роторный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с профилированной полостью и по меньшей мере одной рабочей камерой, систему газообмена, выполненную в корпусе в виде впускного и выпускного каналов с окнами, свечу зажигания, выходной вал и цилиндрический ротор с пазами, в которых установлены сопряженные с их поверхностями с возможностью возвратно-качательного движения полые поршни, в каждом из которых полость выполнена в виде камеры высокого давления с входным и выходным каналами с окнами и установлен обратный клапан, средства подачи топлива и его воспламенения, причем выпускное окно выходного канала расположено в задней стенке по ходу движения поршня с возможностью его перекрытия сопряженной поверхностью паза ротора при крайнем внутреннем положении поршня в указанном пазу, отличающийся тем, что выпускной канал рабочей камеры снабжен обратным клапаном, а обратный клапан в камере высокого давления поршня выполнен с возможностью закрывания под действием центробежной силы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания по а.с. N 1017803, кл. F 02 B 53/00, опубл. 1983г. содержащий корпус с профилированной рабочей поверхностью, торцевые крышки, выходной вал, цилиндрический ротор с пазами, в которых установлены качающиеся поршни, выполненные с возможностью контакта с профилированной поверхностью корпуса и образования надпоршневых и подпоршневых объемов, систему газообмена, выполненную в виде впускных и выпускных каналов и окон, и свечи зажигания, причем каждый поршень снабжен камерой сгорания и перепускным каналом с обратным клапаном, сообщенным с камерой сгорания и подпоршневым объемом, а впускные окна и отверстия под свечи зажигания выполнены в торцевой крышке с возможностью сообщения окон с подпоршневыми объемами, а свечей с камерами сгорания.

Недостатками такого двигателя являются: сравнительная сложность конструкции, низкая надежность, связанная с наличием пружин в зоне высоких температур, низкая эффективность работы поршня, связанная с тем что он толкает ротор, а радиус качания поршня значительно меньше радиуса ротора, что приводит к тому, что поршень при вращении ротора опережает его, и проходит часть надпоршневого объема без совершения полезной работы, неравномерность крутящего момента, связанная с одновременным подводом механической энергии от всех поршней к ротору и последующим движением его по инерции, в том числе и в стадии перехода поршней из одного надпоршневого объема в другой, неравномерность износа профилированных рабочих поверхностей, связанная с разностью сил воздействия поршней.

Также известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту СССР N 1565352, кл. F 02 B 53/00, опубл. 1990, содержащий неподвижный вал с цилиндрическим ротором, в радиальных пазах которого установлены разделительные полые лопатки с расположенной внутри их камерой высокого давления, которая связана каналом через обратный клапан, расположенный с передней по направлению вращения ротора стенке поршня, с полостью всасывания рабочей камеры и каналом с окном, расположенным с возможностью перекрывания кромкой паза ротора в передней, по направлению вращения стенке лопатки и полостью камеры сгорания для сжатия смеси в камере высокого давления и подачи сжатой смеси в камеру сгорания.

Недостатками такого двигателя являются: низкая надежность работы, вызванная тем, что полые лопатки работают на излом, а при перемещении в радиальном пазу возникает трение и неравномерный износ кромок ротора и лопатки, недостаточная надежность и высокая сложность конструкции, связанная с наличием пружин в зоне высоких температур, низкая надежность лопаток, вызванная большим числом перемещений в радиальном пазу при переходе из одной полости в другую, при этом за один оборот ротора каждая лопатка совершает четыре радиальных перемещения, что приводит к ее быстрому износу неравномерность крутящего момента, связанная с импульсным подводом энергии и движением ротора по инерции в период перехода лопаток из одной камеры в другую.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы двигателя, а также упростить его конструкцию.

Повышение эффективности работы двигателя достигается тем, что путем повышения равномерности крутящего момента при последовательном расположении качающихся поршней в теле ротора вдоль его оси и /или/ со смещением по окружности один относительно другого и соответственно последовательной работой поршней и включением последующего поршня до окончания работы предыдущего. Также повышение эффективности работы двигателя достигается путем изменения направления действия силы на поршень, т.е. когда поршень не толкает, а тянет ротор, приводя его во вращение, и при этом поршень движется по радиусу качания в противоположном направлении относительно вращения ротора. Упрощение и повышение надежности конструкции достигается путем выведения из конструкции двигателя пружин и использования силы тяжести поршня и центробежной силы для его первичного поджатия к поверхности корпуса. Обратный клапан в камере высокого давления работает под действием сил давления сжатой среды и центробежной силы.

На фиг. 1 показан поперечный разрез одной рабочей камеры, совмещенный с разрезом полого поршня и камеры высокого давления при закрытом обратном клапане; на фиг. 2 часть того же разреза с поршнем в укрупненном масштабе; на фиг. 3 частичный разрез двигателя по полому поршню и камере высокого давления при открытом положении обратного клапана; на фиг. 4 профиль рабочей камеры; на фиг. 5 поперечный разрез одной рабочей камеры.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус 1 с профилированными полостями 2 и по крайней мере одной рабочей камерой З, систему газообмена, выполненную в корпусе 1 в виде впускного 4 и выпускного 5 каналов с окнами 6 и 7, свечу зажигания 8, выходной вал 9 и цилиндрический ротор 10 с пазами 11, в которых установлены сопряженные с их поверхностью полые поршни 12 с возможностью возвратно-качательного движения, в каждом из которых полость выполнена в виде камеры 13 высокого давления с входным 14 и выходным 15 каналами и окнами 16 и 17 соответственно и установленным обратным клапаном 18, имеющим возможность перемещаться возвратно-поступательно и перекрывать входной канал 14. Окно 16 входного канала 14 размещено в передней, по направлению вращения ротора, стенке поршня 12, а окно 17 выходного канала 15 расположено в задней, по направлению вращения ротора,стенке поршня 12, с возможностью его перекрытия сопряженной поверхностью паза 11 ротора 10 при крайнем внутреннем и промежуточном положениях поршня 12 и открытия при крайнем внешнем. В двигателе имеются средства подачи топлива, выполненные в виде распылителя 19 с обратным клапаном 20 (показаны условно), расположенные во впускном канале 4. В выпускном канале 5 расположен обратный клапан 21, исключающий возврат выхлопных газов и создающий разряжение в камере 3 во время движения поршня 12 при сжатии топливно-воздушной смеси. Поверхность 22 каждой рабочей камеры 3 выполнена в виде трех цилиндрических участков 23,24,25 и переходных, поверхностей 26,27,28 с переменными радиусами. Между первым 23 и вторым 24 цилиндрическими участками, после окна 7 выпускного канала 5 расположена соединяющая переходная поверхность 27 с уменьшающимся радиусом, между вторым 24 и третьим 25 цилиндрическими участками выполнена переходная поверхность 26 с уменьшающимся радиусом,в конце которой расположено окно 6 впускного канала 4, между третьим 25 и первым 23 цилиндрическими участками расположена переходная поверхность 28 с увеличивающимся радиусом, в конце которой находится свеча зажигания 8.

Предлагаемый двигатель может иметь различные виды компоновок. Он может быть многосекционным и многопоршневым и при этом иметь одинаковое количество рабочих поршней и рабочих камер, а также иметь вдвое меньшее число рабочих камер при четном количестве поршней, при этом на каждую рабочую камеру должно приходиться два поршня, расположенных в теле ротора симметрично относительно центра вращения, а впускной канал 4 должен быть расположен ближе по окружности к выпускному каналу 5 на угол меньше 180^o для осуществления продувки (угол в на фиг.4).

Во время прохождения поршня 12 по цилиндрическому участку 24 профилированной поверхности 22 (фиг.3) топливно-воздушная смесь сжимается перед ним и после повышения давления, достаточного для преодоления центробежной силы, действующей на обратный клапан 18, открывает его и перетекает через окно 16 по входному каналу 14 в камеру 13 высокого давления. В запоршневом пространстве создается разряжение, так как обратный клапан 21 в выпускном канале 5 закрыт после выхлопа отработавших газов под действием силы тяжести и разряжения. После прохождения переходной поверхности 26 поршень 12 полностью входит в паз 11 ротора 10, обратный клапан 18 в камере 13 высокого давления закрывается под действием центробежной силы и силы давления топливно-воздушной смеси. В разряженную рабочую камеру 3 под давлением подается новая порция топливно-воздушной смеси через окно 6 впускного канала 4, при этом обратный клапан 20 открывается. Во время прохождения ротора 10 с поршнем 12 цилиндрической поверхности 25 с уплотнением 29 и переходной поверхности 28 рабочая камера 3 заполняется топливно-воздушной смесью до выпускного канала 5. В конце переходной поверхности 28 поршень 12 полностью выходит из паза 11 ротора 10, открывая окно17 выходного канала 15. Сжатая топливно-воздушная смесь поступает на свечу зажигания 8, воспламеняется и осуществляет рабочий ход ротора с поршнем (фиг.2). Одновременно поршень 12 выталкивает передней стенкой остатки отработавших газов предыдущего цикла, открывая обратный клапан 21 (в тоже время обратный клапан 21 может быть открытым давлением подаваемой топливно-воздушной смеси). После прохождения поршнем цилиндрической поверхности 23 отработавшие газы выходят через выпускной канал 5 в атмосферу. Проходя переходную поверхность 27, поршень 12 заходит в паз 11 ротора 10 до перекрытия сопряженной поверхностью окна 17 выходного канала 15. Затем происходит сжатие топливно-воздушной смеси до открытия обратного клапана 18 в камере 13 высокого давления поршня 12. В дальнейшем рабочий цикл повторяется. В остальных секциях двигателя описанный процесс идет в таком же порядке со сдвигом, соответствующем сдвигу поршней в роторе. Указанный сдвиг позволяет достичь повышения равномерности крутящего момента на выходном валу. Особенно это эффективно при наложении рабочих ходов поршней в двух разных рабочих камерах (секциях) двигателя. Ы