Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания. Двигатель содержит корпус с линейчатой рабочей поверхностью, окна и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника. В двигатель введена свеча зажигания, расположенная в секторе расширения. Ротор выполнен составным, тороидальная часть которого с расположенными на ней канавками соединена с цилиндрической частью ротора через термоизолирующую прокладку. Линейчатая рабочая поверхность может быть выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, и образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - эллипсу, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини с соотношением , где a - постоянная величина; c - расстояние от центра овала Кассини до его фокусов. Технический результат заключается в повышении топливной экономичности. 8 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно, - поршневым двигателям внутреннего сгорания, с вращающимися рабочими органами и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве двигателя, внутреннего сгорания, на сухопутном и водном транспорте.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с линейчатой рабочей поверхностью, каналы впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника (см. патент RU N 2052142, F 02 B 53/00).

Дизельный цикл в данном двигателе осуществляется по изохоре и изобаре. Такое выделение теплоты, т.е. когда ρ≠1 растягивает и переносит процесс сгорания на такт расширения, что приводит к увеличенным поверхностям излучения, теплоты в систему охлаждения и снижению доли эффективного использования теплоты, что в конечном итоге приводит к снижению топливной экономичности и мощности, а также к снижению удельных весогабаритных и мощностных показателей.

Выполнение ротора цельным снижает температуру поверхности, на которую наносится пленка топлива за счет перехода теплоты к центру ротора, что приводит к задержке самовоспламенения топлива и переносу процесса сгорания на такт расширения при увеличивающей поверхности рабочей камеры. В результате этого также снижается топливная экономичность и мощность двигателя, а также снижаются удельные мощностные, весогабаритные показатели рабочего цикла двигателя.

Создание роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, дизельного, с сгоранием по изохоре с совмещением эффективных элементов рабочих циклов дизельного и карбюраторного с высокой степенью сжатия (ε = 15 - 22), пленочным смесеобразованием, принудительным высокотемпературным воспламенением и объемным взрывным сгоранием при 100%-ном впрыске топлива за период задержки воспламенения или периода индукции.

Сущность изобретения заключается в том, что в роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с линейчатой рабочей поверхностью, каналы впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника, введена свеча зажигания, расположенная в секторе расширения.

Введение в двигатель свечи обеспечивает своевременное, быстрое высокотемпературное сгорание уже готовой к самовоспламенению смеси с образовавшимися активными центрами молекул топлива и их радикалов вблизи вертикальной линии, проходящей через центр ротора.

Выполнение ротора составным, тороидальная часть которого с расположенными на ней канавками соединена с цилиндрической частью ротора через термоизолирующую прокладку, обеспечивает стабильное поддержание определенной температуры тороидальной части ротора, обеспечивающей сокращение периода индукции или подготовки топлива к воспламенению в результате сохранения теплоты, исключая излишние потери. Выполнение канавок на тороидальной части ротора улучшает процесс смесеобразования за счет сохранения топлива в канавках в виде пленки, возможности продувки сквозь эти канавки, захвата воздушным потоком испарившихся частиц топлива, их перемешивание в процессе движения в канавке, обеспечивая высокое качество смесеобразования.

Наличие форсунки с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника, обеспечивает нанесение топлива в виде пленки на переднюю часть ротора по ходу его вращения, обеспечивая короткий период задержки воспламенения (период индукции) и испарение топлива в парообразное состояние мельчайших однородных частиц топлива, удобное для эффективного смесеобразования.

Линейчатая рабочая поверхность выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - эллипсу, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини с соотношением Такое выполнение линейчатой рабочей поверхности обеспечивает при равных малых и больших осях всех трех вариантов ее выполнения разные объемы всасывания и расширения за счет различных радиусов кривизны направляющих: тороидально-цилиндрической рабочей поверхности, поверхностей, образованных по направляющим - овалу Кассини, эллипсу, а следовательно, двигатели с такими поверхностями будут иметь различные мощности, пропорциональные объемам всасывания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид двигателя с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью; на фиг. 2- разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - показан увеличенный вид фиг. 1; на фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б вида 1 фиг. 3; на фиг. 5 - показана схема роторного двигателя с линейчатой рабочей поверхностью, выполненной по образующей - овалу Кассини; на фиг. 6 - показана схема роторного двигателя с линейчатой рабочей поверхностью, выполненной по образующей - эллипсу; на фиг. 7 - показана развернутая индикаторная диаграмма сгорания топлива в координатах P -a; на фиг. 8 - показана свернутая индикаторная диаграмма совмещенных рабочих циклов в координатах P -V.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с линейчатой рабочей поверхностью 2, окна впуска 3 и выпуска 4, расположенные соответственно в секторе всасывания 5 и в секторе выпуска 6, ротор 7 с расположенными в пазах ползунами 8, шарнирно связанными с поршнями 9, форсунку 10, расположенную в секторе сжатия 11, с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника. В двигателе имеется свеча зажигания 12, расположенная в секторе расширения 13. Ротор 7 выполнен составным, тороидальная часть 14 которого с расположенными на ней канавками 15 соединена с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17. Рабочая камера 18 ограничена поверхностями двух ползунов 8 и расположена между поверхностью ротора 7 и линейчатой рабочей поверхностью 2 корпуса 1. Рабочая камера 18 разделена вертикальной линией, проходящей через центр ротора 7 на две части: левую 19 компрессорную камеру и правую 20 камеру сгорания. Линейчатая рабочая поверхность 2 выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру 21, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующими тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини 23 с соотношением где a - постоянная величина; c - расстояние от центра овала Каcсини до его фокусов.

Работу двигателя рассмотрим на примере рабочего цикла одной рабочей камеры 18, образованной между поверхностями ползунов 8, шарнирно связанных с поршнями 9, линейчатой рабочей поверхностью 2, выполненной в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру 21, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, корпуса 1 и тороидальной частью 14 ротора 7. При вращении ротора 7 по часовой стрелке в секторе всасывания 5 через впускное окно 3 в результате разряжения в рабочую камеру 18 поступает свежий воздух. При дальнейшем повороте ротора 7 рабочая камера 18 перемещается в сектор сжатия 11, где с помощью форсунки 10 впрыскивается на переднюю тороидальную часть 14 ротора 7 тонкая пленка топлива, представляющая собой всякий раз 100 % цикловой подачи топлива за период задержки воспламенения, т.е. фактор динамичности цикла поршневых дизельных двигателей), что обеспечивает мощный импульс от сгорания всей цикловой порции и высокую эффективность сгорания топлива. Завершается процесс сгорания всей цикловой порции после поворота рабочей камеры 18 относительно вертикальной линии на 10^o по часовой стрелке (см. фиг. 7), что обеспечивает сгорание топлива по изохоре (см. фиг. 8) с более совершенной динамикой сгорания по сравнению с существующими поршневыми дизельными двигателями. Тороидальная часть 14 ротора 7, соединенная с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17 и предварительно нагретая до температуры 480 - 500^oC, сохраняет ее для подготовки топлива за короткий период задержки воспламенения. Пленка топлива, нагреваясь от теплоты ротора 7 и от сжатого воздуха, испаряется. Вертикальная линия, проходящая через центр ротора 7, делит рабочую камеру 18 на две части: правую - камеру сгорания 20 и левую - компрессорную камеру 19, в которой сжимается воздух и осуществляется его подача через канавки 15, выполненные на тороидальной части 14 ротора 7. В результате такой продувки воздушный поток захватывает частицы испарившегося топлива, обеспечивая интенсивность испарения оставшейся пленки топлива, и образует, таким образом, активную рабочую смесь, подготовленную к воспламенению, но еще не воспламенившуюся, поступающую в камеру сгорания 20, где она воспламеняется с огромной скоростью с помощью вибрирующей в течение поворота ротора 7 от -5 до +10^o, искры, возникшей на электродах свечи 12 или калильного зажигания. Таким образом сгорает все топливо почти перед началом такта расширения (от 0 до 10^o относительно вертикальной линии, проходящей через центр ротора 7), при этом давление газов достигает максимальной величины, тепловыделение прекращено полностью и начинается осуществление рабочего хода или такта расширения в секторе расширения 13. В результате давления газов на выступающую поверхность правого ползуна 8 образуется крутящий момент, продолжающий вращать ротор 7 по часовой стрелке. Затем, после максимального расширения рабочая камера 18 перемещается в сектор выпуска 6 и при открытом выпускном окне 4 отработавшие газы удаляются в атмосферу. Так осуществляется рабочий дизельный цикл в одной из рабочих камер 18 дизельного роторного двигателя внутреннего сгорания. Такие же рабочие дизельные циклы осуществляются во всех рабочих камерах (от 4-х до 24 камер и более) за один оборот ротора 7.

Аналогичным образом работает двигатель внутреннего сгорания с линейчатой рабочей поверхностью, выполненный в виде поверхности, образованной движением части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини 23 с соотношением о

Формула изобретения

\ \\1 Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с линейчатой рабочей поверхностью, окна впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника, отличающийся тем, что в двигатель введена свеча зажигания, расположенная в секторе расширения, ротор выполнен составным, тороидальная часть которого с расположенными на ней канавками соединена с цилиндрической частью ротора через термоизолирующую прокладку, линейчатая рабочая поверхность выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части по окружности по направляющей - эллипсу, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Касcини с соотношением \\\6 \\\1 где a - постоянная величина; \\\4 c - расстояние от центра овала Кассини до его фокусов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8