Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям. Изобретение позволяет снизить токсичность, расход топлива и неравномерность вращения эксцентрикового вала роторно-поршневого двигателя преимущественно на холостом ходу и близких к нему режимах. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, рабочий объем которого образован эпитрохоидной поверхностью статора, двумя боковыми крышками и ротором с трехгранной поверхностью, выемкой на каждой грани и ребром в каждой выемке имеет свечу зажигания с одним электродом, установленную на малой оси эпитрохоиды. Вторым электродом являются ребра в камере сгорания ротора. Ребро начинается от передней кромки выемки и заканчивается за осью симметрии ротора в сторону задней кромки выемки. Верхняя часть ребра имеет зубцы. Зубцы могут быть выполнены заостренными к вершине. Кривая, огибающая вершины зубцов при проецировании ее на плоскость вращения ротора, не совпадает с гранью ротора. Свеча установлена таким образом, что ее центральный электрод утоплен на величину, превышающую удлинение электрода от нагрева. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания типа "Ванкель".

Известны роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания, см., например, патент США 3739753 от 15.04.71 г., рабочий объем которых образован двухполостной эпитрохоидной поверхностью статора и двумя боковыми крышками, герметично прикрепленными к статору. Эпитрохоидная поверхность имеет две взаимно перпендикулярные оси симметрии, называемые большой и малой осями.

В подшипниках боковых крышек установлен эксцентриковый вал. На эксцентрике вала установлен ротор, имеющий трехгранную периферийную поверхность, синхронизирующую шестерню на торце, которая при вращении ротора на эксцентрике обкатывается по неподвижной шестерне, установленной соосно с подшипниками в одной из боковых крышек.

В пересечении граней ротора образуются три вершины ротора. Ротор совершает сложное движение, которое складывается из вращения ротора на эксцентрике эксцентрикового вала и вращения эксцентрика относительно коренных опор эксцентрикового вала. При этом три объема, образованные между статором, ротором и боковыми крышками, последовательно изменяются от минимального до максимального значения, а вершины ротора движутся по эпитрохоидной поверхности статора.

Для герметизации камер в вершинах ротора установлены радиальные уплотнения, а на торцах ротора - торцевые уплотнения. В этих камерах переменного объема последовательно происходят такты всасывания горючей смеси, сжатия, сгорания и выпуска. Для обеспечения оптимального сгорания горючей смеси в каждой грани ротора выполнено по выемке.

В статоре на малой оси эпитрохоиды установлена свеча зажигания, поджигающая горючую смесь. Свеча зажигания имеет только центральный электрод, а вторым массовым электродом является бобышка в выемке ротора.

Недостатком этой конструкции двигателя является невозможность изменения как угла опережения зажигания, так и межэлектродного зазора в зависимости от режима работы двигателя.

Один из этих недостатков устранен в двигателе, приведенном в патенте США 3793996, кл. F 02 B 53/12, от 26.02.1974 г. и принятом в качестве прототипа.

По данному техническому решению массовый электрод в камере сгорания может быть выполнен либо в виде одного ребра, проходящего от передней (по направлению вращения) к задней кромке выемки, либо из двух ребер, установленных друг за другом, причем переднее ребро примыкает к передней кромке выемки в роторе, а заднее - к задней кромке выемки в роторе. Линия, образующая вершину ребра, при проецировании ее на плоскость вращения ротора совпадает с гранью ротора.

Свеча зажигания не имеет массового электрода и установлена в статоре на малой оси эпитрохоиды таким образом, что ее центральный электрод выходит на эпитрохоидную поверхность. При вращении ротора радиальное уплотнение скользит по эпитрохоидной поверхности и счищает образующийся на электроде нагар, который приводит к пропускам зажигания на холостом ходу и частичных нагрузках. Данная конструкция позволяет изменять угол опережения зажигания, так как ребро находится напротив центрального электрода свечи в широком диапазоне углов поворота ротора.

Однако она не позволяет изменять межэлектродный зазор одновременно с изменением угла опережения зажигания. Кроме того, массивное ребро в камере сгорания, служащее массовым электродом, медленно прогревается при запуске и покрывается нагаром. При длительной работе двигателя на частичных нагрузках и холостом ходу ребро не прогревается до температуры, необходимой для его самоочищения от нагара, что приводит к пропускам зажигания. Следствием чего является увеличение расхода топлива, выбросов токсичных веществ и неравномерность вращения эксцентрикового вала.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение токсичности, расхода топлива и неравномерности вращения эксцентрикового вала роторно-поршневого двигателя преимущественно на холостом ходу и близких к нему режимах.

Указанная цель достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, рабочий объем которого образован эпитрохоидной поверхностью статора, двумя боковыми крышками и ротором с трехгранной поверхностью, выемкой на каждой грани и ребром в каждой выемке и имеющего свечу зажигания с одним электродом, установленную на малой оси эпитрохоиды, а вторым электродом являются ребра в камере сгорания ротора, согласно изобретению ребро начинается от передней кромки выемки и заканчивается за осью симметрии ротора в сторону задней кромки выемки, верхняя часть ребра имеет зубцы, причем зубцы могут быть выполнены заостренными к вершине и кривая, огибающая вершины зубцов при проецировании ее на плоскость вращения ротора, не совпадает с гранью ротора, а свеча установлена таким образом, что ее центральный электрод утоплен на величину, превышающую удлинение электрода от нагрева.

Более подробно сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез роторно-поршневого двигателя. На фиг.2 изображен разрез камеры сгорания со свечой зажигания. На фиг.3 изображен вид сверху на камеру сгорания.

Роторно-поршневой двигатель имеет статор 1 с внутренней эпитрохоидной поверхностью 2, имеющей большую 3 и малую 4 оси симметрии. К статору прикреплены боковые крышки 5 с установленным в них эксцентриковым валом 6 с эксцентриком 7. На эксцентрике установлен ротор 8 с синхронизирующей шестерней 9, входящей в зацепление с неподвижной шестерней 10, установленной в одной из боковых крышек. Между ротором и эпитрохоидной поверхностью статора образованы камеры переменного объема 11, 12 и 13. Для подачи рабочей смеси в боковых крышках выполнены впускные каналы 14, а для выпуска отработавших газов выполнен выпускной канал 15.

На каждой из трех граней ротора имеется выемка 16 с передней 17 и задней 18 кромками. От передней кромки выемки в сторону задней выполнено ребро 19. Высота ребра не везде совпадает с контуром грани ротора. Около оси симметрии ротора высота ребра совпадает с гранью ротора, а у передней кромки выемки ребро ниже грани и, соответственно, при вращении ротора будет изменяться зазор между ребром 19 и электродом 20 свечи 21. На ребре выполнены зубцы 22. В поперечном сечении зубцы имеют форму усеченной пирамиды со скругленными кромками.

Электрод 20 свечи 21 утоплен от эпитрохоидной поверхности на величину 1.

Работа устройства происходит следующим образом. При вращении ротора 8 на эксцентриковом валу 6 происходит последовательное изменение объема в камерах 11, 12 и 13 и одновременное всасывание горючей смеси через канал 14 в камеру 11, сжатие, поджигание и сгорание в камере 12, расширение и выпуск в камере 13 через канал 15.

Поджигание горючей смеси производится электрической искрой, проскакивающей между свечой зажигания 21 и зубцами 22 на ребре 19 ротора 8.

Поскольку ребро выполнено неодинаковой высоты, то при изменении угла опережения зажигания изменяется межэлектродный зазор: при малых углах опережения зажигания зазор минимален, а при больших - зазор максимален. Увеличенный зазор способствует устойчивому воспламенению на холостом ходу и частичных нагрузках. Минимальный зазор используется при максимальной нагрузке и выбран из условия обеспечения пробивных напряжений. Кроме того, ребро выполнено не сплошным, а с зубцами, каждый из которых имеет небольшую массу и затрудненный теплоотвод. Зубцы быстрее прогреваются при запуске и прогреве двигателя по сравнению со сплошным ребром, сохраняют высокую температуру, достаточную для самоочищения от нагара, при работе на холостом ходу и на частичных нагрузках. Увеличенный зазор и наличие зубцов на ребре обеспечивают устойчивое воспламенение горючей смеси без пропусков зажигания.

По предлагаемому изобретению изготовлены опытные образцы двигателей, на которых подтверждено отсутствие пропусков зажигания снятием индикаторных диаграмм. На этих же образцах двигателей получено снижение выбросов углеводородов на минимальных оборотах холостого хода до 30%. Испытания двигателя в составе автомобиля ВАЗ-21093 показали также снижение расхода топлива на всех исследованных скоростных режимах.

Формула изобретения

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, рабочий объем которого образован эпитрохоидной поверхностью статора, двумя боковыми крышками и ротором с трехгранной поверхностью, выемкой на каждой грани и ребром в каждой выемке, и имеющий свечу зажигания с одним электродом, установленную на малой оси эпитрохоиды, а вторым электродом являются ребра в камере сгорания ротора, отличающийся тем, что ребро начинается от передней кромки выемки и заканчивается за осью симметрии ротора в сторону задней кромки выемки, верхняя часть ребра имеет зубцы, причем зубцы могут быть выполнены заостренными к вершине, и кривая, огибающая вершины зубцов, при проецировании ее на плоскость вращения ротора не совпадает с гранью ротора, а свеча установлена таким образом, что ее центральный электрод утоплен на величину, превышающую удлинение электрода от нагрева.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3