Роторный секторный двигатель

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным секторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить удельные показатели роторного секторного двигателя. Роторный секторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус-статор с полостью правильной цилиндрической формы, в котором на валу установлен диск ротора, при внешнем смесеобразовании жидкое топливо впрыскивается под давлением, или газовая рабочая смесь подается через газосмеситель. Корпус-статор и диск ротора двигателя разбиты на основные и заполняющие секторы, основные секторы состоят из заполняющих секторов, в основных секторах корпуса-статора выполнены впускные, выпускные и продувочные каналы и установлены свечи зажигания. Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов производится диском ротора при вращении. В заполняющих секторах основных секторов корпуса-статора и диска ротора выполнены элементы камер сгорания. При вращении, диск ротора и корпус-статор последовательно образуют камеры сгорания постоянной формы и постоянного объема, в которых протекают все рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания, причем во всех основных секторах одновременно. Полный оборот вала двигателя осуществляется при срабатывании количества камер сгорания на двигателе, равного произведению квадрата количества основных секторов, принятых на двигателе, на количество заполняющих секторов в основном секторе и на количество участвующих одновременно в цикле - рабочий ход - камер сгорания в основном секторе. Причем обеспечивается одновременно многократное приложение действующих сил в нескольких точках по окружности полости корпуса-статора и многократное участие в работе одних и тех же камер сгорания при одном обороте ротора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания без использования коленчатого вала, в которых используется работа импульса возгорания и расширения продуктов сгорания топлива, которые воспринимаются стенками герметичных камер сгорания на диске ротора вращения вала в полости корпуса-статора.

По способам смесеобразования двигатели делятся на двигатели с внешним смесеобразованием жидкого топлива в трубопроводе с последующим впрыскиванием насосом и газосмесителем при подаче горючей рабочей смеси газообразного топлива и воздуха через смеситель, и со смешанным смесеобразованием при использовании воздушно-пылеугольной смеси с газом. Подача окислителя с угольной пылью и метана через смеситель в дополнительную камеру сгорания в основном секторе двигателя производится под давлением селективно по отдельным каналам. Зажигание выполнено в виде электрических свечей.

Известные двигатели внутреннего сгорания, по способу передачи крутящего момента на вал двигателя, разделяются на двигатели с коленчатым валом и без коленчатого вала.

Известны поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых работа расширения продуктов сгорания топлива воспринимается в цилиндре поршнем и возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение при помощи механизма, включающего коленчатый вал. Это самый распространенный тип двигателя внутреннего сгорания в настоящее время.

Известны устройства двигателей внутреннего сгорания без использования коленчатого вала, в которых работа расширения продуктов сгорания воспринимается либо рабочими лопатками, либо камерами сгорания, закрепленными на дисках или барабанах вращения вала.

Конструкции двигателей внутреннего сгорания без использования коленчатого вала можно разделить на две конструкции. В первой - работа расширения продуктов сгорания воспринимается рабочими лопатками, закрепленными на дисках или барабанах вращения вала, у которых между краями лопастей и внутренними гранями полости корпуса статора остается зазор. Во второй - зазор между краями стенок камер сгорания и внутренней полостью проема в корпусе-статоре полностью перекрывается, и каждая камера сгорания в двигателе герметична. К первым относятся турбинные, газотурбинные и турбовинтовые двигатели, в которых работа расширения продуктов сгорания топлива воспринимается рабочими лопатками, закрепленными в дисках или барабанах вращения вала. Камеры сгорания непрерывного действия постоянной формы (ПФ) и постоянного объема (ПО) установлены непосредственно и неподвижно на статоре-корпусе двигателя. Такие двигатели в основном применяются в авиационных силовых установках.

Известны двигатели внутреннего сгорания без использования коленчатого вала - роторные двигатели внутреннего сгорания, в которых используется работа импульса возгорания и расширения продуктов сгорания топлива, которые воспринимаются стенками герметичных камер сгорания на диске ротора вращения вала, в полости корпуса-статора.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания Ф.Ванкеля (А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1981, стр.31). В корпусе-статоре двигателя сокрыта полость сложной конфигурации, с которой соприкасается ротор-поршень, профиль которой выполнен по эпитрохоиде. Трехгранный ротор-поршень установлен так, что он может вращаться на эксцентриковом валу, он соединен жестко с зубчатым колесом. Колесо взаимодействует с неподвижным колесом. Ротор-поршень с колесом обкатывается по неподвижному колесу. Грани его скользят по поверхности цилиндра, отсекая переменные объемы камер. Впрыск рабочей смеси осуществляется по входному каналу, воспламенение смеси производится от свечи зажигания. Выпуск отработанных газов производится через специальный выпускной канал. Вращаясь вокруг неподвижной шестерни по сложной кривой, ротор-поршень касается наружными поверхностями внутренних стенок корпуса-статора цилиндра. Для уплотнения камер сгорания на роторе-поршне в вершинах "треугольника", как представляется ротор-поршень в разрезе, устанавливаются уплотнительные пластинки, которые под действием центробежной силы прижимаются к корпусу. При вращении ротора-поршня объемы камер, образуемых между его поверхностями и стенками полости корпуса, последовательно изменяются. В этих камерах и протекают процессы впуска, сжатия и воспламенения топлива, расширения и выпуска отработанных газов. Открытие и закрытие впускного и выпускного каналов осуществляется самим ротором-поршнем. В двигателе за один оборот ротора-поршня протекают все рабочие процессы обычного четырехтактного двигателя, причем одновременно, но в разных рабочих камерах - три вспышки топлива, три рабочих хода, три выпуска отработанных газов, три впуска свежей порции горючего. Двигатель высокооборотный, компактен, легкий по весу. Основная причина его долгого освоения - проблема с уплотнением камер сгорания, сложность с герметичным перекрытием в полости статора. На одном валу сопрягаются только два таких двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором используются по нескольку раз одни и те же камеры сгорания для увеличения крутящего момента на валу двигателя (см. патент Франции № 2773846, опубл. 25.07.1999). На диске ротора двигателя установлены 3 камеры сгорания постоянной формы (ПФ) и постоянного объема (ПО). Подача топлива и окислителя в камеры сгорания производится путем впрыскивания их через полый вал и отверстия в дисках на полувалу двигателя. Таким же путем подается электроток на свечи зажигания, установленные в диске ротора в маленьких углублениях для воспламенения в камерах сгорания. В двигателе созданы условия подачи топлива с окислителем в камеры сгорания таким образом, что в процессе одного оборота вала двигателя (подача горючего, вспышка топлива, выхлоп) осуществляется дважды и в определенной последовательности в каждой камере сгорания. Синхронно подается электрический ток на свечи зажигания, и открываются окна в концентрических дугах для выдачи отработанных газов. За один оборот срабатывают 6 камер сгорания. Конструкция только удваивает работу камер сгорания в этом 3-камерном двигателе. Соединение нескольких таких двигателей в один агрегат на одном валу или диске ротора не показано.

Известен дисковый роторный двигатель с двумя горелками (см. патент ФРГ № 19525268, опубл. 16.01.1997). Горелки установлены по диагонали. Подача пламенной струи производится на диск ротора в камеры сгорания через полый вал двигателя и специальные каналы на роторе, удлиненные камеры. Подача топлива осуществляется через полый вал, по специальным каналам на диске ротора в камеры сгорания. Полученный эффект - привлечение к образованию вращательного момента на диске ротора за один оборот дважды от наличия количества камер сгорания на диске ротора. Из 12 камер сгорания на диске ротора участвуют в работе (или привлекаются в работу) 24 камеры сгорания за один оборот вала. То есть каждая камера сгорания дважды участвует в работе по передаче вращательного момента диску ротора за один оборот. Конструкция не предусматривает объединение нескольких таких двигателей на одном валу в единый агрегат.

Известна конструкция газовой турбины внутреннего сгорания (см. патент РФ № 2051284, опубл. 27.12.1995). В корпусе с патрубками для отвода отработанных газов установлен ротор с камерами сгорания. Ротор установлен на полом валу, внутри которого смонтирован с зазорами газораспределительный коллектор с подающими каналами для подачи газообразных компонентов топлива. Напротив каждой камеры сгорания в полом валу имеется сквозное отверстие для подачи компонентов топлива из подающих каналов в камеры сгорания. Камеры сгорания жестко закреплены на валу и выполнены в виде лопаток осевого компрессора. Патрубки отвода отработанных газов расположены в корпусе двигателя равномерно с угловым шагом, равным угловому шагу установленных на роторе корпусов камер сгорания. Электрические контакты системы зажигания размещены на патрубках отвода отработанных газов в торцах, соприкасающихся с торцами камер сгорания. Двигатель работает на смеси: водород, метан, кислород воздуха.

Вал двигателя крепится (или совмещается) к валу генератору тока.

Стартер приводит во вращение ротор турбины. При вращении каналы на валу совпадают с каналами для подачи газообразного топлива, топливо под давлением заполняет камеры сгорания. Далее совпадают каналы для подачи окислителя. Образуется гремучая смесь. Дальнейшее вращение вала перекрывает каналы подачи топлива, и в этот момент срабатывает электрический контакт системы зажигания. Поджигается гремучая смесь. Происходит хлопок. Под воздействием реактивных сил чередующихся хлопков происходит вращение турбины.

За один оборот диска ротора включаются в работу 4×4=16 камер сгорания. Но ни в описании, ни в формуле изобретения не сказано, как осуществляется герметизация камер сгорания. Впрыснутая доза горючего будет просачиваться из камер сгорания в нейтральные зоны, еще больше уйдет при входе в зону патрубков для отвода отработанных газов до полного "противостояния" камер и патрубков - до срабатывания электрического контакта, и оставшаяся часть топлива после срабатывания электрического контакта не "хлопнет".

Известен роторный секторный двигатель внутреннего сгорания (см. патент РФ № 2235895, опубл. 10.09.2004 - прототип), содержащий корпус-статор с полостью правильной цилиндрической формы, в которой на валу установлен диск ротора с камерами сгорания ПФ и ПО. На корпусе-статоре выполнены впускные, выпускные и продувочные каналы и установлены свечи зажигания. При внешнем смесеобразовании жидкое топливо впрыскивается под давлением, или газовая рабочая смесь подается через газосмеситель.

Корпус-статор и диск ротора двигателя разбиты на основные и заполняющие секторы. Основные секторы состоят из заполняющих секторов. На диске ротора в заполняющих секторах выполнены герметичные камеры сгорания. В основных секторах корпуса-статора выполнены впускные, выпускные и продувочные каналы и установлены свечи зажигания. Открытие и закрытие впускных, выпускных и продувочных каналов осуществляется диском ротора при своем вращении. Процессы в основных секторах протекают одновременно. Полный оборот вала осуществляется при срабатывании количества камер сгорания на диске ротора, равного квадрату количества основных секторов, умноженному на количество заполняющих секторов в основном секторе.

Как описание, так и формула роторного секторного двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ № 2235895 не полностью отражают все возможности двигателя при внесении в основной сектор дополнительных заполняющих секторов в роторный секторный двигатель и их влияние на работу двигателя. Не полностью раскрывают способ многократного привлечения одних и тех и же камер сгорания роторного секторного двигателя в работу. Не отражаются многочисленные значения приведенной формулы K=Cn2 (патент РФ № 2235895, описание, столб. 10 строка 27 сверху), где "n" - обозначение множественного количества основных секторов (групп конструкций). И в описании, и в формуле изобретения роторного секторного двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ № 2235895 отсутствуют упоминания о возможном увеличении количества заполняющих секторов в основном секторе двигателя и о том, какое влияние это окажет на изменения характеристики двигателя: на возможность применения новых видов топлива, увеличения привлечения одних и тех же камер сгорания для увеличения крутящего момента на вал двигателя при одинаковом количестве основных секторов на двигателе, на изменение технических характеристик двигателей.

Техническим результатом изобретения является устранение перечисленных недостатков и повышение удельных показателей роторных секторных двигателей.

Технический результат достигается благодаря роторному секторному двигателю внутреннего сгорания, содержащему корпус-статор с полостью правильной цилиндрической формы, в котором на валу установлен диск ротора, камеры сгорания постоянной формы и постоянного объема, при внешнем смесеобразовании жидкое топливо впрыскивается под давлением, или газовая рабочая смесь подается через газосмеситель, корпус-статор и диск ротора двигателя разбиты на основные и заполняющие секторы, основные секторы состоят из заполняющих секторов, в основных секторах корпуса-статора выполнены впускные, выпускные и продувочные каналы, и установлены свечи зажигания, открытие и закрытие впускных и выпускных каналов производится диском ротора при вращении. Согласно изобретению в заполняющих секторах основных секторов корпуса-статора и диска ротора выполнены элементы камер сгорания. При вращении диск ротора и корпус-статор последовательно образуют камеры сгорания постоянной формы и постоянного объема, в которых протекают все рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания, причем во всех основных секторах одновременно, полный оборот вала двигателя осуществляется при срабатывании количества камер сгорания на двигателе, равного произведению квадрата количества основных секторов, принятых на двигателе, на количество заполняющих секторов в основном секторе и на количество участвующих одновременно в цикле - рабочий ход - камер сгорания в основном секторе, причем обеспечивается одновременно многократное приложение действующих сил в нескольких точках по окружности полости корпуса-статора и многократное участие в работе одних и тех же камер сгорания при одном обороте ротора. Минимальное количество заполняющих секторов в основном секторе двигателя равно трем, а дополнительные заполняющие секторы устанавливаются до заполняющего сектора со свечой зажигания и между заполняющим сектором со свечой зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочным каналами. На одном прямолинейном валу единого агрегата размещаются несколько таких двигателей.

Возможны частные случаи выполнения двигателя.

«Вариант 1». Роторный секторный двигатель, у которого три основных сектора. В основном секторе - четыре заполняющих сектора, причем дополнительный заполняющий сектор с каналами для подачи компонентов горючего установлен до заполняющего сектора со свечей зажигания. Подсчитаем общее количество участвующих во вращении камер сгорания (К) такого роторного секторного двигателя с тремя основными секторами (К3), с четырьмя заполняющими секторами в основном секторе (), с одним дополнительным сектором, расположенным перед заполняющим сектором со свечей зажигания. По формуле (см. патент РФ № 2235895 в пояснительной записке, столбец 10, строка 27 сверху) K=n2C, где n - количество основных секторов в двигателе, С - минимальное количество заполняющих секторов в основном секторе двигателя. Принимаем обозначение нового дополнительного заполняющего сектора до заполняющего сектора со свечей зажигания буквой "а", тогда общее количество участвующих во вращении камер сгорания за один оборот составит камер сгорания. Формула в буквенном виде для варианта 1 имеет вид

Настоящая конструкция позволяет увеличить время подачи горючего в камеру сгорания, или подачу горючей смеси с разделением по компонентам, или то, и другое одновременно, что в свою очередь расширяет возможности применения в качестве горючего новые фракции, которые ранее не использовались в двигателях внутреннего сгорания - возможность использовать в роторных секторных двигателях воздушнопылеугольную смесь с метаном.

«Вариант 2». Роторный секторный двигатель типа К3(3+1); у которого три основных сектора (К3) и в основном секторе четыре заполняющих сектора, с одним дополнительным заполняющим сектором в основном секторе, установленным между заполняющим сектором со свечей зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочным каналами. В этом дополнительном заполняющем секторе отсутствуют каналы и свечи зажигания. Обозначим такой дополнительный заполняющий сектор через букву "в". Тогда соответственно запишем тип двигателя - Теперь при вспышке горючего в камере сгорания будет продолжаться рабочий ход во впереди идущей дополнительной камере сгорания. Одновременно работают две камеры сгорания в одном основном секторе двигателя. Общее количество камер сгорания, участвующих в одном обороте вала двигателя составит: - увеличится вдвое, по сравнению с результатом, полученным по формуле, приведенной в пояснительной записке патента России № 2235895, столб. 10, 27 строка сверху, К=n2·с, где значения "К", "n", "с" - соответствуют настоящему изложению. Формула для роторных секторных двигателей, у которых установлен дополнительный заполняющий сектор в основном секторе между заполняющим сектором со свечей зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочным каналами, имеет вид: где m - количество заполняющих секторов, участвующих непосредственно в процессе рабочий ход в основном секторе двигателя. Возможен и такой вариант, когда установлены два дополнительных заполняющих сектора - один впереди заполняющего сектора со свечей зажигания, другой - между заполняющими секторами со свечей зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочными каналами в одном основном секторе. Тогда по аналогии с вариантами 1 и 2 в таком двигателе количество участвующих камер сгорания при одном обороте можно определить по формуле:

Теперь можно через обозначения: охарактеризовать все роторные секторные двигатели внутреннего сгорания. Например: - роторный секторный двигатель с пятью основными секторами и с тремя заполняющими секторами в основном секторе, или - роторный секторный двигатель с шестью основными секторами и с четырьмя заполняющими секторами, с одним дополнительным заполняющим сектором, установленным между заполняющим сектором со свечей зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочным каналами в основном секторе двигателя.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

Фиг.1 - роторный секторный двигатель типа ,

фиг.2 - продольный разрез двигателя;

фиг.3 - роторный секторный двигатель типа ;

фиг.4 - роторный секторный двигатель типа ;

фиг.5 - роторный секторный двигатель типа

Описанные двигатели содержат корпус-статор 1 с полостью 2 правильной цилиндрической формы, в которой с минимальным зазором установлен на прямолинейном валу 3 диск 4 ротора с элементами камер сгорания 5 постоянной формы и постоянного объема.

На корпусе-статоре и на диске ротора установлены только элементы камер сгорания, которые на чертеже и при вращении диска ротора преобразуются в камеры сгорания, где протекают все процессы внутреннего сгорания: впрыск, воспламенение топлива, рабочий ход, выпуск отработанных газов.

На корпусе-статоре 1 выполнены впускные 6, выпускные 7 и продувочные 8 каналы и установлены свечи зажигания 9. При внешнем смесеобразовании жидкое топливо впрыскивается под давлением, или газовая, или воздушно-пылегазовая рабочие смеси подаются через газосмеситель или воздухопылегазосмеситель (не показаны). Корпус-статор и диск ротора поделены на основные секторы 10. На диске ротора в заполняющих секторах выполнены элементы герметичных камер сгорания 5. В каждом основном секторе 10 корпуса-статора 1 по заполняющим секторам выполнены впускные 6 и 6.1, выпускные 7 и продувочные каналы 8, а также установлены свечи зажигания 9. Причем процессы в заполняющих секторах и основных секторах протекают одновременно. Полный оборот вала осуществляется при срабатывании количества камер сгорания 5 на двигателе, равного произведению квадрата количества основных секторов на количество заполняющих секторов в основном секторе двигателя и на количество заполняющих секторов в основном секторе двигателя, участвующих непосредственно в процессе - рабочий ход. На диске 4 ротора по границам элементов камер сгорания 5 выполнены пазы 11 для установки в них уплотнительных пластин 12.

"Вариант 1". Роторный секторный двигатель типа фиг.1 и 2. На корпусе-статоре 1 выполнено девять впускных каналов - шесть для подачи одной части компонентов топлива 6, три - для подачи других компонентов горючего 6.1, три свечи зажигания 9, три выпускных 7 и три продувочных 8 канала, то есть в каждом основном секторе в одном заполняющем секторе выполнено по одному впускному 6 каналу, в другом заполняющем секторе - по одному впускному 6 и еще по одному дополнительному впускному каналу 6.1. По впускным 6 каналам подается один компонент топлива, по другому впускному 6.1 каналу подается другой компонент. В следующем заполняющем секторе установлена свеча зажигания 9, в последующем выполнены по одному выпускному каналу 7 с одним продувочным каналом 8, на диске ротора 4 выполнены элементы двенадцати камер сгорания 5.

Двигатель работает следующим образом. Стартер приводит во вращение диск ротора двигателя. Из элементов камер сгорания на диске ротора и корпуса-статора при вращении двигателя образуются камеры сгорания, в которых протекают все процессы двигателя внутреннего сгорания.

В положении диска 4 ротора, показанном на фиг.1 и 2, все двенадцать элементов камер сгорания 5 совпали с элементами камер сгорания на корпусе-статоре.

В камеры сгорания 5, находящиеся в районе впускных каналов 6, подаются компоненты топлива под высоким давлением. При повороте диска 4 ротора на величину заполняющего сектора камеры сгорания 5 занимают положение в районе впускных каналов 6 и 6.1. По впускному каналу 6 в камеры сгорания 5 продолжают поступать одни компоненты топлива, а через канал 6.1 поступает другой компонент. Далее камеры сгорания, заряженные готовой горючей смесью, перемещаются в район со свечой зажигания 9. Подается ток, смесь загорается, и ее горение создает крутящий момент, поворачивая вал двигателя 3. Происходит рабочий ход с выпуском отработанных газов из камер сгорания 5 через выпускные каналы 7 с продувкой остаточных газов сжатым воздухом через продувочные каналы 8. В остальных камерах сгорания 5 основного сектора 10 происходят одновременно и последовательно описанные процессы, то же и одновременно происходит и в других основных секторах 10 двигателя. Открытие и закрытие впускных 6 и 6.1, выпускных 7 и продувочных 8 каналов осуществляется самим диском 4 ротора при его вращении.

Конструкция по варианту 1 позволяет увеличить время на подачу горючего в камеру сгораний 5, или представляет возможность подачи горючей смеси с разделением по частям компонентов, или то, и другое вместе, что позволяет применять в качестве горючего новые фракции, которые ранее не применялись в двигателях внутреннего сгорания. Например, использование в роторном секторном двигателе смеси воздушно-угольной пыли и метана. Можно также привлекать новые виды горючего для двигателей внутреннего сгорания.

"Вариант 2". Роторный секторный двигатель типа ; () фиг.3. На корпусе-статоре 1 выполнены три впускных канала 6 для подачи рабочей смеси, установлены три свечи зажигания 9 и три выпускных канала 7 с тремя продувочными каналами 8. На диске ротора 4 выполнены элементы двенадцати камер сгорания 5, по границам элементов камер сгорания 5 выполнены пазы 11 для установки в них уплотнительных пластин 12.

Двигатель работает следующим образом. В положении диска 4 ротора, показанном на фиг.3, четыре элемента камер сгорания 5 совпали с элементами камер сгорания на корпусе-статоре в основном секторе 10. В камеры сгорания 5, находящиеся в районе впускных каналов 6, подается рабочая смесь под высоким давлением. При повороте диска 4 ротора на величину заполняющего сектора камеры сгорания занимают положение в районе свечи зажигания. На свечу зажигания подается ток. Рабочая смесь воспламеняется, действующие силы импульса вспышки смеси толкают передние стенки камер сгорания 5, и диск 4 ротора, получая крутящий момент, поворачивается, и камеры сгорания 5 подходят в районе следующего - третьего заполняющего сектора основного сектора 10. Там продукты сгорания смеси продолжают поворачивать диск ротора с камерами сгорания в четвертые заполняющие секторы, в которых отработанные газы по выпускному каналу 7 удаляются, и остаточная часть продувается сжатым воздухом.

В остальных камерах сгорания 5 основного сектора 10 происходят одновременно и последовательно описанные процессы, то же и одновременно происходит и в других основных секторах 10 двигателя.

Открытие и закрытие впускных 6, выпускных 7 и продувочных 8 каналов осуществляется самим диском 4 ротора при его вращении.

В роторном секторном двигателе по варианту 2 с моментом сил импульса воспламенение горючего в камере сгорания 5 диска 4 в районе установки свечи зажигания 9 накладывается рабочий ход в предыдущей камере сгорания 5. Количество участвующих камер сгорания в одном обороте вала двигателя увеличивается вдвое: камеры сгорания.

"Вариант 3". Роторный секторный двигатель типа фиг.4. На корпусе-статоре 1 выполнено четыре впускных канала 6 для подачи рабочей смеси, установлено четыре свечи зажигания 9 и четыре 7 выпускных и четыре продувочных канала 8. На диске ротора 4 выполнено двенадцать элементов камер сгорания 5, по границам элементов камер сгорания 5 выполнены пазы 11, в которых установлены уплотнительные пластины 12.

Двигатель работает следующим образом. В положении диска 4 ротора, показанном на фиг. 4, элементы камер сгорания 5 совпали с элементами камер сгорания на корпусе-статоре в основном секторе 10. При этом одна камера сгорания 5 находится в районе впускного канала 6.

В камеры сгорания 5, находящиеся в районе впускных каналов 6, подается рабочая смесь под высоким давлением. При повороте диска 4 ротора на величину заполняющего сектора камеры сгорания занимают положение в районе свечей зажигания. На свечи зажигания подается ток. Рабочая смесь воспламеняется, действующие силы импульса вспышки смеси толкают передние стенки камер сгорания 5 и диск 4 ротора, получая крутящий момент, поворачивается, и камера сгорания 5, поворачиваясь на прямолинейном валу, входит в район следующих - третьих заполняющих секторов основного сектора 10 с выпускными 7 каналами. Происходит выпуск отработанных газов из камер сгорания 5 через выпускные каналы 7. Остаточные газы продуваются сжатым воздухом, подаваемым в камеры 5 через продувочные каналы 8.

В остальных камерах сгорания 5 основного сектора 10 происходят одновременно и последовательно описанные процессы, то же и одновременно происходит и в других основных секторах 10 двигателя. Открытие и закрытие впускных 6, выпускных 7 и продувочных 8 каналов осуществляется самим диском 4 ротора при его вращении. Количество участвующих камер сгорания при одном обороте вала двигателя составит: камер сгорания.

Приведенные в вариантах 1-3 конструкции роторных секторных двигателей меняют свои качества как от количества основных секторов в двигателе, так и от количества заполняющих секторов в основном секторе двигателя и от размещения дополнительных заполняющих секторов в основном секторе.

Это позволило расширить ассортимент применяемого топлива для двигателей внутреннего сгорания, улучшить технические качества роторных секторных двигателей.

Роторные секторные двигатели обеспечивают приложение действующих сил одновременно в нескольких точках по периметрам окружностей корпусов-статоров и многократное привлечение в работу одних и тех же камер сгорания ПО и ПФ при одном обороте роторов для увеличения крутящего момента на валу двигателя внутреннего сгорания. Несколько таких роторных секторных двигателей размещаются на одном прямолинейном валу в единый агрегат.

Подробнее о работе роторных секторных двигателей внутреннего сгорания.

На фиг.3-5 обозначены элементы камер сгорания на двигателе: на диске ротора - 5.1.1 - первая цифра - название "камера сгорания"; последующая цифра - 1 - первый основной сектор, следующая цифра - 1 - первый заполняющий сектор. Прочтем обозначения: 1.1 - камера сгорания первого основного сектора первого заполняющего сектора и т.д.

На корпусе-статоре - элементы камер сгорания с впускными, выпускными, продувочными каналами и без каналов и со свечами зажигания.

Т.к. описывается работа камер сгорания, то цифра 5 не приводится в пояснении.

Проследим за работой первого основного сектора первого заполняющего сектора (заполняющие секторы на чертеже выделены пунктирными линиями) диска ротора роторного секторного двигателя типа фиг.1, 2 и 5. На фиг.5 представлена примерная работа одного первого основного сектора двигатели типа , где на оси ординат отложены градусы поворота диска ротора, по оси абсцисс усредненные слагающие действующих сил импульса возгорания и расширения горячих с высоким давлением газов на переднюю стенку камер сгорания ПФ и ПО, - обозначение оси: - "Р".

В позиции 0° камера сгорания 1.1 находится в корпусе-статоре в районе впускного 6 канала. В камеру продолжает поступать через открытое окно впускного канала один компонент рабочей смеси. На графике - стрелка вниз и отрезок с пологим (под давлением) подъемом.

Продолжая поворот, диск ротора перекрывает окно впуска 6 на корпусе-статоре. Давление горючей смеси не изменяется. Отрезок на графике горизонтальный. Дальнейший поворот диска ротора - открываются окна впускных каналов 6 и 6.1. По каналу 6 подается под давлением один компонент рабочей смеси (стрелка вниз на графике), а по каналу 6.1 - другой (стрелка с буквой "Г" - на графике), который смешивается с другими компонентами, образуя готовую рабочую смесь - на графике отрезок с небольшим подъемом. Поворот диска ротора и камеры сгорания 1.1 с готовой смесью - в районе свечи зажигания.

Подается ток. На графике стрелка - молния. Возгорание рабочей смеси - импульс вспышки. На графике - скачкообразное приложение действующих сил на переднюю стенку камеры сгорания - отрезок линии, резко устремленный вверх - рабочий ход, поворот диска ротора и на графике - отрезок линии с малым уклоном. Действующие силы на переднюю стенку убывают - затрата энергии на вращение диска ротора. При дальнейшем повороте ротора диск открывает окна выпускного канала 7 и продувочного 8. На графике - стрелка вверх - выпуск отработанных газов и двойная стрелка вниз - продув остатков газов сжатым воздухом. Конец рабочего хода на графике - кривая круто падает вниз до пересечения с осью ординат. Давление в камере сгорания 1.1 падает до атмосферного. Поворот ротора и диск перекрывает все окна. Камера сгорания 1.1 готова к приему новых порций компонентов рабочей смеси. Продолжая вращение, диск ротора открывает окно 6 впускного канала. В камеру 1.1 начинает поступать свежий заряд рабочей смеси. Диск ротора повернулся на величину одного основного сектора. Из графика работы видно, что за заполняющим сектором с камерой 1.1 с отставанием на величину одного заполняющего сектора этот же путь проходят последовательно камеры сгорания 1.2, 1.3, 1.4. Т.о. первый основной сектор проходит последующие два основных сектора (2 и 3), совершив полный оборот. Все те же операции в такой же последовательности (по графику) и одновременно с первым основным сектором проходят остальные два основных сектора двигателя.

Увеличение времени на подачу топлива в камеру сгорания - вынужденная мера, компоненты ожидаемого топлива, сильно отличающиеся от общепринятых, в том числе воздушно-пылеугольная смесь и метан, сильно отличающаяся своими физическими свойствами от используемого топлива. А ввод метана непосредственно перед входом заряженной смесью камеры сгорания в район свечи зажигания делает более однородной воздушно-пылеугольную смесь с метаном вовремя и в нужном месте.

На фиг.3 роторный секторный двигатель типа , элементы камер сгорания которого пронумерованы так же, как на двигателе типа , те же условные знаки. Проследим за работой первого основного сектора первого заполняющего сектора ротора в двигателе. На графике фиг.3 показана работа первого основного сектора двигателя. Обозначения осей координат, условных знаков то же, что на предыдущей фиг.5.

В позиции 0° камера сгорания 1.1 находится в корпусе-статоре в районе 6 впускного канала. В камеру сгорания продолжает поступать через открытое окно впускного канала 6 рабочая смесь. На графике показано - отрезок с малым подъемом, а вверху - стрелка вниз - поступление под давлением рабочей смеси. Продолжая движение, диск ротора перекрывает окно впускного 6 канала. Камера сгорания 1.1 заряжена рабочей смесью. На графике - отрезок горизонтальный. Поворот диска ротора - камера сгорания в районе корпуса-статора со свечей зажигания. При противостоянии камеры сгорания 1.1 со свечой зажигания на свечу подается ток. На графике - стрелка-молния. Вспышка рабочей смеси - импульс вспышки. На графике - скачкообразное приложение действующих сил на переднюю стенку камеры сгорания 1.1 - отрезок резко устремлен вверх - рабочий ход. Диск продолжает поворачиваться - на графике отрезок линии с малым уклоном до момента входа камеры сгорания в дополнительный заполняющий сектор. Из-за большой затраты кинетической энергии усилия сил уменьшаются. На графике прохождение камеры сгорания 1.1 дополнительного заполняющего сектора - со значительным убыванием приложенных сил - отрезок с уклоном до 45°. Поворот ротора - диск открывает выпускной 7 и продувочный канал 8. Отработанный газ (стрелка вверх) выходит с продувом сжатым воздухом - стрелка с двумя остриями вниз. Окончание рабочего хода. На графике отрезок кривой пересекает ординату. Давление в камере сгорания 1.1 падает до атмосферного. Поворот диска ротора и он закрывает каналы 7 и 8. Отрезок на графике - по оси ординат. Дальнейший поворот ротора и диск ротора открывает впускной канал 6. В камеру сгорания поступает рабочая смесь. Камера сгорания 1.1 прошла один основной сектор двигателя. За первым заполняющим сектором последовательно и одновременно проходят с отставанием на заполняющие секторы и все остальные камеры сгорания первого основного сектора. За первым основным сектором последовательно и одновременно проходят этот путь остальные два основных сектора. Из графика видно, что участвуют в работе одновременно по две камеры сгорания в каждом основном секторе двигателя. Это подтверждает ранее выведенную формулу для двигателя типа В буквенном виде: Отсюда - чем выше класс рабочей смеси, тем больше работы выполнит камера сгорания при прохождении дополнительного заполняющего сектора.

Рассмотрим работу двигателя типа Фиг.4.

Проследим за работой первого основного сектора двигателя первого заполняющего сектора 1.1. Заметим, обозначения осей координат, условные знаки все те же, что на фиг.5.

В позиции 0° камера сгорания 1.1 находится в корпусе-статоре в районе впускного 6 канала. В камеру сгорания продолжает поступать по впускному каналу 6 рабочая смесь. На графике показано - отрезок с малым подъемом, а выше, стрелка вниз, подача под давлением рабочей смеси. Продолжая движение, диск ротора перекрывает впускной 6 канал. Камера сгорания 1.1 заряжена рабочей смесью. На графике - горизонтальный отрезок. Поворот диска ротора - камера сгорания в районе со свечей зажигания. В противостоянии камеры сгорания 1.1 со свечей зажигания на свечу подается ток. На графике - стрелка молния. Вспышка рабочей смеси - импульс вспышки. На графике - скачок приложения действующих сил импульса на переднюю стенку камеры сгорания. На графике - отрезок почти под прямым углом направлен вверх - рабочий ход. Диск продолжает поворачиваться. На графике отрезок линии с малым уклоном. Поворот ротора и диск открывает выпускной 7 и продувочный 8 каналы. Отработанный газ выходит с продувом сжатым воздухом. На графике отрезок кривой встречает ось ординат и стрелка вверх - выпуск отработанных газов с продувом сжатым воздухом - стрелка с двумя остриями вниз. Окончание рабочего хода. Давление в камере сгорания 1.1 падает до атмосферного. Поворот ротора и диск перекрывает каналы 7 и 8. Отрезок на графике - по оси ординат. Следующий поворот ротора и диск ротора открывает впускной канал 6. В камеру сгорания поступает рабочая смесь. Камера сгорания 1.1 прошла один основной сектор двигателя. За первым заполняющим сектором последовательно с отставанием на заполняющий сектор и одновременно проходят этот путь остальные два заполняющих сектора первого основного сектора. За первым основным сектором последовательно и одновременно проходят этот путь остальные три основных сектора. Вал двигателя совершил полный оборот.

У рассмотренных типов двигателей на фиг. 1-5 на дисках роторов одно и то же количество элементов камер сгорания - 12, а двигатели - разные.

Роторный секторный двигатель типа - когда одновременно установлены в основных секторах двигателя - дополнительный заполняющий сектор с впускным(и) каналом(и) впереди заполняющего сектора со свечой зажигания и - между заполняющими секторами со свечой зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочным каналами, количество участвующих в работе камер сгорания при одном полном обороте вала определяется по формуле:

И работает такого типа двигатель в первой половине основного сектора до заполняющего сектора со свечой зажигания как роторный секторный двигатель типа , далее - заполняющий сектор со свечой зажигания, и до заполняющего сектора с выпускными и продувочными каналами как роторный секторный двигатель типа .

1. Роторный секторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус-статор с полостью правильной цилиндрической формы, в котором на валу установлен диск ротора, камеры сгорания постоянной формы и постоянного объема, при внешнем смесеобразовании жидкое топливо впрыскивается под давлением или газовая рабочая смесь подается через газосмеситель, корпус-статор и диск ротора двигателя разбиты на основные и заполняющие секторы, основные секторы состоят из заполняющих секторов, в основных секторах корпуса-статора выполнены впускные, выпускные и продувочные каналы и установлены свечи зажигания, открытие и закрытие впускных и выпускных каналов производится диском ротора при вращении, отличающийся тем, что в заполняющих секторах основных секторов корпуса-статора и диска ротора выполнены элементы камер сгорания и что при вращении диск ротора и корпус-статор последовательно образуют камеры сгорания постоянной формы и постоянного объема, в которых протекают все рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания, причем во всех основных секторах одновременно, полный оборот вала двигателя осуществляется при срабатывании количества камер сгорания на двигателе, равного произведению квадрата количества основных секторов, принятых на двигателе, на количество заполняющих секторов в основном секторе и на количество участвующих одновременно в цикле - рабочий ход - камер сгорания в основном секторе, причем обеспечивается одновременно многократное приложение действующих сил в нескольких точках по окружности полости корпуса-статора и многократное участие в работе одних и тех же камер сгорания при одном обороте ротора.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что минимальное количество заполняющих секторов в основном секторе двигателя равно трем, а дополнительные заполняющие секторы устанавливаются до заполняющего сектора со свечой зажигания и между заполняющим сектором со свечой зажигания и заполняющим сектором с выпускным и продувочным каналами.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на одном прямолинейном валу единого агрегата размещаются несколько таких двигателей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям со сгоранием при постоянном объеме. .

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве газотурбинного двигателя (ГТД) и газотурбинной установки. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным импульсным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидравлических передачах для преобразования энергии текучей среды в механическую энергию выходного звена.

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к газотурбинным двигателям периодического горения. .

Изобретение относится к области турбостроения и позволяет повысить экономичность. .

Изобретение относится к машиностроению

Изобретение относится к машиностроению

Изобретение относится к двигателестроению

Изобретение относится к двигателестроению

Изобретение относится к камерам сгорания с постоянным объемом сгорания топлива и может быть использовано в двигателестроении, в частности в воздушно-реактивных двигателях, преимущественно пульсирующих

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в качестве источника электроэнергии как непосредственно, так и в составе приводов различных транспортных средств

Газотурбинный двигатель с пульсирующей работой содержит симметрично расположенные камеры сгорания с окнами входа и выхода над ними, прилегающие к торцу диска ротора. Диск ротора выполнен по окружности против открытых окон камер глухой стороной, впадиной с лопатками турбины, продувочным окном и каналом сообщении, В диске имеются сквозные окна, а с противоположной стороны к нему прилегают выхлопные патрубки. Изобретение направлено на повышение надежности. 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным секторным двигателям внутреннего сгорания

Наверх