Роторно-поршневой двигатель

 

Сущность изобретения: роторный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит полый корпус с окнами и каналами впуска и выпуска, ротор с поршнями и два газораспределительных золотниковых клапана, установленных в полости корпуса с возможностью синхронизированного с ротором вращения и образования изменяемых объемов впуска - сжатия и расширения - выпуска. В корпусе также выполнена камера сгорания с впускными и выпускными газораспределительными каналами, установлены средства охлаждения, зажигания и привода золотников. В корпусе выполнена вторая камера сгорания. Один из золотников имеет две пары каналов, первая из которых выполнена с возможностью периодического сообщения соответственно первой камеры сгорания с объемом впуска - сжатия и второй камеры сгорания - с изменяемым объемом расширения - выпуска. Вторая пара каналов выполнена с возможностью периодического сообщения первой камеры сгорания с изменяемым объемом расширения - выпуска и второй камеры сгорания - с объемом впуска - сжатия. 6 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с дисковым ротором, имеющим поршни.

Известен роторно-поршневой ДВС, имеющий корпус с двумя тороидальными рабочими камерами с установленными в них дисковыми запирающими клапанами, дисковый ротор с двумя поршнями и камеру сгорания, соединенную каналами золотникового устройства с рабочими камерами [1] . Наличие тороидальной рабочей камеры с дисковыми запирающими клапанами, дискового ротора с двумя поршнями и камеры сгорания, соединенной каналами золотникового устройства с рабочей камерой, является отличительными особенностями этого ДВС, общими с изобретением. Недостатком ДВС является его малая удельная мощность: один цикл работы ДВС выполняется за два оборота ротора несмотря на наличие в двигателе двух рабочих камер.

Более высокую удельную мощность имеет роторно-поршневой ДВС [2] . Этот двигатель имеет полый корпус с окнами и каналами впуска и выпуска, дисковый ротор с двумя поршнями-перегородками и два газораспределительных дисковых клапана, установленных в полости корпуса с возможностью синхронизации их вращения с вращением ротора и образования изменяемых объемов впуска-сжатия и расширения-выпуска. В корпусе также выполнена камера сгорания с впускными и выпускными газораспределительными каналами и установлены средства охлаждения, зажигания и привода золотников. При вращении ротора в течение первых 1/2 оборота ротора в секторе впуска-сжатия происходит впуск (в возрастающем объеме впуска) и сжатие горючей смеси (в уменьшающемся объеме сжатия). В конце фазы сжатия смесь передается по каналу золотникового устройства в камеру зажигания, после чего канал перекрывается. В следующие 1/2 оборота в секторе расширения-выпуска происходит расширение выходящей из камеры зажигания подожженной смеси (в объеме расширения) и выпуск отработанной смеси (из объема выпуска). В конце фазы расширения камера зажигания вновь переключается золотниковым устройством на прием сжатой смеси. В ДВС этого типа за один оборот ротора выполняются два цикла работы. Однако вследствие малого времени передачи сжатой смеси в камеру зажигания этот двигатель имеет значительные потери энергии при газообмене.

Цель изобретения состоит в повышении мощности роторно-поршневого ДВС за счет уменьшения потерь на газообмен.

Поставленная цель достигается тем, что в повышении мощности роторно-поршневого ДВС за счет уменьшения потерь на газообмен.

Поставленная цель достигается тем, что в корпусе двигателя дополнительно выполнена вторая камера сгорания, а золотник имеет две пары каналов, первая из которых выполнена с возможностью периодического сообщения соответственно между собой первой камеры сгорания и изменяемого объема впуска-сжатия, и второй камеры сгорания с изменяемым объемом расширения-выпуска, а вторая пара каналов - с возможностью сообщения первой камеры сгорания с изменяемым объемом расширения-выпуска и второй камеры сгорания с изменяемым объемом впуска-сжатия.

Введение в ДВС второй камеры сгорания позволяет осуществить непрерывный газообмен между рабочей камерой и камерами сгорания в течение всего времени выполнения фаз сжатия и расширения рабочего тела и тем самым устранить потери энергии, вызванные неполным газообменом между рабочей камерой и камерой сгорания.

На фиг. 1 изображен предложенный ДВС; на фиг. 2 - схема расположения участков впуска, сжатия, расширения и выпуска, образующихся при вращении ротора; на фиг. 3 - положение поршня ротора внутри тороидальной рабочей камеры; на фиг. 4 - диск клапана, имеющий окна для прохождения поршней, и каналы золотникового устройства, соединяющие камеры сгорания с рабочей камерой двигателя; на фиг. 5 схематически представлена конструкция дискового запирающего клапана; на фиг. 6 - схема устройства синхронного поворота дисков клапанов.

Роторно-поршневой двигатель состоит из корпуса с тороидальной рабочей камерой 1, дискового ротора с двумя поршнями, перемещающимися внутри рабочей камеры, двух клапанов 3 и 4, перекрывающих рабочую камеру и связанных с механизмом переключения 5 дисков клапанов, двух камер сгорания 6 и 7, имеющих свечи зажигания 8 и 9, карбюратора 10 с каналом впуска 11 и выпускного канала 12. Поршни ротора 13 и 14 имеют уплотняющие кольца 15 и закрепляются между стойками 16 на выступе 17 обода ротора (см. фиг. 3). Выступ 17 закрывает щель по всей длине образующей рабочей камеры 1, образуя с полостью камеры гладкую внутреннюю поверхность. Обод ротора плотно прилегает к выступу на внешней поверхности рабочей камеры, обеспечивая герметичное соединение между ротором и рабочей камерой при вращении ротора.

Клапан 3 (см. фиг. 4 и фиг. 5) состоит из корпуса 18, между боковыми стенками которого находится вращающийся диск 19. Боковые стенки корпуса имеют окна 20 для пропускания поршней и фланцы 21, 22 для соединения клапана с камерами сгорания 6 и 7. Диск клапана имеет два окна 23, 24 для пропускания поршня и четыре канала в толще диска для соединения камер 6 и 7 с полостью рабочей камеры. В положении, когда клапан 3 закрыт, каналы диска с входными отверстиями 25, 26 через боковые фланцы 21, 22 соединяют камеру сгорания 6 с сектором 1, а камеру сгорания 7 - сектором III рабочей камеры (фиг. 2).

После поворота диска клапана на 180^о порядок соединения меняется: камера 6 каналом с входным отверстием 27 соединяется с сектором III, а камера 7 каналом с входным отверстием 28 - с сектором I рабочей камеры. Если диск клапана повернут на 90^о или на 270^о, клапан оказывается открытым для прохода поршня с одновременным перекрытием каналов, связывающих камеры 6 и 7 с рабочей камерой. Клапан 4 отличается от клапана 3 тем, что он не имеет фланцев и каналов для связи с камерами сгорания. В остальном его конструкция идентична конструкции клапана 3. Клапаны 3 и 4 расположены диаметрально и открываются и закрываются одновременно. Синхронный поворот дисков обоих клапанов производится устройством, показанным на фиг. 6. Выступ 29 на ободе ротора при зацеплении с лопастью вертушки 30 поворачивает ее на 90^о. Ось вертушки кинематически связана с осями дисков клапанов 3 и 4. После поворота положение вертушки фиксируется четырехгранным валиком 31, находящимся на одной оси с вертушкой. Грань валика скользит по поверхности бокового выступа диска ротора, не позволяя вертушке отклоняться от фиксированного положения.

Двигатель работает следующим образом (см. фиг. 2).

При вращении ротора поршень 13, двигаясь в секторе 1, по направлению часовой стрелки сжимает горючую смесь в объеме между поршнем 18 и стенкой закрытого клапана 3. Сжимаемая смесь через канал в стенке клапана поступает в камеру сгорания 6. Одновременно происходит впуск горючей смеси через отверстие 11 в объем между поршнем 13 и стенкой закрытого клапана 4. При подходе поршня 13 к границе сектора 1 клапан 3 открывается для прохода поршня (одновременно происходит также открытие клапана 4 для прохода через него поршня 14). При открытии клапана 3 перекрываются каналы связи камер сгорания 6 и 7 с рабочей камерой. Поршень 13 проходит через открытый клапан 3 в сектор II и затем в сектор III. После прохода поршня в сектор III клапан 3 закрывается. При этом происходит переключение камеры 6, наполненной сжатой смесью, из сектора I в сектор III, а камеры 7 - из сектора III в сектор I, после чего свечой 8 смесь в камере 6 поджигается и начинается фаза расширения смеси в секторе III. Одновременно происходит выпуск отработанной смеси через выпускной канал 12. При подходе поршня 13 к границе сектора III клапан 4 открывается и поршень 13 проходит в сектор III и затем в сектор IV. После этого весь процесс повторяется. (56) 1. Патент США N 2273625, кл. 123-8.41, опублик. 1942.

2. Патент США N 3477414, кл. 123-8.27, опублик. 1969.

Формула изобретения

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с окнами и каналами впуска и выпуска, ротор с поршнями и два газораспределительных золотниковых клапана, установленных в полости корпуса с возможностью синхронизированного с ротором вращения и образования изменяемых объемов впуска-сжатия и расширения-выпуска, в корпусе также выполнена камера сгорания с впускными и выпускными газораспределительными каналами и установлены средства охлаждения, зажигания и привода золотников, отличающийся тем, что в корпусе выполнена дополнительно вторая камера сгорания, а один из золотников с двумя парами каналов, первая из которых выполнена с возможностью периодического сообщения соответственно первой камеры сгорания с изменяемым объемом впуска-сжатия, и второй камеры сгорания - с изменяемым объемом расширения-впуска, а вторая пара - с возможностью периодического сообщения первой камеры сгорания с изменяемым объемом расширения-выпуска и второй камеры сгорания - с объемом впуска сжатия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6