Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит полый корпус с газораспределительными каналами, устройством подачи топлива, рабочий вал с камерой сгорания и по меньшей мере одним пазом, в котором установлена лопатка и уплотнение барабана с уплотняющей рамкой, сопряженной с лопаткой. Полость корпуса выполнена в виде двух пересекающихся прямых круговых цилиндров, размещенных так, что ось рабочего вала совпадает с осью одного из цилиндров, а ось и диаметр одного барабана совпадают с осью и диаметром другого. Камера сгорания образована внутренней поверхностью цилиндра, сопряженного с барабаном, внутренней поверхностью рамки, выполненной тангенциально подвижной и поверхностью лопатки, которая жестко связана с рабочим валом. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям роторных двигателей внутреннего сгорания.

Известны наиболее распространенные роторные двигатели, содержащие корпус и установленный в нем эксцентрично ротор, например, двигатель Ванкеля.

Однако из-за невыгодных условий сгорания удельный расход топлива в них выше, чем в обычных поршневых двигателях. Затруднено создание на их базе дизельного двигателя. Из-за больших удельных нагрузок на поверхности кинематических пар при вращении ротора эти двигатели имеют малый моторесурс.

Известна роторная машина, в которой помимо указанных недостатков имеется еще и такой, как многодетальность (подвижные лопатки, несколько коленчатых валов), что усложняет конструкцию, снижает надежность и эффективность работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с газораспределительными каналами и устройством подачи топлива, рабочий вал и барабан с камерой сгорания и по меньшей мере одним пазом, в котором установлена лопатка, и уплотнение барабана с уплотняющей рамой, сопряженной с лопаткой, причем полость выполнена в виде двух пересекающихся прямых круговых цилиндров, размещенных так, что ось рабочего вала совпадает с осью одного из цилиндров, а ось и диаметр одного барабана совпадают с осью и диаметром другого.

Целью изобретения является повышение эффективности работы роторного двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что камера сгорания образована внутренней поверхностью рамки, установленной в барабане тангенциально подвижной, и поверхностью лопатки, которая жестко связана с рабочим валом.

Жесткая связь лопатки с рабочим валом уменьшает потери механической энергии при ее передаче на выходной вал. Подвижная относительно барабана в тангенциальном направлении рамка позволяет снизить нагрузки на уплотнения, распределив их по соответствующей сопряженной поверхности барабана, сделав тем самым их контакт поверхностным, а не линейным, как это было в прототипе. Рамка в этом случае улучшает уплотнение между ней и барабаном из-за подвижности в радиальном направлении относительно лопатки и возможности вследствие этого поджатия рамки газовыми силами к барабану.

Кроме этого повышается долговечность, динамическая уравновешенность двигателя, так как основные наиболее тяжелые части двигателя также как лопатки симметрично жестко связаны с рабочим валом. Неуравновешенность, вызванная уплотняющими рамками, установленными тангенциально-подвижными в барабане, незначительная в сравнении с уравновешенными барабанами и лопатками с валом.

Эффективность работы повышается также и вследствие использования лопатки в качестве поршня предварительного сжатия рабочей смеси в камере сгорания, образованной внутренней поверхностью цилиндра, сопряженного с барабаном, внутренней поверхностью рамки и поверхностью лопатки.

На фиг.1 показан предлагаемый двигатель, поперечный разрез; на фиг.2 то же, продольный разрез.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит полый корпус 1 с газораспределительными каналами 2, 3 и 4 и устройством подачи топлива 5, выполненным в виде форсунки высокого давления, рабочий вал 6, барабан 7 с камерой сгорания 8 и сквозными радиальными пазами 9, в которых установлены лопатки 10 и уплотнение барабана 7 с уплотняющей рамкой, сопряженной с лопаткой 10 и выполненной составной из двух частей шарнира 11, обеспечивающего радиальное перемещение лопатки в его диаметральном пазу 12 и поворот относительно барабана и тангенциально подвижного элемента 13, установленного в выемке 14 барабана 7, сопряженного с ним по цилиндрической поверхности, соосной с барабаном 7. Поверхность полости и корпуса 1 выполнена в виде двух пересекающихся прямых круговых цилиндров 15 и 16, первый из которых 15 размещен соосно рабочему валу 6 и выполнен с радиусом, равным радиусу вращения лопатки 10, а второй 16 выполнен с диаметром, равным диаметру барабана 7, сопряжен и соответственно размещен с ним соосно.

Камера сгорания 8 образована внутренней поверхностью цилиндра 16, сопряженного с поверхностью барабана 7 внутренней поверхностью паза 9 в шарнире 11 рамки и поверхностью каждой лопатки 10, жестко связанной с рабочим валом 6.

Двигатель работает следующим образом.

После раскрутки любым известным пусковым устройством барабан 7 вращается по часовой стрелке, лопатка 10 с уплотняющей рамкой подходит к окну газораспределительного канала 4, при этом положении объем камеры между рамкой, лопаткой 10 и корпусом 1 достигает максимальной величины, определяемой эксцентриситетом расположения барабана 7, эксцентриситет положения которого в сумме с его радиусом больше длины лопатки 10. Лопатка утоплена в радиальном пазу 12 шарнира 11 и при достижении газораспределительного канала 4 камера изменяемого объема в пазу 12 шарнира 11 заполняется свежим воздухом. При дальнейшем повороте барабана 7 воздух сжимается и после сообщения камеры сгорания 8 с форсункой высокого давления в нее впрыскивается топливо, которое воспламеняется и сгорает. Продукты сгорания расширяются в увеличивающемся изменяемом объеме 12, ограниченном барабаном 7, корпусом 1 и лопаткой 10. При проходе газораспределительного канала 4 изменяемые по объему выемки 19 между уплотнительной рамкой и корпусом 1 также заполняются свежим воздухом, который поступает в ранее указанный изменяемый объем 18 с расширяющимися отработанными выемками 19, которые заполнены свежим воздухом, что способствует догоранию отработавших газов и снижению токсичности. Далее лопатка 10 достигает газораспределительного выхлопного канала 2 и отработавшие газы выбрасываются в атмосферу. Оставшаяся часть газов вытесняется в атмосферу через газораспределительный канал 3.

В последующем указанный цикл повторяется в каждом из изменяемых объемов 18 с соответствующим сдвигом по фазе поворота рабочего вала. Камера сгорания 8 может быть выполнена в виде выемки необходимой формы шарнира 11 (как показано на фиг.1) или в лопатке 10, а также просто образована поверхностями паза 12 шарнира 11 и корпуса 1 при их максимальном сближении, в этом случае она будет не выгодной для сгорания клиновидной формы, но указанные детали при этом будут иметь наиболее простую форму.

Барабан 7 может иметь осевую длину большую, чем длина прямого кругового цилиндра 15 (см. фиг.2), что улучшает условия для установки и работы уплотнений 20 между барабаном и корпусом. Уплотнения 21 могут быть установлены между лопаткой и корпусом и другими сопряженными между собой поверхностями деталей двигателя. Средства питания топливом и воздухом, охлаждения и смазки выполняются на основе известных в технике конструктивных решений.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий полый корпус с газораспределительными каналами, устройством подачи топлива, рабочий вал и барабан с камерой сгорания и по меньшей мере одним пазом, в котором установлена лопатка и уплотнение барабана с уплотняющей рамкой, сопряженной с лопаткой, причем полость корпуса выполнена в виде двух пересакающихся прямых круговых цилиндров, размещенных так, что ось рабочего вала совпадает с осью одного из цилиндров, а ось и диаметр барабана совпадают с осью и диаметром другого, отличающийся тем, что камера сгорания образована внутренней поверхностью цилиндра, сопряженного с барабаном, внутренней поверхностью рамки, выполненной тангенциально подвижной, и поверхностью лопатки, которая жестко связана с рабочим валом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2