Силовая установка роторного двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к силовым установкам, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано на автотранспортных средствах, тракторах, в авиации и др. Силовая установка ДВС состоит из статора, ротора, посаженного на валу. Внутри статора жестко закреплена профилированная направляющая с выступами и впадинами. В роторе радиально, попарно и параллельно друг другу размещены уплотнительные пластины с возможностью радиального перемещения в роторе и постоянного взаимодействия с выступами и впадинами профилированной направляющей. Уплотнительные пластины совместно с выступами, оснащенными уплотнителями, и торцевыми неподвижными дисками образуют рабочие камеры. Перепускные каналы выполнены в профилированной направляющей. На выходах перепускных каналов размещены обратные клапаны. Изобретение позволяет повысить КПД и мощность силовой установки. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к силовым установкам и может быть использовано на автотранспортных средствах, тракторах, в авиации и др.

Известна силовая установка, преимущественно роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания ДВС (патент ФРГ N 639473, F 01 C 11/00, 1979 /Фирма Ванкель Гмбх/). Известная установка содержит две рабочие камеры эпитрохоидного профиля с окнами распределения и свечами зажигания, смещенные одна относительно другой на угол 180^o, и размещенную между ними компрессорную камеру с основными перепускными каналами. Ротор-поршень треугольной формы соединен с валом с помощью зубчатых колес. Объемы камер, образуемых поверхностями ротора-поршня и стенками корпуса, последовательно изменяются. Здесь и протекают процессы впуска, сжатия и воспламенения топлива, расширения и выпуска отработавших газов.

Однако известная установка имеет ряд существенных недостатков: - сложность конструкции; - конструкция двигателя Ванкеля не позволяет добиться хорошего уплотнения ротора с камерами впуска, сжатия и рабочего хода; - при сгорании рабочей смеси в двигателе Ванкеля большая часть газов оказывает давление на ротор в нужном направлении, а менее 1/4 часть газов направляет ротор в обратном направлении, поэтому КПД такого двигателя не может быть высоким; - в двигателе Ванкеля, как и в поршневом двигателе, имеются мертвые точки; - за один оборот такой двигатель выполняет три рабочих хода, и изменить количество рабочих ходов конструктивно за один оборот невозможно.

Наиболее близким технологическим решением по конструктивному исполнению, взятым за прототип, принята силовая установка роторного двигателя внутреннего сгорания (патент Германии N 347163, кл. 46 a⁵, 2, 1920). Известная установка содержит статор с профилированной направляющей в виде замкнутой кривой переменного радиуса, ротор, уплотнительные пластины, установленные в роторе с возможностью радиального перемещения, взаимодействующие с выступами и впадинами профилированной направляющей и образующие вместе с неподвижными дисками рабочие камеры впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси, свечи зажигания, размещенные в статоре в начальных зонах камер впуска - воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, перепускные каналы.

Существенным недостатком в известном техническом решении, как и в вышеприведенном двигателе Ванкеля, является отсутствие достаточно хорошего уплотнения ротора с камерами впуска, сжатия и рабочего хода, в силу чего КПД такого двигателя не может быть достаточно высоким.

Целью изобретения является повышение КПД и мощности установки путем обеспечения возможности увеличения числа рабочих ходов за один оборот ротора, а также упрощение конструкции самой установки.

Сущность изобретения заключается в том, что силовая установка содержит статор с профилированной направляющей в виде замкнутой кривой переменного радиуса, ротор, уплотнительные пластины, установленные в роторе с возможностью радиального перемещения, взаимодействующие с выступами и впадинами профилированной направляющей и образующие вместе с неподвижными дисками рабочей камеры с зонами впуска и нагнетания, рабочие камеры впуска-воспламенения смеси и выпуска отработавших газов, всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси, свечи зажигания, размещенные в статоре в начальных зонах камер впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, перепускные каналы.

Отличительная особенность установки заключается в том, что последняя снабжена уплотнителями, размещенными на выступах профилированной направляющей, рабочие камеры впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси образованы уплотнителями, неподвижными дисками и уплотнительными пластинами, которые размещены в роторе, по меньшей мере, парно и параллельно между собой, а перепускные каналы выполнены в профилированной направляющей, на выходах которых размещены обратные клапаны.

Силовая установка ДВС состоит (см. чертеж) из статора 1, ротора 2, посаженного на валу 3. Внутри статора 1 жестко закреплена профилированная направляющая 4 с выступами 5 и впадинами 6. Статор 1 в свою очередь имеет циркуляционные водяные полости 7 для охлаждения двигателя. В роторе 2 радиально, попарно и параллельно друг другу размещены уплотнительные подпружиненные пластины 8 с возможностью радиального перемещения в роторе 2 и постоянного взаимодействия с выступами 5 и впадинами 6 профилированной направляющей 4. Уплотнительные пластины 8 совместно с выступами 5 оснащенными уплотнителями и торцевыми неподвижными дисками (на чертеже не приведены) образуют рабочие камеры - камеру 9 впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов (начала рабочего хода) и аналогичную камеру 10 (конца рабочего хода) и камеры 11-12 всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси. Перепускные каналы 13 выполнены в профилированной направляющей 4. На выходах 14 перепускных каналов 13 размещены обратные клапаны 15.

Статор 1 оснащен свечами зажигания 16, а также окнами всасывания 17 и выхода 18. В конце камер 11 - 12 размещены окна 19 входа в перепускные каналы 13.

Работает силовая установка ДВС следующим образом.

Уплотнительные пластины 8 ротора 2 находятся в начале рабочего хода камеры 9 впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов. В этот момент другие пластины 8 заканчивают сжатие топливной смеси в камере 12. Топливная смесь из камеры 12 через вход 19 перепускного канала 13 и клапана 15 попадает в камеру 10. Клапан 15 закрывается, подается искра от свечей зажигания 16. Это будет началом рабочего хода в камере 9. В это время пластины 8 ротора, пройдя уплотнитель корпуса с ротором, попадут в камеру 10 впуска-воспламенения топливной смеси, клапан 15 открывается и произойдет перепуск топливной смеси из камеры 12 в камеру 10. Это будет началом второго рабочего хода.

Таким образом, начало рабочего хода в камере 9 совпадает с концом рабочего хода в камере 10, обеспечивая непрерывность рабочих ходов в различных камерах впуска-воспламенения, исключая тем самым при работе двигателя мертвых точек.

Итак, уплотнительные пластины ротора, пройдя две камеры 9 - 10 впуска-воспламенения за один оборот ротора совершают 10 рабочих ходов.

Пример, при диаметре ротора 210 мм и длине пластин 100 мм двигатель будет способен развивать мощность до 1000 л.с., совершая за один оборот ротора 21 рабочий ход. Двигатель тихоходен. Максимальные обороты такого двигателя составят от 1000 до 1500 оборотов в минуту. Отличительной особенностью такого двигателя является то, что с увеличением диаметра ротора увеличивается количество рабочих ходов за один оборот ротора и, следовательно, это приводит к резкому увеличению его мощности.

Преимуществом предложенной силовой установки является: - обеспечение достаточно хорошего уплотнения ротора с камерами впуска, сжатия и рабочего хода; - в предложенном двигателе всю работу выполняют уплотнительные пластины - впуск, сжатие, рабочий ход, и, что очень важно - уплотнительные пластины начинают движение в корпусе ротора только тогда, когда будет наименьшее воздействие давления газа на них, что увеличивает долговечность пластин. К тому же для хорошей компрессии (как в поршневом двигателе кольца) их можно поставить по две-три пластины на каждое рабочее место.

Конструкция предложенного двигателя отличается простотой, высоким КПД и надежностью в работе. Силовая установка может с успехом применяться и как воздушный компрессор, и как водяной насос высокого давления большой производительности.

Формула изобретения

Силовая установка роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащая статор с профилированной направляющей в виде замкнутой кривой переменного радиуса, ротор, уплотнительные пластины, установленные в роторе с возможностью радиального перемещения, взаимодействующие с выступами и впадинами профилированной направляющей и образующие вместе с неподвижными дисками рабочие камеры с зонами впуска и нагнетания, рабочие камеры впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси, свечи зажигания, размещенные в статоре в начальных зонах камер впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, перепускные каналы, отличающаяся тем, что установка снабжена уплотнителями, размещенными на выступах профилированной направляющей, рабочие камеры впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси образованы уплотнителями, неподвижными дисками и уплотнительными пластинами, которые размещены в роторе по меньшей мере парно и параллельно между собой, а перепускные каналы выполнены в профилированной направляющей, на выходах которых размещены обратные клапаны.

РИСУНКИ

Рисунок 1