Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания



Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 


Владельцы патента RU 2598967:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочим кольцом, рабочими полостями и камерами сгорания, фиксирующий механизм и свечи зажигания. В рабочих полостях параллельно на валу двигателя установлены ротор компрессора и ротор турбины. Обе камеры сгорания, разделенные перегородкой, имеют прямоугольное или эллипсовидное сечение и размещены в корпусе, выполненном в виде сегмента. Сегмент вписан в габариты наиболее широкой части рабочего кольца и жестко закреплен в нем. Газораспределительный механизм выполнен в виде верхней и нижней подпружиненных газораспределительных пластин, имеющих перепускные окна. Верхняя газораспределительная пластина снабжена центральным выступом, контактирующим с перегородкой в ее пределах. Газораспределительные пластины установлены в пазах корпуса камер сгорания с возможностью возвратно-поступательного перемещения в своих пазах, поочередного совмещения с впускным и выпускными сквозными элементами и с камерами сгорания. Сквозные элементы выполнены в виде каналов в корпусе камер сгорания. Фиксирующий механизм позволяет установить газораспределительные пластины в заданном положении. Техническим результатом является повышение эффективности двигателя. 5 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, а именно к двигателям турбокомпрессорного типа.

Предложенный роторно-поршневой двигатель обладает свойством газовой турбины, так как снабжен компрессором, камерой сгорания и турбиной, а по принципу действия является поршневым двигателем внутреннего сгорания с четырьмя тактами работы: впуском, сжатием, рабочим ходом и выпуском.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых установлены вращающиеся ротор компрессора и ротор турбины, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, в роторе компрессора, с большим диаметром, выполнен радиальный паз с глубиной, плавно увеличивающейся от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности этого диска и плавно уменьшающейся от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности этого диска. Другой диск с меньшим диаметром, ротор турбины, снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом и подпружиненной рабочей заслонкой. Между роторами расположена камера сгорания, выполненная в виде соосных внешнего, среднего и внутреннего цилиндров, установленных друг в друге. Внешний цилиндр разделен плоскостью, проходящей через оси вала роторов и цилиндров, на полуцилиндры, первый из которых, являющийся корпусом камеры сгорания, жестко закреплен в корпусе двигателя, а второй из которых, одновременно являющийся поршнем, расположен в пазу диска с большим диаметром с возможностью перемещения относительно первого полуцилиндра до прилегания наклонного днища второго полуцилиндра к основанию радиального паза диска. Средний цилиндр и имеющий возможность вращения внутренний цилиндр снабжены впускными окнами, предназначенными для впуска в камеру сгорания рабочей смеси и выпускными окнами, предназначенными для выпуска горящей рабочей смеси. Свеча зажигания установлена в днище внутреннего цилиндра, обращенном в сторону ротора турбины. В данном роторно-поршневом двигателе осуществляется сжатие топлива в роторе компрессора, одновременно - перемещение рабочей смеси в камеру сгорания, где смесь и сгорает. Тепловая энергия передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2193676 С2, МПК7 F02B 53/08).

Основным недостатком этого двигателя является невысокая долговечность вследствие сложности с обеспечением длительной работоспособности элементов камеры сгорания, поскольку ее внутренний цилиндр, подверженный влиянию высоких температур, выполнен вращающимся.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска со сквозным радиальным прямоугольным пазом, образованным от оси вращения вала двигателя до наружной поверхности этого ротора по ширине последнего, в котором установлена подпружиненная рабочая заслонка, выполненная в виде уплотнительной пластины, с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазу ротора компрессора и прилегания ее торца к внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца шириной, равной ширине ротора компрессора, вращающийся ротор турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания. Корпус камеры сгорания, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с впускными и выпускными сквозными элементами, выполненными в виде прямоугольных полостей, предназначенными для впуска рабочей смеси и выпуска горящей рабочей смеси соответственно, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца. Ротор компрессора встроен между внешней и внутренней боковыми щеками внутри рабочего кольца. Газораспределительный механизм, выполненный в виде стакана, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом, взаимодействующий с камерой сгорания и рабочими полостями, снабжен жестко прикрепленным к его днищу вращающимся валом, связанным с валом двигателя, и оборудован перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям впускного и выпускного сквозных элементов, выполненных в виде прямоугольных полостей в корпусе камеры сгорания и в рабочем кольце, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными сквозными элементами. В утолщении ротора турбины установлена Г-образная подпружиненная рабочая заслонка, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца. В рабочем кольце в области камеры сгорания установлен уплотнительный элемент, выполненный в виде Г-образной подпружиненной уплотнительной пластины, имеющей возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце по направлению движения роторов позади ее граней, и прилегания гранью к цилиндрической внешней поверхности ротора компрессора. В рабочем кольце в области камеры сгорания также установлен уплотнительный элемент, выполненный в виде Г-образной подпружиненной уплотнительной пластины, имеющей возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце по направлению движения роторов впереди ее граней, и прилегания гранью к внутренней поверхности утолщения ротора турбины. В корпусе камеры сгорания установлена свеча зажигания. Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками, рабочим кольцом и роторами. Сжатие рабочей смеси осуществляется первоначально в роторе компрессора, с последующим ее перемещением в камеру сгорания, где смесь и воспламеняется от свечи зажигания и далее поступает в рабочую камеру ротора турбины. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2351780 С1, МПК F02B 53/08 (2006.01), F02B 55/14 (2006.01), F01C 1/32 (2006.01)).

Однако в качестве недостатков вышеуказанного двигателя можно отметить следующее:

- большие потери мощности из-за малого проходного сечения впускного и выпускного сквозных элементов, выполненных в виде прямоугольных полостей в корпусе камеры сгорания и в рабочем кольце, соединяющих камеру сгорания с рабочей полостью турбины, что не позволяет максимально использовать наибольшее давление горящих газов на такте рабочего хода;

- пониженные технико-экономические показатели работы двигателя вследствие того, что рабочий ход совершается на угле поворота вала двигателя, равном 180°, так как в этот момент закрываются впускные сквозные элементы механизма газораспределения.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения мощности и технико-экономических показателей работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, в пазу которого установлена подпружиненная рабочая заслонка в виде уплотнительных пластин, по крайней мере одной, шириной, равной ширине ротора компрессора, и вращающийся ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой жестко закреплен в корпусе двигателя и размещен в наиболее широкой части рабочего кольца, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, газораспределительный механизм, взаимодействующий с камерой сгорания и рабочими полостями, встроенный в рабочее кольцо, свечу зажигания, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, уплотнительные элементы, связанные с рабочим кольцом как в роторе компрессора, так и в роторе турбины, согласно изобретению снабжен дополнительной камерой сгорания, причем обе камеры сгорания, разделенные перегородкой, имеют прямоугольное или эллипсовидное сечение и размещены в корпусе, выполненном в виде сегмента, вписанного в габариты наиболее широкой части рабочего кольца и жестко закрепленного в нем. Газораспределительный механизм выполнен в виде двух взаимосвязанных подпружиненных газораспределительных пластин, верхней и нижней, имеющих перепускные окна, конфигурация которых аналогична конфигурациям впускного и выпускных сквозных элементов, выполненных в виде каналов в корпусе камер сгорания, а также конфигурации поперечного сечения камер сгорания. Верхняя газораспределительная пластина снабжена центральным выступом, контактирующим с перегородкой в ее пределах. При этом газораспределительные пластины установлены в пазах корпуса камер сгорания с возможностью возвратно-поступательного перемещения в своих пазах, поочередного совмещения с впускным и выпускными сквозными элементами, выполненными в виде каналов в корпусе камер сгорания, и с камерами сгорания. Роторно-поршневой двигатель также снабжен фиксирующим механизмом, позволяющим установить газораспределительные пластины в заданном положении, и дополнительной свечой зажигания.

Повышение мощности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания обусловлено повышением эффективности его работы путем выполнения газораспределительного механизма в виде взаимосвязанных подпружиненных газораспределительных пластин, перемещающихся возвратно-поступательно в корпусе камер сгорания, с сечением перепускных окон, аналогичных поперечному сечению впускных и выпускных сквозных элементов и поперечному сечению камер сгорания.

Повышение технико-экономических показателей работы предлагаемого двигателя обеспечивается введением дополнительной камеры сгорания и, таким образом, использованием двух камер сгорания, в пазах корпуса которых установлены газораспределительные пластины, что позволяет наиболее эффективно использовать полученную при сгорании топливной смеси тепловую энергию.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - разрез по линии А-А фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенный вид камер сгорания, разрез по линии А-А фиг. 1; на фиг. 4 - увеличенный вид камер сгорания, разрез по линии Б-Б фиг. 3; на фиг. 5 - схема перемещения газораспределительных пластин, вид по стрелке В фиг. 4.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора: ротор 1 компрессора и ротор 2 турбины, расположенные параллельно, закрепленные на одном валу 3 двигателя на фиксированном расстоянии друг от друга и вращающиеся вместе с валом 3 в корпусе 4 (см. фиг. 1). Ротор 1 компрессора выполнен в виде круглого диска и встроен в рабочее кольцо 5 с возможностью вращения внутри последнего.

Рабочее кольцо 5, являющееся частью корпуса 4 двигателя, имеет две рабочие цилиндрические поверхности, а именно внутреннюю, обращенную в сторону ротора 1, и внешнюю, обращенную в сторону ротора 2. Оси цилиндрических внутренней и внешней поверхностей рабочего кольца 5 смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала 3 двигателя на величину ΔН, не позволяющую поверхностям рабочего кольца 5 пересекаться (см. фиг. 2). Ширина рабочего кольца 5 равна ширине ротора 1 компрессора.

В роторе 1 компрессора над осью вращения вала 3 двигателя выполнен прямоугольный паз 6, доходящий одним концом до наружной поверхности ротора 1 компрессора, шириной, равной ширине ротора 1 компрессора.

В пазу 6 размещена рабочая заслонка 7, имеющая возможность возвратно-поступательного перемещения в этом пазу. Заслонка 7 под действием пружин 8 своим торцом имеет возможность плотного прилегания к цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 5. Рабочая заслонка 7 выполнена, в частности, в виде первой уплотнительной пластины 9 и второй уплотнительной пластины 10. Ширина каждой из уплотнительных пластин равна ширине ротора 1 компрессора. Рабочая заслонка 7 может быть выполнена в виде, по крайней мере, одной уплотнительной пластины (на чертеже не показано).

Ротор 2 турбины выполнен в виде стакана, днище которого жестко закреплено на валу 3 двигателя (см. фиг. 1). На боковой поверхности стакана выполнено в направлении оси вращения вала 3 двигателя диаметральное утолщение по ширине, равной ширине рабочего кольца 5 и ширине ротора 1 компрессора. Это утолщение расположено над цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 5. В утолщении ротора 2 турбины установлена Г-образная рабочая заслонка 11, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси 12 (см. фиг. 3). Ось 12 закреплена в утолщении ротора 2 турбины на одном конце Г-образной рабочей заслонки 11 по направлению вращения роторов 1 и 2 впереди второго конца этой заслонки. Торец второго конца заслонки 11 установлен с возможностью плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 5 посредством пружины 13. Заслонка 11 расположена таким образом, что ее ось 12 находится справа от ее второго конца со стороны ротора 1 компрессора.

В рабочем кольце 5, в месте наибольшей высоты кольца, установлен и жестко закреплен в углублении кольца 5 блок 14 камер сгорания и газораспределительного механизма (см. фиг. 2).

Ротор 1 компрессора, утолщение ротора 2 турбины и рабочее кольцо 5 расположены между двумя рабочими боковыми щеками: внешней 15 и внутренней 16, стянутыми болтами 17 и являющимися вместе с рабочим кольцом 5 основой корпуса 4 двигателя (см. фиг. 1). В этих щеках 15 и 16 на подшипниках 18 установлен вал 3 двигателя. Таким образом, ротор 1 компрессора, встроенный внутри рабочего кольца 5 между внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 5 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками; ротор 2 турбины с утолщением, расположенным над блоком 14 камер сгорания и газораспределительного механизма, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 5 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками.

Блок 14 камер сгорания и газораспределительного механизма, расположенный между ротором 1 компрессора и ротором 2 турбины, содержит корпус 19 камер сгорания, выполненный в виде сегмента, вписанного по форме и в габариты наиболее широкой части рабочего кольца 5 и жестко закрепленного в нем, то есть в корпусе 4 двигателя, и две камеры сгорания, одна из которых камера сгорания 20, является основной, а другая - камера сгорания 21 - является дополнительной (см. фиг. 3, 4). Обе камеры сгорания, имеющие прямоугольное или эллипсовидное сечение, размещены в корпусе 19. Первая по ходу вращения вала 3 двигателя основная камера сгорания 20 отделена перегородкой 22 от дополнительной камеры сгорания 21. Газораспределительный механизм выполнен в виде двух взаимосвязанных подпружиненных газораспределительных пластин, нижней газораспределительной пластины 23 и верхней газораспределительной пластины 24. При этом газораспределительная пластина 23 установлена в пазу нижней, расположенной вблизи ротора 1 компрессора, части корпуса 19 камер сгорания, а газораспределительная пластина 24 установлена в пазу верхней, расположенной вблизи ротора 2 турбины, части корпуса 19 камер сгорания.

В нижней части корпуса 19 камер сгорания расположен впускной сквозной элемент, выполненный в виде впускного канала 25, предназначенный для впуска в камеры сгорания 20 и 21 рабочей смеси через перепускные окна 26 и 27, выполненные в нижней газораспределительной пластине 23. В верхней части корпуса 19 камер сгорания расположены два выпускных сквозных элемента, выполненные в виде выпускных каналов 28 и 29, предназначенные для поочередного выпуска из камер сгорания 20 и 21 горящей рабочей смеси, соединяющиеся попеременно через перепускные окна 30 и 31, выполненные в верхней газораспределительной пластине 24, с камерами сгорания 20 и 21.

Конфигурация перепускных окон 26 и 27, выполненных в нижней газораспределительной пластине 23, аналогична конфигурациям впускного сквозного элемента, выполненного в виде впускного канала 25 в корпусе 19 камер сгорания, конфигурация перепускных окон 30 и 31, выполненных в верхней газораспределительной пластине 24, аналогична конфигурациям выпускных сквозных элементов, выполненных в виде выпускных каналов 28 и 29 в корпусе 19 камер сгорания, а также конфигурации поперечного сечения камер сгорания 20 и 21.

Газораспределительные пластины 23 и 24 установлены в пазах корпуса 19 камер сгорания с возможностью поступательно-возвратного перемещения в своих пазах, поочередного совмещения с впускным сквозным элементом, выполненным в виде впускного канала 25, и выпускными сквозными элементами, выполненными в виде выпускных каналов 28 и 29 в корпусе 19 камер сгорания, и с камерами сгорания 20 и 21. Таким образом, конфигурация впускного канала 25, перепускных окон 26 и 27 позволяет при перемещении нижней газораспределительной пластины 23 впускать рабочую смесь поочередно в камеры сгорания 20 и 21, а конфигурация выпускных каналов 28 и 29, перепускных окон 30 и 31 и камер сгорания 20 и 21 позволяет при перемещении верхней газораспределительной пластины 24 выпускать поочередно из камер сгорания 20 и 21 горящую рабочую смесь.

Верхняя газораспределительная пластина 24 снабжена центральным выступом 32, контактирующим с перегородкой 22 в ее пределах.

Каждая газораспределительная пластина снабжена с двух сторон пружинами 33.

На боковой поверхности газораспределительных пластин 23 и 24 имеются встроенные штоки 34 и 35, выходящие через окна 36, выполненные в корпусе 19 камер сгорания, за пределы рабочего кольца 5 (см. фиг. 4, 5). Так, нижняя газораспределительная пластина 23 снабжена штоком 34, а верхняя газораспределительная пластина 24 - штоком 35. Штоки 34 и 35 связаны между собой пластиной 37 с прорезями на концах пластины, выполненными для размещения в них штоков 34 и 35. Пластина 37 имеет возможность возвратно-вращательного перемещения вокруг оси 38.

В корпусе 19 камер сгорания расположен фиксирующий механизм, позволяющий установить газораспределительные пластины 23 и 24 в заданном положении. Фиксирующий механизм выполнен в виде пружинного фиксатора 39, закрепляющего в нужном положении газораспределительные пластины 23 и 24, снабженного шариком 40, имеющим возможность вхождения в углубления 41, выполненные на боковой поверхности газораспределительной пластины 24 (см. фиг. 4).

В корпусе 19 камер сгорания установлены основная свеча зажигания 42 и дополнительная свеча зажигания 43, причем основная свеча зажигания 42 размещена в области основной камеры сгорания 20, а дополнительная свеча зажигания 43 размещена в области дополнительной камеры сгорания 21.

Для уплотнения рабочих объемов в рабочем кольце 5 в области блока 14 камер сгорания и газораспределительного механизма в верхней части рабочего кольца 5 на цилиндрической внешней его поверхности жестко закреплен уплотнительный элемент, выполненный в виде выступа 44, имеющий плавно возрастающую до максимального значения высоту, позволяющую ротору 2 турбины вращаться, а затем плавно убывающую до внешней поверхности рабочего кольца 5 высоту с шириной, равной ширине рабочего кольца 5 (см. фиг. 3).

В нижней части рабочего кольца 5, а именно в его пазу в области корпуса 19 камер сгорания, установлен с возможностью перемещения в этом пазу уплотнительный элемент, выполненный в виде подпружиненной уплотнительной пластины 45, прилегающей торцом к внешней поверхности ротора 1 компрессора и имеющей ширину, равную ширине ротора 1 компрессора.

Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками 15 и 16, рабочим кольцом 5, ротором 1 компрессора и ротором 2 турбины (см. фиг. 1).

Газораспределительный механизм, взаимодействующий с камерами сгорания 20 и 21 и рабочими полостями, встроен в рабочее кольцо 5.

Рабочая камера ротора 1 компрессора, образованная наружной поверхностью ротора 1, цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 5 и боковыми щеками 15 и 16, разделена рабочей заслонкой 7 и уплотнительной пластиной 45 на камеру впуска 46 и камеру сжатия 47 (см. фиг. 2, 3).

Рабочая камера ротора 2 турбины, образованная цилиндрической наружной поверхностью рабочего кольца 5, цилиндрической внутренней поверхностью утолщения ротора 2 и боковыми щеками 15 и 16, разделена Г-образной рабочей заслонкой 11 и выступом 44 на камеру рабочего хода 48 и камеру выпуска 49. Внутри рабочего кольца 5 образованы полости 50 для рубашки системы охлаждения.

Во внешней боковой щеке 15 выполнены канал 51, предназначенный для соединения камеры впуска 46 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал 52, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска 49 с атмосферой (см. фиг. 3).

Кроме того, на чертеже дополнительно обозначено:

- стрелкой на фиг. 2 - направление вращения роторов 1, 2;

- пунктирными линиями на фиг. 3 - канал, предназначенный для соединения камеры впуска с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска с атмосферой;

- стрелками на фиг. 3 - направления движения рабочей смеси и отработавших газов;

- буквой F на фиг. 3 - площадь боковой поверхности выступа 32.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

За начало отсчета принимаем положение ротора 1 компрессора, когда торец его рабочей заслонки 7 расположен по центру впускного канала 25 блока 14 камер сгорания и газораспределительного механизма (см. фиг. 2, 3). Вращение роторов 1, 2 происходит по часовой стрелке со стороны свечей зажигания 42 и 43 (см. фиг. 2, 4). В качестве рабочей смеси используется смесь, состоящая из паров топлива и воздуха.

Рассмотрим первоначально полный рабочий цикл двигателя от такта впуска до такта выпуска, происходящий с первым зарядом рабочей смеси.

1 такт - впуск - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 0° до 360°. При вращении ротора 1 компрессора за рабочей заслонкой 7 создается разряжение, и порция рабочей смеси по каналу 51 поступает в камеру впуска 46 (см. фиг. 2, 3).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 710°. В этот период сжимаемая в камере сжатия 47 рабочая смесь начнет поступать в одну из камер сгорания - в дополнительную камеру сгорания 21 (см. фиг. 3). Возникшее в дополнительной камере сгорания 21 давление будет воздействовать на площадь F выступа 32 верхней газораспределительной пластины 24, создавая силу, старающуюся переместить газораспределительную пластину 24 из одного крайнего положения в другое. Заканчивается такт сжатия тогда, когда заслонка 7 подойдет вплотную к впускному каналу 25. В этот момент сила, оказывающая давление на площадь F, достигнет максимального значения и сработает фиксатор 39, удерживающий газораспределительную пластину 24 в исходном положении (см. фиг. 4), что позволит пластине 24 переместиться в другое положение, в котором и будет зафиксирована фиксатором 39. В этот момент за счет перемещения газораспределительной пластины 23 перекроется канал 25, и впуск рабочей смеси в камеру сгорания 21 прекратится. В этот момент почти вся рабочая смесь окажется в сжатом состоянии в камере сгорания 21. В этот же момент, за счет перемещения нижней газораспределительной пластины 23, которая перемещается совместно с газораспределительной пластиной 24, откроется вход в камеру сгорания 20 (см. фиг. 3) за счет совмещения впускного канала 25 с перепускным окном 27, а в верхней части корпуса 19 камер сгорания за счет перемещения верхней газораспределительной пластины 24 в другую сторону относительно нижней газораспределительной пластины 23 произойдет совмещение перепускного окна 30 с выпускным каналом 28 и, одновременно, закрытие верхней газораспределительной пластиной 24 выпускного канала 29.

3 такт - рабочий ход - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 710° до 1080°. При этом при угле поворота вала 3 двигателя, равном 710°, происходит воспламенение рабочей смеси в дополнительной камере сгорания 21 за счет проскакивания искры в дополнительной свече зажигания 43. В этот же момент за счет перемещения верхней газораспределительной пластины 24 совмещаются перепускное окно 30 с выпускным каналом 28, и горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 48 (см. фиг. 2, 3). За счет горения рабочей смеси создается высокое давление, которое воздействует на Г-образную рабочую заслонку 11, расположенную в утолщении ротора 2 турбины, заставляя ротор 2 вращаться и создавать крутящий момент на валу 3 двигателя.

4 такт - выпуск - происходит при вращении вала 3 двигателя от 1080° до 1440°. При этом отработавшие газы из камеры выпуска 49 по каналу 52 выпускаются в атмосферу.

Таким образом, при угле поворота вала 3 двигателя, равном 1440°, заканчивается процесс выпуска, а следовательно, заканчивается полный рабочий цикл, происшедший в данном роторно-поршневом двигателе с первым зарядом рабочей смеси. Параллельно этому процессу, но с опозданием на 360° начинается аналогичный процесс, происходящий со вторым зарядом рабочей смеси, но с участием основной камеры сгорания 20 (см. фиг. 3).

При постоянной работе двигателя происходит следующее. При вращении роторов от 0° до 360° в рабочих полостях ротора 1 (см. фиг. 2, 5) происходит одновременно впуск рабочей смеси в камеру впуска 46 и сжатие рабочей смеси в дополнительной камере сгорания 21, а в рабочих полостях ротора 2 происходит одновременно рабочий ход за счет воспламенения рабочей смеси в основной камере сгорания 20 и выпуска ее в камеру рабочего хода 48, а также выпуск отработавших газов из камеры выпуска 49. Таким образом, полный цикл совершается на углу поворота вала 3 двигателя, равном 360°, с участием обеих камер сгорания.

Использование предлагаемого изобретения повышает эффективность работы двигателя за счет наличия двух камер сгорания, позволяющих полностью использовать каждый такт работы двигателя на угле поворота вала двигателя, равном 360°, а также выполнением газораспределительного механизма в виде взаимосвязанных верхней и нижней газораспределительных пластин, что позволяет увеличить выходное сечение выпускных сквозных элементов, выполненных в виде каналов, соединяющих камеру сгорания с рабочей полостью ротора турбины.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, в пазу которого установлена подпружиненная рабочая заслонка в виде уплотнительных пластин, по крайней мере одной, шириной, равной ширине ротора компрессора, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой жестко закреплен в корпусе двигателя и размещен в наиболее широкой части рабочего кольца, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, газораспределительный механизм, взаимодействующий с камерой сгорания и рабочими полостями, встроенный в рабочее кольцо, свечу зажигания, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, уплотнительные элементы, связанные с рабочим кольцом как в роторе компрессора, так и в роторе турбины, отличающийся тем, что роторно-поршневой двигатель снабжен дополнительной камерой сгорания, причем обе камеры сгорания, разделенные перегородкой, имеют прямоугольное или эллипсовидное сечение и размещены в корпусе, выполненном в виде сегмента, вписанного в габариты наиболее широкой части рабочего кольца и жестко закрепленного в нем, газораспределительный механизм выполнен в виде двух взаимосвязанных подпружиненных газораспределительных пластин, верхней и нижней, имеющих перепускные окна, конфигурация которых аналогична конфигурациям впускного и выпускных сквозных элементов, выполненных в виде каналов в корпусе камер сгорания, а также конфигурации поперечного сечения камер сгорания, верхняя газораспределительная пластина снабжена центральным выступом, контактирующим с перегородкой в ее пределах, при этом газораспределительные пластины установлены в пазах корпуса камер сгорания с возможностью возвратно-поступательного перемещения в своих пазах, поочередного совмещения с впускным и выпускными сквозными элементами, выполненными в виде каналов в корпусе камер сгорания, и с камерами сгорания, также роторно-поршневой двигатель снабжен фиксирующим механизмом, позволяющим установить газораспределительные пластины в заданном положении, и дополнительной свечой зажигания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-лопастной двигатель содержит неподвижный статор с двумя торцевыми крышками и эксцентрично установленный в цилиндрической рабочей полости статора ротор с, по крайней мере, одним радиальным пазом.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внутреннего сгорания содержит в корпусе несколько полых роторных секций двух типов технологического назначения: компрессорную роторную секцию и силовую роторную секцию.

Изобретение относится к двигателестроению. Колебательный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с кольцевой рабочей камерой, рабочий вал, вал отбора мощности, по меньшей мере, две лопасти с уплотнителями и стартер.

Изобретение относится к роторному двигателю внутреннего сгорания, содержащему цилиндр, рабочий вал, ротор, стопорный клапан, левую и правую боковые крышки. Цилиндр имеет периферийную цилиндрическую стенку, обеспеченную горизонтальной выемкой клапана.

Изобретение относится к роторным двигателям. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к роторным двигателям. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит корпус с рабочим кольцом и рабочие полости.

Изобретение относится к роторному двигателю внутреннего сгорания, включающему секцию мотора, секцию компрессора и секцию связующих шестерен. В секциях мотора и компрессора заключены роторы, размещенные с зазором между собой и корпусом.

Изобретение относится к роторному двигателю, содержащему роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел. Силовой роторный узел выполнен с возможностью движения скоординированно с роторным узлом сжатия воздуха.

Изобретение относится к конструкции двигателя внутреннего сгорания. Двигатель включает корпус и планетарный зубчатый механизм.

Изобретение относится к роторно-поршневому двигателю, включающему в себя ступень сжатия, ступень расширения, а также камеру воспламенения для воспламенения и сжигания рабочего газа.

Изобретение относится к машиностроению. Машина предназначена как для преобразования разницы давления газообразных либо жидких сред во вращение вала, так и для преобразования вращения вала в давление этих сред.

Изобретение относится к машиностроению. Роторная машина включает рабочую ступень.

Изобретение относится к роторному двигателю внутреннего сгорания. Двигатель выполнен с внешней камерой сгорания, с возможностью применения паровой фазы и работы на углеводородном топливе или на водородно-кислородной смеси.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двухкамерный двигатель внутреннего сгорания содержит ротор, разделительные колеса и шестерни сопряжения, расположенные в неподвижном статоре-картере с впускными, выпускными отверстиями и камерой сгорания.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом и рабочими камерами, образованными рабочими полостями.
Наверх