального коллектора и ротора, а также периферийных выхлопных портов ротора и статора осуществляется самим телом ротора при простом вращении ротора.