Способ смесеобразования в роторном двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Использование: двигателестроение, в частности роторные двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения : внутрь двигателя подают энергоноситель под давлением, причем смесеобразование рабочей смеси при одновременной подаче топлива и сжатого воздуха в рабочий цилиндр осуществляют струей сжатого воздуха, которая дробит струю топлива и турбулизует процесс смесеобразования. Цилиндрический роторный двигатель содержит рабочий цилиндр, дополнительный пневмоцилиндр с торцевыми крышками, торцевую промежуточную крышку с каналом для подачи сжатого воздуха из пневмоцилиндра в полость насыщения рабочего цилиндра. В каждом цилиндре размещен цилиндрический ротор с радиальными и торцевыми уплотнениями. Общий прямой вал с жестко закрепленными на нем соосно роторами. Радиальное уплотнение ротора рабочего цилиндра расположено с опережением по ходу вращения относительно радиального уплотнения ротора пневмоцилиндра. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к осуществлению способа смесеобразования рабочей смеси в роторном двигателе внутреннего сгорания. Двигатель с таким способом смесеобразования может применяться в различных транспортных средствах и стационарных установках.

Известные роторные двигатели внутреннего сгорания различных конструктивных видов предназначены для работы на известных способах смесеобразования рабочей смеси и являются аналогами.

Недостатками аналогов являются несовершенство процесса смесеобразования рабочей смеси, короткая продолжительность процесса сгорания, частичная потеря рабочей смеси при продувке и наличие остатков отработанных газов в камере сгорания, что приводит к неэффективности процесса сгорания, недоиспользованию тепла, мощности и перерасходу топлива.

За прототип для осуществления способа смесеобразования рабочей смеси в роторном двигателе внутреннего сгорания принят паровой роторный двигатель Фридланда и Шреблера [1,2] цилиндрического вида, содержащий корпус с торцевыми крышками, образующими рабочий цилиндр, в котором размещен цилиндрический ротор с радиальными уплотнениями и прямой вал с закрепленным на нем ротором, в который энергоноситель подается под давлением во внутрь двигателя.

Недостатками прототипа являются малая мощность и зависимость от постороннего энергоносителя.

Сущность изобретения способа смесеобразования рабочей смеси достигается тем, что цилиндрический роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр и дополнительно пневматический цилиндр, торцевые крышки, в каждом цилиндре размещен цилиндрический ротор с радиальными и торцевыми уплотнениями, общий прямой вал с жестко закрепленными на нем соосно с роторами, в котором способ смесеобразования рабочей смеси при одновременной подаче топлива и сжатого воздуха в рабочий цилиндр осуществляется струей сжатого воздуха, которая дробит струю топлива,турбулизирует процесс смесеобразования, при этом радиальное уплотнение ротора рабочего цилиндра расположено с опережением по ходу вращения под углом α градусов относительно радиального уплотнения ротора пневмоцилиндра, а в промежуточной торцевой крышке имеется канал подачи сжатого воздуха из пневмоцилиндра в полость насыщения рабочего цилиндра.

Технический результат способа состоит в том, что обеспечивается высокачественное смесеобразование рабочей смеси при исключении остатков отработанных газов, полное сгорание рабочей смеси за счет увеличения продолжительности процесса сгорания, повышения мощности и снижения расхода топлива.

Кроме того, применение способа позволяет получение различных степеней сжатия воздуха в пневмоцилиндре с целью использования в цилиндрическом роторном двигателе внутреннего сгорания различных легких и тяжелых сортов топлив.

На фиг. 1 показан продольный разрез роторного двигателя внутреннего сгорания без уплотнений; на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б Б на фиг. 1; на фиг. 4 промежуточная торцевая крышка; на фиг. 5 - разрез В В на фиг. 4; на фиг. 6 схема методом наложения расположения радиальных уплотнений роторов с указанием контуров наружных поверхностей роторов и внутренних поверхностей цилиндров, а также наружного контура промежуточной торцевой крышки.

Для осуществления способа смесеобразования рабочей смеси, на основе конструктивного вида прототипа принят роторный двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1), содержащий рабочий цилиндр 1 и дополнительно пневмоцилиндр 2, торцевые крышки 3 и 4, промежуточную торцевую крышку 5, цилиндрические роторы 6 и 7,соответственно размещенные в цилиндрах 1 и 2, общий прямой вал 8, на котором жестко закреплены соосно роторы 6 и 7, имеющие соответственно диаметрально расположенные радиальные уплотнения 9 и 10 в пазах роторов 6 и 7 (фиг.2,3), а также торцевые уплотнения (не показано), исключающие переток по ходу вращения роторов 6 и 7 соответственно остатков отработанных газов в полость насыщения рабочего цилиндра и сжатого воздуха в смежную полость пневмоцилиндра.

На корпусе цилиндра 1 (фиг.2) во входном канале установлен невозвратный клапан 11 для исключения выхода рабочей смеси из полости насыщения, а также форсунка 12, расположенная у соединения цилиндра 1 с крышкой 5, свеча 13. На крышке 5 видно входное отверстие 14 сжатого воздуха, а на корпусе цилиндра 1 обозначен выходной канал 15. Полостью насыщения рабочей смесью является объем по длине цилиндра 1 от 0 до 90^o. Внутренняя площадь цилиндра 1, контактирующая с цилиндрической поверхностью ротора 6, выполнена пористой, где поры пропитаны твердой смазкой.

Пневмоцилиндр 2 (фиг. 3) расположен по отношению к цилиндру в соответствии координат, указанных в градусах. На корпусе пневмоцилиндра 2 имеется входной канал 16 и предусмотрен ряд независимых входных каналов, например 17, имеющих каждый клапан 18. Указанные каналы с клапанами предназначены для изменения заранее объема входящего воздуха с целью получения требуемой степени сжатия воздуха для воспламенения рабочей смеси в цилиндре 1 в зависимости от применяемого в конкретном случае сорта топлива. По объему полости насыщения в цилиндре 1 устанавливается объем входящего воздуха в пневмоцилиндр 2 с помощью независимых каналов с клапанами. Внутренняя площадь цилиндра 2, контактирующая с цилиндрической поверхностью ротора 7, выполнена пористой, а поры пропитаны твердой смазкой.

Промежуточная торцевая крышка 5 расположена по отношению к цилиндрам 1 и 2 в соответствии координат, указанных в градусах,и показана со стороны цилиндра 1. Крышка 5 имеет канал 19 подачи сжатого воздуха из пневмоцилиндра 2 в цилиндр 1 с входным отверстием 20 и выходным отверстием 14. В канале 19 установлен в гнезде 21 клапан 22, регулируемый на необходимую степень сжатия воздуха. Расположение канала 19 в крышке 5 показано на разрезе по В-В, а также указано стрелками направление движения сжатого воздуха.

На схеме (фиг.6) методом наложения обозначены контуры поперечных сечений наружной поверхности 23 ротора 6, внутренней поверхности 24 цилиндра 1, наружной поверхности 25 ротора 7, внутренней поверхности 26 пневмоцилиндра 2 и наружного контура 27 крышки 5. Соответственно пунктирами обозначены радиальные уплотнения 9 ротора 6, радиальные уплотнения 10 ротора 7, канал 19, гнездо 21, регулируемый клапан 22, входное отверстие 20 и выходное отверстие 14 канала 29. Радиальное уплотнение 9 ротора 6 расположено с опережением под углом a градусов относительно радиального уплотнения 20 ротора 7, чем обеспечивается соответственно осуществление рабочих процессов в цилиндрах 1 и 2.

Работа по способу смесеобразования состоит в следующем.

Роторы 6 и 7 с валом 8 вращаются по часовой стрелке. Рабочий цикл в цилиндре 1 начинается при положении одного или другого из радиального уплотнения 9 от 0^o и при движении этого уплотнения от 0^o по ходу вращения через входной канал с невозвратным клапаном 11 воздух из атмосферы поступает в полость насыщения цилиндра 1. При проходе уплотнением входного отверстия 14 канала 19 в полость насыщения подается одновременно топливо форсункой 12 и сжатый воздух по каналу 19 из пневмоцилиндра 2, а невозвратный клапан 11 перекрывает выход рабочей смеси через входной канал, при этом торцевые уплотнения препятствуют попаданию в рабочую смесь остатков отработанных газов. Струя топлива направлена к поверхности ротора 6, например, по нормали, а струя сжатого воздуха перпендикулярна ей и направлена вдоль образующих цилиндра 1, где в пересечении струй струя сжатого воздуха дробит струю топлива и турбулизирует процесс смесеобразования рабочей смеси, которая в полости насыщения воспламеняется. Полное сгорание рабочей смеси осуществляется за счет продолжительности процесса сгорания от 0^o до выхлопного канала 15. При использовании легких сортов топлива с соответствующими степенями сжатия воздуха в пневмоцилиндре 2 воспламенение рабочей смеси осуществляется запальной свечей 13. Сила давления газов в процессе горения рабочей смеси давит на радиальное уплотнение 9 и приводит во вращение роторы 6 и 7 с валом 8. При вращении ротора 6 одно из радиального уплотнения 9, движущееся по ходу вращения от 0^o, одновременно выталкивает ранее отработанные газы в выхлопной канал 15 от предыдущего рабочего цикла другого уплотнения из радиального уплотнения 9. Повторение рабочих циклов обоими уплотнениями радиального уплотнения 9 обеспечивает в рабочем цилиндре 1 осуществление непрерывного процесса сгорания и выхлопа отработанных газов.

Процесс рабочего цикла в пневмоцилиндре 2 начинается при положении одного или другого из радиального уплотнения 10 от 90^o и при движении этого уплотнения от 90^o по ходу вращения через входной канал 16 поступает из атмосферы воздух, объемом которого достигается минимальная степень сжатия при закрытых каналах 17 клапанами 18. При достижении уплотнением, например, 270^o начинается сжатие воздуха ранее поступившего воздуха с прохождением противоположного уплотнения от 0 до 270^o. При достижении уплотнением 0^o сжатый воздух, имеющий степень сжатия и установленного на эту степень сжатия клапана 22, подается через канал 19 в полость насыщения цилиндра 1. Максимальная степень сжатия воздуха достигается при открытом канале 17, расположенном при координате 180^o, и закрытых других каналах 17, где в пневмоцилиндр 2 поступает максимальный объем воздуха. При открытии каждого последующего канала 17 по ходу вращения ротора 7 объем поступившего воздуха в пневмоцилидр 2 уменьшается и соответственно уменьшается степень сжатия воздуха. При этом торцевые уплотнения препятствуют перетеканию сжатого воздуха и смежную полость по ходу вращения ротора 7, а остатки сжатого воздуха после прохождения одним из радиального уплотнения 10 отверстия 20 канала 19 перетекают в смежную полость против вращения ротора 7.

Источники информации: 1. Записки Русского Технического Общества, вып.5, 1885.

2. Е. И. Акатов и др. Судовые роторные двигатели. Л. Судостроение, 1967 г.

Формула изобретения

1. Способ смесеобразования рабочей смеси в цилиндрическом роторном двигателе внутреннего сгорания, заключающийся в подаче внутрь двигателя энергоносителя под давлением, отличающийся тем, что смесеобразование рабочей смеси при одновременной подаче топлива и сжатого воздуха в рабочий цилиндр осуществляется струей сжатого воздуха, которая дробит струю топлива и турбулизирует процесс смесеобразования.

2. Цилиндрический роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр и дополнительный пневмоцилиндр с торцевыми крышками, торцевую промежуточную крышку с каналом для подачи сжатого воздуха из пневмоцилиндра в полость насыщения рабочего цилиндра, причем в каждом цилиндре размещен цилиндрический ротор с радиальными и торцевыми уплотнениями, общий прямой вал с жестко закрепленными на нем соосно роторами, отличающийся тем, что радиальное уплотнение ротора рабочего цилиндра расположено с опережением по ходу вращения относительно радиального уплотнения ротора пневмоцилиндра.

РИСУНКИ

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