Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве привода в различных машинах, стационарных и передвижных энергетических установках в автомобильной, тракторной, электроэнергетической и других отраслях промышленности, связанных с изготовлением и эксплуатацией различных транспортных средств и силовых установок. Изобретение позволяет создать двигатель с наиболее высоким КПД при одновременном упрощении его конструкции и повышении экономичности его изготовления. В роторном двигателе, содержащем корпус, ротор выполнен в виде смонтированного на валу соосно с внутренней поверхностью корпуса одного цилиндрического тела осевого вращения с двумя плавно соединенными, диаметрально противоположными выступами на боковой его поверхности, радиально перемещающиеся шиберные заслонки, расположенные в радиальных направляющих корпуса по окружности таким образом, что первая заслонка, являющаяся задней стенкой камеры впуска, расположена между выпускным и впускным каналами, вторая находится за первой по ходу вращения ротора на угловое смещение от впускного канала, равное центральному углу дуги, описывающей выступ на роторе, и непосредственно за впускным отверстием перепускного канала, а третья заслонка, являющаяся задней стенкой камеры расширения, находится перед первой на угловое смещение, также равное центральному углу дуги, описывающей выступ на роторе, при этом источник воспламенения расположен в камере сгорания, снабженной впускным клапаном и соединенной с полостью в корпусе окном, открывающимся на начальном участке камеры расширения, а перепускной канал, соединенный с впускным клапаном, выполнен в виде самостоятельного элемента вне корпуса. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкции двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве привода различных машин, стационарных и передвижных энергетических установок, в автомобильной, тракторной, электроэнергетической и других отраслях промышленности, связанных с изготовлением и эксплуатацией различных транспортных средств и силовых установок.

Известна конструкция роторного двигателя внутреннего сгорания (патент РФ N 2008468, МКИ F 02 B 53/00, 1989 г.), содержащая полый корпус с впускным и выпускным каналами, камеру сгорания с перепускными каналами, цилиндрический ротор с поршнями, переднюю и заднюю стенки и три разделительные заслонки, взаимодействующие с ротором и выполненные в виде золотникового клапана с возможностью перекрытия впускного канала.

Недостатком данной конструкции является то, что функциональными заслонками, обеспечивающими всасывание и сжатие горючей смеси, являются только две. Третья заслонка в это время поднята и опускается до контакта с ротором по завершении сжатия, после чего образует заднюю стенку расширителя. В силу этого лишь после прохождения камеры сгорания выступом ротора горючая смесь вытесняется через отверстие и распылительные форсунки камеры сгорания, выполненные в корпусе. Таким образом, поджигается не максимально сжатая смесь, а постепенно подаваемая "вдогонку" за удаляющимся по окружности выступом ротора - передней стенкой расширителя, находящейся уже в зоне пониженного давления. Это приводит к снижению КПД двигателя.

В качестве прототипа выбран роторный двигатель внутреннего сгорания (патент РФ N 2056512, МКИ F 02 B 53/00, 1994 г.), который содержит корпус с полостью, разделенной поперечной перегородкой на секции впуска-сжатия и расширения-выпуска, соединенные между собой перепускным каналом и в каждой из которых заключена одна из двух цилиндрических частей ротора, соединенных общей осью. Ротор установлен на валу с возможностью вращения и образует вокруг себя рабочую полость, разделяемую зоной сопряжения окружности ротора и корпуса, и поршнем, выдвигающимся из тела ротора и сопрягаемым со стенками рабочей полости, на камеры переменного объема соответственно для впуска, сжатия, расширения и выпуска с начальными и конечными участками. В корпусе двигателя выполнены отверстия для впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов.

К недостаткам данного двигателя можно отнести то, что в нем при наличии одинаковых по форме частей ротора, расположенных в разделенных перегородкой секциях и рабочих пазухах, выполненных в своих секциях практически диаметрально противоположными, горючая смесь, сжимаемая посредством заслонки-поршня в одной пазухе, поступает в другую рабочую пазуху при увеличении объема последней, в силу чего снижается степень сжатия смеси и эффективность рабочего такта двигателя по сравнению с таковыми в компрессионных двигателях. Другим недостатком этого двигателя является форма выполнения заслонки-поршня и его размещение в роторе: в силу изменения угла наклона относительно эксцентрично выполненной рабочей поверхности пазухи это приводит к необходимости выполнения уплотняющей поверхности в виде полусферы, что не обеспечивает надежность уплотнения и, кроме того, исключает возможность создания высокооборотных двигателей. Отмеченные недостатки двигателя, равно как и невысокая технологичность, существенно сужают область его использования в случае практической реализации патента.

Технической задачей изобретения является создание роторного двигателя внутреннего сгорания с наиболее высоким КПД при одновременном упрощении его конструкции и повышение экономичности его изготовления.

Решение поставленной задачи достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выполненными в нем каналами для впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов, источником воспламенения горючей смеси и цилиндрической полостью, включающей секцию впуска-сжатия и секцию расширения-выпуска, которые сообщены между собой перепускным каналом, ротор, установленный в полости с возможностью вращения и поверхностного контакта своих торцевых цилиндрических поверхностей с сопряженными с ними рабочими поверхностями секций полости, радиально перемещающиеся перегородки, кинематически связанные с устройством поджатия и образующие камеры переменного объема соответственно для впуска, сжатия, расширения и выпуска с начальными и конечными участками, периодически сообщающимися между собой, имеет следующие конструктивные отличия: ротор выполнен в виде смонтированного на валу соосно с внутренней поверхностью корпуса одного цилиндрического тела осевого вращения с двумя плавно соединенными диаметрально противоположными выступами на боковой его поверхности, а радиально перемещающиеся шиберные заслонки, расположенные в радиальных направляющих корпуса по окружности, размещены таким образом, что первая заслонка, являющаяся задней стенкой камеры впуска, расположена между выпускным и впускным каналами, вторая находится за первой по ходу вращения ротора на угловое смещение от впускного канала, равное центральному углу дуги, описывающей выступ на роторе, и непосредственно за впускным отверстием перепускного канала, а третья заслонка, являющаяся задней стенкой камеры расширения, находится перед первой на угловое смещение, также равное центральному углу дуги, описывающей выступ на роторе, при этом источник воспламенения расположен в камере сгорания, снабженной впускным клапаном и соединенной с полостью в корпусе окном, открывающимся на начальном участке камеры расширения, а перепускной канал, соединенный с впускным клапаном, выполнен в виде самостоятельного элемента вне корпуса.

Наличие конструктивных отличий в предлагаемом роторном двигателе внутреннего сгорания указывает на соответствие его критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, соответствующие заявляемому техническому решению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен роторный двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе; на фиг. 2-4 - кинематическая схема двигателя, когда ротор делает полный оборот.

Внутри корпуса 1 (фиг. 1) в двигателе внутреннего сгорания заключен ротор 2, выполненный в виде смонтированного на валу 3 соосно с внутренней поверхностью 4 корпуса 1, одного цилиндрического тела вращения с двумя плавно соединенными диаметрально противоположными выступами 5 на боковой его поверхности, образующие по обе стороны ротора 2 пазухи-камеры переменного объема 6, соответствующие полости в секциях впуска-сжатия и расширения-выпуска, образуемые путем герметичного разделения полости в корпусе противолежащими секторами зоны поверхностного контакта цилиндрической поверхности ротора с сопряженной с ней рабочей поверхностью 4 полости и тремя шиберными заслонками 7, 8, 9, установленными в направляющих корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного движения таким образом, что одна заслонка 7 разделяет всасывающий 10 и выводной 11 каналы, выполненные в корпусе двигателя, вторая, компрессионная заслонка 8, расположенная за первой 7 по ходу вращения ротора на расстоянии углового смещения от впускного канала, равное центральному углу, описывающему выступ 5 на роторе 2, и непосредственно за впускным отверстием 12 перепускного канала 13, выполненного в виде самостоятельного элемента вне корпуса, а третья заслонка 9 является задней стенкой камеры расширения и находится перед первой на угловое смещения от нее, также равное центральному углу, описываемому выступ 5 на роторе. Камера сгорания 14 с источником воспламенения 15, выполненная в корпусе двигателя, снабжена впускным клапаном 16 и соединена с полостью в корпусе окном, открывающимся на начальном участке камеры расширения секции расширения-впуска.

Описанный роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При вращении ротора 2 (фиг. 2) с двумя диаметрально противоположными выступами, образующими по обе его стороны пазухи-камеры 6, имеющие начало и конец, ограниченные герметично разделяющими рабочую полость в корпусе 1 противолежащими секторами зоны поверхностного контакта цилиндрической поверхности ротора 2 с сопряженной с ней рабочей поверхностью полости 4, а также камеры переменного объема как части пазухи-камеры 6, составляющие полости в секциях впуска-сжатия и расширения-выпуска посредством трех шиберных заслонок 7, 8, 9, установленных в направляющих в корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного движения, каждая из рабочих камер-пазух 6 перемещается под плотно прилегающими к поверхности ротора 2 шиберными заслонками 7, 8, 9. При этом в образуемых ими пазухах-камерах 6 переменного объема осуществляются соответствующие такты рабочего цикла, например, в открывающейся за шиберной заслонкой 7 образуется разрежение, благодаря которому в камеру, находящуюся в секции впуска-сжатия (до шибера 7), всасывается рабочая смесь из карбюратора по всасывающему каналу 10 (фиг. 2). Перемещаясь в корпусе по направлению движения ротора 2, камера 6 с рабочей смесью выходит за пределы заслонки 7, а расположенная за камерой полномерная цилиндрическая часть ротора 2 перекрывает впускной канал 10. В этот момент начало камеры подходит под компрессионную заслонку 8 (фиг. 3, 4) и перемещающаяся в ней горючая смесь начинает сжиматься в постепенно уменьшающемся объеме части камеры сжатия, находящейся перед заслонкой 8. При этом сжимаемая смесь поступает вo впускное отверстие 12 (фиг. 4) перепускного канала 13 (фиг. 4) и по нему поступает в камеру сгорания 14 (фиг. 3) до подхода начального участка этой же рабочей камеры 6 (фиг. 2), перекрывающейся до этого момента уплотнительной (полномерной) частью ротора. Окончание сжатия горючей смеси в рабочей камере и полного перепуска сжатой смеси в камеру сгорания совпадаeт с перекрытием перепускного канала 13 (фиг. 2) торцевой частью тела ротора 2 (фиг. 2, 3) и выходом начала камеры 6 (фиг. 2) под камеру сгорания 14 за пределами шиберной заслонки 9 (фиг. 2), а также моментом поджога смеси от запальной свечи 15 (фиг. 1). Создаваемое при горении смеси давление приводит во вращение ротор 2, вводя двигатель в рабочий режим. С учетом большого (до 85-90^o) угла горения рабочая смесь сгорает полностью и мягко выбрасывается в выводной канал 11 (фиг. 1, 4). Дальнейшее перемещение (по направлению движения ротора) этой же и противолежащей рабочей камеры приводит к повторению этапов и непрерывной работе двигателя.

Таким образом, описанная конструкция роторного двигателя внутреннего сгорания, а именно определенное расположение трех шиберных заслонок при одном источнике воспламенения, позволяет создать самозасасывающий одноконтурный четырехтактный роторный двигатель внутреннего сгорания с высокими параметрами по мощности и КПД при весьма малой его массе. Двигатель конструктивно не сложен и высокотехнологичен.

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выполненными в нем каналами для впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов, источником воспламенения горючей смеси и цилиндрической полостью, включающей секцию впуска-сжатия и секцию расширения-выпуска, которые сообщены между собой перепускным каналом, ротор, установленный в полости с возможностью вращения и поверхностного контакта своих торцевых цилиндрических поверхностей с сопряженными с ними рабочими поверхностями секций, радиально-перемещающиеся перегородки, кинематически связанные с устройством поджатия и образующие камеры переменного объема соответственно для впуска, сжатия, расширения и выпуска с начальными и конечными участками, периодически сообщающимися между собой, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде смонтированного на валу соосно с внутренней поверхностью корпуса одного цилиндрического тела осевого вращения с двумя плавно соединенными, диаметрально противоположными выступами на боковой его поверхности, радиально перемещающиеся шиберные заслонки расположены в радиальных направляющих корпуса по окружности таким образом, что первая заслонка, являющаяся задней стенкой камеры впуска, расположена между выпускным и впускным каналами, вторая находится за первой по ходу вращения ротора на угловое смещение от впускного канала, равное центральному углу дуги, описывающей выступ на роторе, и непосредственно за впускным отверстием перепускного канала, а третья заслонка, являющаяся задней стенкой камеры расширения, находится перед первой на угловое смещение, также равное центральному углу дуги, описывающей выступ на роторе, при этом источник воспламенения расположен в камере сгорания, снабженной впускным клапаном и соединенной с полостью в корпусе окном, открывающимся на начальном участке камеры расширения, а перепускной канал, соединенный с впускным клапаном, выполнен в виде самостоятельного элемента вне корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4