роторный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с профилированной рабочей камерой и форсункой для подачи топлива в камеру сгорания, а также установленный в рабочей камере с возможностью вращения ротор, сопряженный с внутренней огибающей профиля рабочей камеры, отличающийся тем, что ротор выполнен цилиндрическим, внутренний огибающий профиль рабочей камеры выполнен в виде чередующихся по периметру и ширине рабочей камере выступов и впадин, сопрягаемых по периметру камеры наклонными плоскостями, образуя вместе с торцевыми поверхностями ротора камеры сжатия и расширения, а сопряжение ротора с внутренней огибающей профиля рабочей камеры осуществлено с помощью двух плоских Т-образных челноков, длиной, равной суммарной ширине ротора и впадины, и подвижно установленных диаметрально противоположно друг другу хвостовиками в тело плоского торца поворотного ротора с возможностью возвратно-поступательного движения в камерах расширения и сжатия параллельно оси ротора при его вращении, причем головки челноков расположены радиально-перекрывающими камеру сжатия, а на конце хвостовика каждого челнока выполнена камера с каналом подачи в нее сжатого воздуха.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что камера расширения теплоизолирована от корпуса двигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к двигателестроению, и может быть использовано в различных энергетических установках для преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала.

Известен газотурбинный двигатель (ГТД), конструкция которого включает: центробежный компрессор, камеру сгорания, топливную форсунку, сопловой аппарат, рабочее колесо турбины, выхлопной патрубок [1,2] В этом тепловом двигателе газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объеме. ГТД имеет сложную конструкцию; пониженную технологичность и долговечность; низкую экономичность на номинальном режиме, большой расход воздуха при данной мощности, высокие требования к чистоте всасываемого воздуха, резкое ухудшение экономичности при работе на частичной нагрузке. Мощность и экономичность ГТД в большей степени, чем у поршневых двигателей, зависит от температуры и давления окружающей среды, от сопротивления на впуске и выпуске.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания конструкции Ф.Ванкеля [3] Этот двигатель включает корпус с профилированной рабочей камерой, выполненной по эпитрохоиде, с форсункой для подачи топлива в камеру сгорания, а также установленный в рабочей камере вращающийся ротор, сопряженный с внутренней огибающей профиля рабочей камеры и выполненный трехгранной конструкции. Установленный на валу ротор жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Его грани скользят по эпитрохоидальной поверхности рабочей камеры и отсекают переменные объемы камер в рабочей камере. Применена система водяного охлаждения. Такая конструкция позволяет осуществить цикл без применения специального механизма газораспределения.

Однако, в известной конструкции расположение рабочих камер по периферии ротора, т.е. на значительном расстоянии от оси его вращения, приводит к большому расходу топлива для осуществления рабочего цикла, который осуществляется недостаточно быстро, что требует системы водяного охлаждения, усложняя конструкцию. Кроме этого, при трехгранной конструкции ротора недостаточен объем захватываемого им воздуха, что требует создания дополнительного давления с помощью компрессора для осуществления максимально полного сгорания топлива в достаточно большом объеме камеры, что также усложняет конструкцию двигателя.

Наличие шестеренчатых механизмов передач, для привода эксцентрично расположенного относительно оси привода трехгранного ротора вызывает вибрации конструкции и, следовательно, необходима постановка усложняющего конструкцию противовеса для нормализации работы двигателя. Также усложняет конструкцию необходимость постановки клапанов при нагнетании, выхлопе и подаче сжатого воздуха в камеру сгорания.

В известном двигателе не выполняется непрерывный рабочий цикл, так как рабочий ход осуществляется не за целый оборот ротора, что приводит к увеличению непродуктивного расхода топлива.

Конструкция известного двигателя в достаточно большой степени металлоемка. Кроме того, камера сгорания его не изолирована, что приводит к потере тепла на выхлопе.

Задачей настоящего изобретения является снижение расхода топлива, упрощение конструкции двигателя, снижение его металлоемкости, повышение количества тепла, способность быть утилизированным на выхлопе.

Поставленная задача решается при создании роторного двигателя внутреннего сгорания, включающего корпус с профилированной рабочей камерой и форсункой для подачи топлива в камеру сгорания, а также установленный в рабочей камере с возможностью вращения ротор, сопряженный с внутренней огибающей профиля рабочей камеры. Согласно изобретению ротор выполнен цилиндрическим, рабочая камера имеет внутренний огибающий профиль в виде чередующихся по периметру и ширине ее выступов и впадин, сопрягаемых по периметру камеры наклонными плоскостями. Впадины вместе с торцевыми плоскими поверхностями ротора образуют камеры расширения и сжатия. Сопряжение ротора с внутренней огибающей профиля рабочей камеры осуществлено с помощью двух плоских Т-образных челноков, длиной равной суммарной ширине ротора и впадины. Челноки подвижно установлены диаметрально противоположно друг другу хвостовиками в тело плоского торца ротора с возможностью возвратно-поступательного движения в камерах расширения и сжатия параллельно оси ротора при его вращении, причем головки челноков расположены радиально перекрывающими камеру сжатия, а на конце хвостовика каждого челнока выполнена камера с каналом подачи в нее сжатого воздуха.

Камера расширения может быть теплоизолирована от корпуса двигателя.

Установка в цилиндрическом роторе двух плоских Т-образных челноков диаметрально противоположно друг другу с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно оси ротора при его вращении в камерах расширения и сжатия, образованных торцевыми плоскими поверхностями ротора и внутренней огибающей профиля рабочей камеры в виде чередующихся по периметру и ширине ее, сопрягаемых наклонными плоскостями, а также расположение головок челноков радиально перекрывающими камер позволяет:

1) осуществить непрерывный рабочий цикл при отсутствии холостых оборотов, так как рабочий ход каждого из двух челноков осуществляется при 1/2 оборота ротора. При этом происходит экономия топлива по сравнению с прототипом;

2) упростить конструкцию по сравнению с прототипом за счет выполнения цилиндрической части ротора, отказа от применения клапанов при нагнетании, выхлопе и подаче сжатого воздуха в камеру сгорания, так как отсечка камер нагнетания сжатия и выпуска осуществляется конструктивно по сравнению с прототипом;

3) увеличить степень сжатия за счет захватывания челноками и Т-образной конструкции большой массы воздуха, что упрощает конструкцию и экономит топливо по сравнению с прототипом.

Выполнение на конце хвостовика каждого челнока камеры с каналом подачи в нее сжатого воздуха из камеры сжатия приводит к накоплению его в этой камере при захвате большого количества воздуха Т-образным челноком в камере сжатия и последующим расходе его при движении челнока в камере расширения, что приводит к быстрому и полному сгоранию впрыскиваемого через форсунку в камеру расширения топлива и, следовательно, нет необходимости создавать интенсивное водяное охлаждение, как в прототипе, упрощая конструкцию двигателя и снижая его металлоемкость.

Теплоизоляция камеры расширения от корпуса может привести к возможности утилизировать большое количество выделяемого тепла по сравнению с прототипом.

Таким образом, в результате сравнения с прототипом предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что ротор его выполнен цилиндрическим, внутренний огибающий профиль рабочей камеры выполнен в виде чередующихся по периметру и ширине рабочей камеры выступов и впадин, сопрягаемых по периметру камеры наклонными плоскостями, образуя вместе с торцевыми поверхностями ротора камеры сжатия и расширения, а сопряжение ротора с внутренней огибающей профиля рабочей камеры осуществлено с помощью двух плоских Т-образных челноков, длиной равной суммарной ширине ротора и впадины, и подвижно установленных диаметрально противоположно друг другу хвостовиками в тело плоского торца поворотного ротора с возможностью возвратно-поступательного движения в камерах расширения и сжатия параллельно оси ротора при его вращении, причем головки челноков расположены радиально-перекрывающими камеру сжатия, а на конце хвостовика каждого челнока выполнена камера с каналом подачи в нее сжатого воздуха.

Кроме того, камера расширения может быть теплоизолирована от корпуса двигателя.

Это позволяет сделать вывод, что предлагаемая конструкция соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них вышеуказанных признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию " изобретательский уровень".

Возможность широкого применения изобретения в двигателестроении обеспечивает ему критерий "промышленная применимость".

Предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания изображен на прилагаемых чертежах, где на фиг.1 представлена кинематическая схема устройства, на фиг.2 вид сбоку на двигатель на фиг.3 разрез по А-А.

Роторный двигатель внутреннего сгорания включает корпус 1 с профилированной рабочей камерой 2 и форсункой 3 для подачи топлива в камеру сгорания. В рабочей камере 2 установлен с возможностью вращения цилиндрический ротор 4, сопряженный с внутренней огибающей профиля рабочей камеры 2. Внутренний огибающий профиль рабочей камеры 2 выполнен в виде чередующихся по ее периметру и ширине выступов 5 и впадин 6, сопрягаемых по периметру камеры наклонными плоскостями 7, образуя вместе с торцевыми поверхностями 8 и 9 ротора 4 камеры сжатия 10 и расширения 11. Сопряжение ротора 4 с внутренней огибающей профиля рабочей камеры 2 осуществляется с помощью двух плоских Т-образных челноков 12, длиной равной суммарной ширине ротора 4 и впадины 6. Челноки 12 подвижно установлены диаметрально противоположно друг другу хвостовиками 13 в тело плоского торца ротора с возможностью возвратно-поступательного движения в камерах сжатия 10 и расширения 11, параллельно оси ротора 4 при его вращении. Головки 14 челноков расположены радиально-перекрывающими камеру сжатия 10. На конце хвостовика 13 каждого челнока выполнена камера 15 с каналом 16 подачи в нее сжатого воздуха.

Предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При вращении ротора 4 установленные в нем челноки 12 сопрягаясь с внутренней огибающей профиля рабочей камеры 2 повторяют ее контур, определяемый выступами 5, впадинами 6 и наклонными плоскостями 7. То есть челноки 12 движутся по окружности вместе с ротором 4 и возвратно поступательно в теле ротора 4 за счет набегания на наклонные плоскости 7 или сбегания с них. При этом в камере сжатия 10, выполненной большего размера, чем камера расширения 11, захватывается головкой 14 челнока 12 большая масса воздуха и сжимается. Сжатый воздух по каналу 16 подается в камеру 15, где накапливается и откуда выбрасывается в камеру расширения 11, когда хвостовик 13 доходит до этой камеры. Одновременно происходит через форсунку 3 впрыск топлива в сжатую воздушную массу и рабочий ход челнока 12, а вместе с ним и ротора 4. В конце хода челнока 12 в камере расширения происходит выхлоп и одновременно в камере сжатия 10 начинается сжатие поступившего воздуха. Одновременно осуществляются 2 такта: сжатие и всасывание, а также рабочий ход и выхлоп.

Предложенная конструкция двигателя обеспечивает снижение расхода топлива, упрощение конструкции, снижение металлоемкости, повышение количества тепла, способного к утилизации по сравнению с прототипом.

Источники информации.

1. Большая Советская Энциклопедия. Третье издание, т.6, М. "Советская Энциклопедия", 1971, с.72-77.

2. Большая Советская Энциклопедия. Третье издание, т.4, М. "Советская Энциклопедия", 1971, с.855-856.

3. В. С. Бениович и др. "Ротопоршневые двигатели", "Машиностроение". М. 1968, с.11-13 (прототип)о