Роторный двигатель внутреннего сгорания

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Реферат

 

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: двигатель содержит полый корпус, полый барабан для размещения кольца из уплотнительно-компрессорной жидкости, осесимметрично установленный на валу внутри корпуса, ротор с радиальными выступами на торцах и лопатками в промежутке между указанными выступами, эксцентрично установленный на валу в полости барабана, камеры сгорания и системы питания, охлаждения, смазки трущихся частей и съема трущихся частей и съема крутящего момента с ротора. Барабан и ротор кинематически взаимосвязаны и установлены в корпусе на общем коленчатом валу, который совместно с барабаном кинематически подключен к общей системе отбора мощности. В торцевых стенках барабана выполнены окна для подключения к системе питания, охлаждения и подачи жидкости. Ротор с одного торца имеет радиальный выступ в виде сплошного кольцевого гребня, а с противоположного торца - радиальные выступы в виде по меньшей мере двух дискретных гребней переменной высоты, и секционирован по длине промежуточным кольцевым радиальным гребнем на относительно короткую компрессорную зону и более протяженную сообщающуюся с выхлопным трактом расширительную зону, причем в каждой из указанных зон размещен по меньшей мере по две радиальные лопатки, а в теле ротора выполнены по меньшей мере два перепускных канала, соединяющих указанные зоны и служащих камерами сгорания. 19 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к кинематическим схемам и конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Такие двигатели предназначены для оснащения различных преимущественно малогабаритных средств транспорта.

В одной из предпочтительных форм выполнения с отбором мощности на внешнюю нагрузку через один выходной вал предложенный роторный ДВС может быть использован главным образом для оснащения микро- и миниавтомобилей для поездок единичных пассажиров и перевозок малых (до 1 т) грузов в городских условиях (в частности, минитакси и минигрузовиков), для оснащения минитракторов или самоходных сельскохозяйственных орудий, предназначенных преимущественно для приусадебных участков и семейных фермерских хозяйств, и для оснащения малогабаритных судов (лодок).

В другой же предпочтительной форме выполнения -с отбором мощности на внешнюю нагрузку через два соосных выходных вала предложенный роторный ДВС может быть использован преимущественно для оснащения сверхлегких летательных аппаратов (например, моторных дельта- и конвертопланов для перевозки пассажиров и малогабаритных срочных грузов на короткие расстояния).

Хорошо заметная в последние годы тенденция к миниатюризации транспортных средств и соответственно к миниатюризации ДВС для их оснащения является одним из проявлений общего стремления мировой экономики к ресурсосбережению.

Естественным следствием миниатюризации являются экономия сырья и трудозатрат на изготовление и снижение издержек на эксплуатацию отдельных ДВС. Однако стремительное увеличение суммарного количества одновременно находящихся в эксплуатации ДВС приводит к тому, что общее потребление нефти и нефтепродуктов продолжает возрастать, а состояние окружающей природной среды (особенно в мегаполисах) продолжает ухудшаться.

Так происходит потому, что при уменьшении массы и габаритов ДВС некоторые "вечные" проблемы двигателестроения не только не снимаются, но и обостряются.

Из их числа особо следует отметить проблему повышения КПД, тесно связанную с проблемой снижения удельного эффективного расхода горючего; проблему снижения токсичности выхлопных газов, тесно связанную с проблемой снижения химического недожога горючего и проблему надежности, связанную в существенной степени с проблемой балансировки двигателей.

Достаточно полный обзор конкретных конструктивных подходов к решению этих проблем занял бы слишком много места.

Поэтому целесообразно ограничиться изложением и анализом научно-технологических предпосылок наиболее эффективного решения указанных проблем с последующим переходом к конкретным аналогам предлагаемого роторного ДВС.

Хорошо известно, что в общем случае полный рабочий цикл большинства ДВС, работающих на произвольном (весьма редко пылевидном твердом, а предпочтительно жидком и-или газообразном) горючем, включает приготовление топливной (рабочей) смеси из взятых в определенном соотношении горючего и окислителя (обычно воздуха); сжатие этой смеси (может быть совмещено с ее приготовлением); воспламенение и сгорание сжатой топливной смеси; расширение продуктов сгорания (которое может начинаться и, как правило, начинается при сгорании) с преобразованием части тепловой энергии в механическую и ее использованием для совершения полезной работы и выпуск (выхлоп) отработанных газов в атмосферу [1] В реальных (преимущественно поршневых) ДВС применяют два основных способа приготовления топливных смесей: внешнее смесеобразование с использованием карбюраторов при работе на жидком горючем или смесителей при работе на газообразном горючем, или карбюраторов-смесителей при работе на бинарном (жидком и газообразном) горючем и внутреннее смесеобразование с впрыском порций горючего в сжатый и нагретый при сжатии воздух (см. там же).

Эти способы обычно применяют порознь, хотя не исключено и их комбинирование.

Эффективность работы ДВС обычно оценивают по таким критериям, как КПД, удельный эффективный расход горючего, удельная мощность, возможность использования существенно различающихся по качеству горючих и эксплутационная надежность. Общеизвестно, что конкретные значения этих показателей существенно зависят от того, как именно и какими именно средствами выполняются и при каких управляемых параметрах протекают указанные выше процессы.

В общеизвестных классических поршневых ДВС, которые наиболее распространены на автотранспорте, обычно используют внешнее (преимущественно в карбюраторных бензиновых или газобензиновых или газовых ДВС) и внутреннее (в дизельных и некоторых типах бензиновых ДВС) смесеобразование с принудительным регулированием коэффициента избытка окислителя, а рабочий цикл внутри цилиндров происходит в четыре такта впуск топливной смеси (или по меньшей мере воздуха), который начинается при приближении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) и продолжается при движении поршня в сторону нижней мертвой точки (НМТ) и для которого характерна существенная зависимость массы топливного заряда (массы порции воздуха) от температуры топливной смеси или воздуха (эта масса при прочих равных условиях и независимо от того, используется или не используется наддув, оказывается тем больше, чем ниже температура любой из указанных сред) сжатие, которое начинается при движении поршня к ВМТ и сопровождается нагревом топливной смеси (или воздуха) и которое заканчивается инициированием сгорания (электрической искрой или впрыском дозы горючего непосредственно внутрь головки цилиндра); сгорание топлива и расширение продуктов сгорания ("рабочий такт"), которые происходят при движении поршня от ВМТ к НМТ и сопровождается преобразованием части теплоты в механическую энергию, и выпуск (выхлоп) отработанных газов в атмосферу, который связан со значительным аэродинамическим шумом, требующим глушения.

Поршневые двигатели обычно весьма узко специализированы по виду потребляемого горючего. Их КПД редко (и незначительно) превышает 40% ибо большая часть теплоты продуктов сгорания уносится в атмосферу с выхлопными газами, теряется при охлаждении деталей цилиндро-поршневой группы и затрачивается на преодоление аэродинамического сопротивления выхлопного тракта. Потери энергии обычно тем более велики, чем чаще изменяется режим работы ДВС, что особенно характерно для автомобилей, ездящих по так называемому "городскому циклу". Соответственно при движении в старт-стопном режиме резко возрастает и удельный расход горючего.

Полнота сгорания горючего в поршневых ДВС существенно зависит от нагрузки на них. При росте нагрузки обычно увеличивают расход рабочей смеси, а при особо высокой нагрузке ее обогащают горючим. В первом случае в продуктах сгорания возрастает концентрация оксидной азота, а во втором, как правило, наблюдается химический недожог горючего. И то, и другое увеличивает токсичность выхлопных газов.

Надежность быстроходных (со средней скоростью поршней более 10 м/с) поршневых ДВС существенно зависит от высоких (порядка 1000^oC) термических нагрузок на поршни и гильзы цилиндров и знакопеременных механических нагрузок на основные звенья кинематической цепи. Для обеспечения надежности используют сложный комплекс технических мероприятий, который включает выбор жаропрочных материалов с длительной термической прочностью; сложные технологические процессы упрочняющей обработки трущихся деталей, экономически оправданные только в условиях крупносерийного и массового производства; изготовление наиболее нагруженных деталей с большим запасом прочности; систему послепродажного обслуживания со сжатыми сроками поставок запасных частей и ремонта.

Поэтому уже давно предпринимались поиски таких кинематических схем и конструкций ДВС, которые, как минимум, обеспечивали бы снижение механических и термических нагрузок на детали кинематической цели.

Одним из итогов таких поисков явилось создание Ф. Ванкелем в 1957 г. роторно-поршневого ДВС, в котором впуск топливной смеси, ее сжатие и сгорание, расширение продуктов сгорания с совершением полезной работы и выпуск отработавших газов происходят при сложном планетарном движении ротора, ограниченного в поперечном сечении тремя пересекающимися дугами окружности.

ДВС такого типа имеет закрытый с торцев крышками полый корпус и ротор-поршень, установленный на эксцентриковом валу в главной полости корпуса, которая ограничена в поперечном сечении двумя эпитрохоидами.

Корпус и крышки имеют полости для циркуляции жидкого хладагента. Кроме того, в стенках главной полости корпуса выполнены окна для подачи топливной смеси и выпуска отработавших газов.

Ротор-поршень связан с эксцентриковым валом планетарной зубчатой передачей с внутренним зацеплением, большое зубчатое колесо которой закреплено в средней части ротора, а шестерня посажена на шип эксцентрикового вала.

Для уменьшения перетекания газообразных сред между камерами, ограничиваемыми ротором-поршнем при вращении в главной полости корпуса, ротор-поршень снабжен тремя радиальными размещенными в пазах уплотнительными (ограниченными с рабочих торцев цилиндрическим поверхностями) пластинами, разделяющими полость корпуса на камеры, и пластинчатыми же тангенциально ориентированными торцовыми уплотнениям. Все эти уплотнительные элементы подпружинены экспандерами. Охлаждение ротора-поршня частично обеспечивается топливной смесью, а в основном маслом, подводимым в полость ротора-поршня по каналам в эксцентриковом валу из масляного радиатора.

Замена возвратно-поступательного движения поршней на вращательное движение ротора-поршня позволила исключить клапанный газораспределительный механизм и привела к существенной стабилизации крутящего момента на выходном валу.

Однако опыт практического использования таких двигателей показал, что несмотря на отмеченные достоинства добиться повышения надежности не удалось. Действительно, из-за контакта уплотнительных пластин со стенками главной полости корпуса по прямым линиям и, следовательно, из-за чрезмерных контактных термомеханических нагрузок и из-за трудно поддающихся компенсации термических деформаций корпуса происходит быстрый износ указанных уплотнительных элементов. По мере этого износа мощность и КПД описанного двигателя снижаются, а удельный расход горючего и токсичность выхлопных газов возрастают. При этом основной причиной повышения токсичности выхлопных газов (особенно по концентрации оксида углерода) является фиксация продуктов неполного сгорания горючего вблизи холодных стенок ротора и корпуса роторно-поршневого двигателя.

Указанные недостатки в существенной степени могут быть ослаблены в роторных ДВС с жидкостным уплотнительным кольцом.

Из их числа к предлагаемому по конструкции наиболее близок роторный ("коловратный") ДВС М.В. Максимова [2] Это двигатель имеет полый в средней части корпус, оборудованный расположенными по разные стороны подшипниковыми узлами, один из которых размещен по оси симметрии полости корпуса, а другой эксцентрично относительно указанной оси, причем геометрические оси обоих подшипниковых узлов параллельны, и выхлопной улиткой для выпуска отработавших газов в атмосферу; барабан с кольцевой полостью, консольно подвешенный на валу, который установлен в осесимметричном с полостью корпуса подшипников узле; ротор в виде обечайки, имеющей радиальные кольцевые выступы (бурты, или, что то же самое, гребни) на торцах, радиальные выступы в виде лопаток, расположенных между указанными торцевыми выступами, и перфорированные межлопаточные промежутки (этот ротор консольно подвешен на валу, который установлен во втором из выше указанных подшипниковых узлов, и эксцентрично размещен в полости барабана); неподвижный золотник, установленный внутри обечайки ротора по скользящей посадке и имеющий углубление, которое служит камерой сгорания и потому сообщается с трактами подачи воздуха и горючего и оборудовано форсункой и электрозапалом.

Пространство между стенкой полости барабана и несущей радиальные лопатки обечайкой ротора сообщается с резервуаром для уплотнительно-компрессионной жидкости. Рабочий объем (толщину кольца) этой жидкости в барабане задают из условия частичного перекрытия указанных радиальных лопаток в большей части зазора между обечайкой ротора и указанной стенкой полости барабана.

Из описания работы рассматриваемого роторного ДВС ясно, что он может быть оборудован следующими произвольными системами: приготовления рабочей (топливной) смеси; охлаждения; смазки трущихся частей и съема крутящего момента с (вала) ротора.

Вследствие эксцентричного расположения валов барабана, в котором при вращении формируется жидкостное кольцо, и ротора радиальные лопатки при их заглублении в уплотнительно-компрессионную жидкость сжимают находящийся между ними воздух. Когда каждая очередная межлопаточная ячейка ротора при его проворачивании достигнет камеры сгорания в неподвижном золотнике, в нее через перфорационную межлопаточную щель вытесняется сжатый воздух, который нагревается от сжигания топлива. Затем рабочее тело в виде газообразных продуктов сгорания снова попадает в межлопаточные ячейки, где расширяется в ходе дальнейшего проворачивания ротора, совершая полезную работу. Отработавшие газы через выхлопную улитку корпуса выходят в атмосферу.

Кольцо из уплотнительно-компрессионной жидкости является идеальным неизнашиваемым уплотнением. Однако задача повышения надежности в роторном ДВС решается лишь частично, ибо в выполненный по скользящей посадке стык между ротором и неподвижным золотником из камеры сгорания в не прикрытые жидкостным кольцом боковые части полости барабана могут просачиваться продукты сгорания, имеющие высокое давление и температуру. Это просачивание будет тем более интенсивным, чем больше будет износ трущихся поверхностей ротора и неподвижного золотника, что будет снижать КПД известного роторного ДВС и увеличивать удельный эффективный расход горючего.

Кроме того, термодинамический цикл известного роторного ДВС весьма несовершенен, ибо нагрев рабочего тела в нем происходит при постоянном давлении (подобно газотурбинным двигателя), а выхлоп при значительном избыточном давлении из-за сжатия и расширения газа в одной и той же полости (как у поршневых ДВС). Эти обстоятельства обуславливают его низкую экономичность.

И наконец внешняя скоростная характеристика известного роторного ДВС исключительно неблагоприятна, ибо крутящий момент на выходном валу непосредственно связан с "жесткостью" жидкостного кольца, которая зависит от величины центробежного ускорения и связана с частотой вращения выходного вала квадратичной зависимостью. Практически это означает, что такой двигатель не сможет устойчиво работать даже с линейной нагрузкой: он будет или разгоняться, или глохнуть.

Поэтому в основу изобретения положена задача путем усовершенствования кинематической схемы, газодинамического тракта и формы выполнения ротора и других основных частей создать такой роторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным уплотнительным кольцом, который исключал бы механический фрикционный износ ротора в узлах уплотнения газодинамического тракта, допускал бы раздельное проведение процессов сжатия топливной смеси, ее сгорание и расширения продуктов сгорания и обеспечивал бы высокую "жесткость" жидкостного кольца в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок двигателя и который вследствие достижения указанных взаимосвязанных технических эффектов имел бы более высокие эксплуатационную надежность, КПД, меньший удельный эффективный расход горючего и мог бы устойчиво работать в широком диапазоне колебаний нагрузки.

Поставленная задача решена тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, имеющем полый в средней части корпус, барабан с кольцевой полостью для размещения уплотнительного жидкостного кольца, осесимметрично установленный на валу внутри корпуса, полый ротор с радиальными выступами на торцах и лопатками в промежутке между указанными выступами, эксцентрично установленный на валу в полости барабана, по меньшей мере одну камеру сгорания и системы питания топливной смесью, охлаждения, смазки трущихся частей и отбора мощности, барабан и ротор кинематически связаны и установлены в корпусе на общем коленчатом валу, который совместно с барабаном кинематически подключен к общей для них системе отбора мощности, при этом в торцевых стенках барабана выполнены окна, из которых первое окно сообщает с атмосферой кольцеобразный зазор между стенкой ротора и коленом коленчатого вала, являющийся частью воздушного тракта системы охлаждения, а второе окно снабжено кольцевой перегородкой, отделяющей воздушный тракт системы охлаждения от тракта подачи топливной смеси или воздуха на приготовление топливной смеси с одной стороны и тракта подачи жидкости для формирования и поддержания уплотнительного жидкостного кольца с другой стороны, ротор с торца, обращенного к первому окну, имеет радиальный выступ в виде сплошного кольцевого гребня постоянного диаметра, а с противоположного торца имеет торцевые радиальные выступы в виде по меньшей мере двух дискретных гребней переменной высоты и секционирован по длине промежуточным кольцевым радиальным гребнем постоянного диаметра на относительно короткую сообщающуюся с системой питания компрессорную зону и более протяженную сообщающуюся с выхлопным трактом расширительную зону, причем в каждой из указанных зон на роторе размещены по меньшей мере по две радиальные лопатки, а в теле ротора выполнены по меньшей мере два перепускных канала, соединяющих указанные зоны и служащих камерами сгорания.

Выполнение камер сгорания непосредственно в теле ротора, ставшее возможным вследствие изменения кинематической схемы ДВС и структуры его газодинамического тракта так, как это описано выше, приводит к тому, что ротор во время работы ДВС находится во фрикционном взаимодействии только с жидкостью в уплотнительном кольце и газовыми потоками. Разделение процессов сжатия топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или воздуха (при внутреннем смесеобразовании с впрыском жидкого горючего в сжатый воздух), сгорания топливной смеси расширения продуктов сгорания с выхлопом приводит к тому, что термодинамический цикл предложенного ДВС весьма близок к аналогичным циклам поршневых ДВС. Отбор мощности на внешнюю нагрузку одновременно от барабана и коленчатого вала способствует стабилизации "жесткости" жидкостного уплотнительного кольца при колебаниях нагрузки. Тем самым создаются необходимые условия для существенного повышения эксплуатационной надежности роторного ДВС, повышения его КПД и устойчивости работы в широком диапазоне колебаний нагрузки и снижения удельного эффективного расхода горючего.

Первое дополнительное отличие заключается в том, что на выходах из компрессорной зоны в служащие камерами сгорания перепускные каналы установлены впускные клапаны. Тем самым практически исключается частичное вытеснение продуктов сгорания в компрессорную зону.

Второе дополнительное отличие заключается в том, что система отбора мощности выполнена на основе дифференциального механизма с одним выходным валом, что наиболее приемлемо при использовании предложенного роторного ДВС для оснащения наземных и надводных транспортных средств.

Третье дополнительное отличие заключается в том, что дифференциальный механизм имеет ведущий конический зубчатый венец, жестко связанный с одной из торцевых стенок барабана, ведомое коническое зубчатое колесо, жестко связанное с выходным валом, ведущую крестовину, жестко связанную с одним из шипов коленчатого вала, и конические сателлитные шестерни, посаженные на пальцы указанной крестовины и сцепленные с ведущим коническим зубчатым венцом барабана и с ведомым коническим зубчатым колесом на выходном валу. Тем самым достигается наиболее простая увязка основных частей предложенного ДВС в единую кинематическую цепь.

Четвертое дополнительное отличие заключается в том, что на каждом из пальцев дифференциального механизма отбора мощности установлены пары жестко связанных между собой конических сателлитных шестерен, при этом в каждой паре одна из таких шестерен сцеплена с ведущим коническим зубчатым венцом барабана, а вторая с ведомым коническим зубчатым колесом на выходном валу. Указанная особенность выполнения дифференциального механизма позволяет подбором передаточных отношений оптимизировать соотношение угловых скоростей барабана, полого ротора, коленчатого вала и выходного вала.

Пятое дополнительное отличие заключается в том, что дифференциальный механизм отбора мощности снабжен мультипликатором крутящего момента с тормозной электромагнитной муфтой, которые установлены совместно в общем жестко связанном с корпусом картере, по меньшей мере нижняя часть которого выполнена из ферромагнитного материала, при этом указанный мультипликатор имеет ведущее жестко связанное с пальцами ведущей крестовины дифференциального механизма и ведомое жестко связанное с ведомым коническим зубчатым колесом дифференциального механизма планетарные зубчатые колеса, сцепленные с сателлитными шестернями, которые установлены на осях, а указанная тормозная муфта имеет жестко связанный с осями сателлитных шестерен мультипликатора первый ферромагнитный тормозной диск, который установлен по скользящей посадке на выходном валу, второй ферромагнитный тормозной диск, который зафиксирован от проворота относительно выходного вала и установлен под картером с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль этого вала, первую и вторую тормозные электромагнитные обмотки, подключенные к источнику электропитания. Тем самым путем управления тормозной муфтой дополнительно обеспечивается возможность увеличения крутящего момента выходного вала при его малых угловых скоростях, включая нулевую.

Шестое дополнительное отличие заключается в том, что дифференциальный механизм имеет ведущий цилиндрический зубчатый венец, жестко связанный с одной из торцевых стенок барабана; водило, имеющее крестовину, жестко связанную с коленчатым валом, и по меньшей мере две оси, жестко связанные с одной стороны с пальцами крестовины, а с другой с тормозным диском; два ведомых планетарных цилиндрических зубчатых колеса разного диаметра, кинематически связанных с выходным валом через встречно включенные обгонные муфты; по меньшей мере два блока сателлитных шестерен, которые посажены с возможностью вращения на указанные оси водила и содержат каждый одну крайнюю шестерню, сцепленную с тормозным диском, одну промежуточную шестерню, сцепленную с одной стороны с указанным ведущим цилиндрическим зубчатым венцом барабана, а с другой с ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом большего диаметра, и вторую крайнюю шестерню, сцепленную с ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом меньшего диаметра; и независимые приводы тормозов, установленные с возможностью взаимодействия с указанными тормозными дисками и с указанным ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом большего диаметра.

Такая форма выполнения дифференциального механизма отбора мощности наиболее предпочтительна в случаях, когда ДВС должен быть реверсируемым без использования дополнительных приспособлений для изменения направления вращения выходного вала.

Седьмое дополнительное отличие заключается в том, что система отбора мощности выполнена с двумя соосными выходными валами, один из которых кинематически связан с коленчатым валом, а второй -с полым барабаном. Тем самым обеспечивается возможность независимой передачи крутящего момента на два предпочтительно соосных же движителя типа воздушных винтов сверхлегкого вертолета или конвертоплана.

Восьмое дополнительное отличие заключается в том, что он снабжен баком для хранения запаса жидкости, используемой для формирования и поддержания уплотнительного жидкостного кольца, причем указанный бак сообщается с полостью барабана трубопроводом. Тем самым обеспечивается относительная независимость двигателя от внешних источников указанной жидкости.

Девятое дополнительное отличие заключается в том, что барабан снабжен аксиальным выступом с кольцевыми полостями, из которых одна заливочная -подключена к основной полости барабана байпасным трубопроводом, а вторая - гидроразгрузочная непосредственно сообщается с той же полостью барабана, и трубопровод для подачи жидкости из бака на выходе снабжен двумя соплами, из которых одно нагнетательное открыто в заливочную кольцевую полость, а второе подпорное открыто в гидроразгрузочную полость в указанном выступе. Тем самым обеспечивается автоматическое поддержание уровня жидкости в уплотнительном жидкостном кольце на всех режимах работы ДВС.

Десятое дополнительное отличие заключается в том, что воздушная часть полости указанного бака подключена воздушным патрубком к компрессору. Тем самым обеспечиваются интенсивное заполнение основной полости барабана жидкостью и ускорение формирования жидкостного кольца при запуске двигателя.

Одиннадцатое дополнительное отличие заключается в том, что двигатель в каждом служащем камерой сгорания перепускном канале между компрессорной и расширительной зонами снабжен автономным приспособлением для зажигания топливной смеси. Тем самым обеспечивается независимость зажигания от внешних источников энергии.

Двенадцатое дополнительное отличие заключается в том, что автономное приспособление для зажигания топливной смеси выполнено в виде расположенной вблизи впускного клапана нормально закрытой при вращении ротора преимущественно сферическим золотником форкамеры. Такая форма выполнения указанного приспособления предпочтительна при внешнем смесеобразования и воспламенении топливной смеси от сжатия.

Тринадцатое дополнительное отличие заключается в том, что автономное приспособление для зажигания топливной смеси выполнено в виде пьезоэлектрического устройства искрового зажигания, которое имеет свечу, по меньшей мере электродная часть которой расположена в перепускном канале, пьезогенератор, электрически связанный с указанной свечой, и механический привод пьезогенератора. Такая форма выполнения указанного приспособления предпочтительна при внешнем смесеобразовании.

Четырнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что система охлаждения выполнена двухконтурной, при этом первый контур, предназначенный для охлаждения коленчатого вала, подшипников ротора и механизма отбора мощности выполнен замкнутым, а второй контур, предназначенный для охлаждения барабана, выполнен разомкнутым. Тем самым создаются предпосылки для наиболее эффективного охлаждения теплонапряженных деталей предложенного роторного ДВС.

Пятнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что замкнутый контур охлаждения содержит побудитель движения хладагента (воздуха с частицами масла) в виде крыльчатки, которая закреплена на аксиальном выступе барабана; улитку, всасывающее окно которой открыто в полость картера механизма отбора мощности; радиатор, на вход которого подключен нагнетательный тангенциальный патрубок указанной улитки; байпасный трубопровод, подключенный на выход указанного радиатора и на вход в зону расположения коленчатого вала, и кольцевой замыкающий канал между коленом коленчатого вала и внутренней дополнительной стенкой ротора. Тем самым обеспечивается сочетание охлаждения и смазки теплонапряженных подшипников коленчатого вала.

Шестнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что коленчатый вал выполнен полым и одним концом обращен к выходу из байпасного трубопровода, а вторым в полость картера, а в стенке его колена в зонах минимума напряжений изгиба выполнены выпускные и всасывающие окна, сообщающиеся с указанным кольцевым замыкающим каналом. Тем самым обеспечивается наиболее эффективное охлаждение коленчатого вала.

Семнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что разомкнутый контур охлаждения содержит побудители движения хладагента (атмосферного воздуха) в виде преимущественно многолопастных крыльчаток, которые закреплены на торцевых стенках барабана; открытый с торцев кожух, укрепленный в корпусе и охватывающий барабан, и кольцевой сборный выхлопной коллектор с по меньшей мере одним выхлопным патрубком. Тем самым обеспечивается наилучший теплоотвод от поверхности барабана.

Восемнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что роторный двигатель снабжен системой порционного впрыска жидкого горючего в служащие камерами сгорания перепускные каналы в роторе, при этом указанная система имеет топливопровод, проходящий сквозь один из шипов коленчатого вала; кольцевую распределительную камеру, выполненную в теле ротора, охватывающую указанный шип и сообщающуюся с указанным топливопроводом; встроенные топливные насосы, которые гидравлически подключены к указанной камере, количество которых равно количеству перепускных каналов в роторе и каждый из которых снабжен на выходе распылителем. Тем самым обеспечивается непосредственная подача жидкого горючего в камере сгорания при внутреннем смесеобразовании.

Девятнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что каждый встроенный насос имеет коленчатый топливопровод, состоящий из питающего "центробежного" и нагнетательного "центростремительного" колен, соединенных перфорированной чашкой, полость которой сообщается с кольцевой полостью барабана, и встречно включенные обратные клапаны, из которых первый расположен перед выходом в указанную перфорированную чашку из питающего колена, а второй во входной части нагнетательного колена. Тем самым обеспечивается наиболее простое дозирование жидкого горючего при впрыске в камеры сгорания.

На фиг. 1 показана кинематическая схема предложенного роторного ДВС; на фиг. 2 предложенный роторный ДВС, продольный разрез; на фиг.3 частичная развертка на плоскость периферийной части полого ротора с гребнями; на фиг.4 - сечение IV-IV с фиг. 2, показывающее предпочтительный вариант формы выполнения полого барабана и взаиморасположения полого барабана и полого ротора; на фиг. 5 схема топливного насоса (в положении "подкачка горючего"); на фиг.6 схема топливного насоса (в положении "впрыск горючего в перепускной канал", служащий камерой сгорания); на фиг.7 предпочтительный вариант выполнения указанного устройства зажигания топливной смеси от сжатия с независимой от впускного клапана форкамерой сжатия и самовоспламенения запальной дозы топливной смеси; на фиг.8 схема автономного пьезоэлектрического устройства зажигания топливной смеси; на фиг.9 схема охлаждения предложенного роторного ДВС; на фиг. 10 схема газодинамических сил, действующих в компрессорной и расширительной зонах на лопатки; на фиг.11 эпюры газодинамических сил, действующих на поверхность ротора; на фиг.12 схема моментов и скоростей дифференциального механизма роторного ДВС (в аксонометрической проекции); на фиг. 13 схема сил, действующих в мультипликаторе крутящего момента (кабинетная проекция); на фиг. 14 схема мгновенных скоростей мультипликатора крутящего момента (кабинетная проекция); на фиг.15 индикаторная диаграмма циклов работы предложенного роторного ДВС; на фиг.16 кинематическая схема механизма отбора мощности в предложенном роторном ДВС с использованием планетарного дифференциального механизма отбора мощности, включающего только цилиндрические зубчатые колеса; на фиг.17 схема мгновенных линейных скоростей звеньев полностью расторможенного планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг. 16, при отборе мощности в нормальном режиме; на фиг.18 схема мгновенных линейных скоростей звеньев планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг.16, при работе в режиме мультипликации крутящего момента; на фиг.19 схема мгновенных линейных скоростей звеньев планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг.16, при работе в режиме "ускорения"; на фиг.20 схема мгновенных линейных скоростей звеньев планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг.16, при работе в режиме реверса.

Предложенный ДВС может быть изготовлен как одно-, так и многосекционным, состоящим из нескольких кинематически взаимосвязанных однотипных блоков. Далее для упрощения он описан в односекционном варианте, который в подготовленном к запуску виде в наиболее предпочтительном исполнении имеет следующие основные части (см. фиг.1): полый корпус 1, полый барабан 2, полый ротор 3, коленчатый вал 4, механизм 5 отбора мощности, показанный далее в предпочтительном варианте в виде дифференциального механизма с подробно описанным далее мультипликатором 6 крутящего момента, снабженным тормозной (преимущественно электромагнитной) муфтой, выходной вал 7, уплотнительно-компрессионную жидкость, приобретающую во время работы ДВС вид жидкостного кольца 8, и стартер 9.

Барабан 2, не обозначенные особо шипы коленчатого вала 4 и механизм 5 отбора мощности, мультипликатор 6 с тормозной муфтой и выходной вал 7 размещены в корпусе 1 роторного ДВС соосно. Ротор 3 установлен на не обозначенном особо колене коленчатого вала 4 эксцентрично относительно барабана 2 (и корпуса 1).

Подшипники, обеспечивающие вращение барабана 2, ротора 3, коленчатого вала 4 и выходного вала 7, для упрощения также особо не обозначены номерами. Однако они хорошо видны на кинематической схеме на фиг.1, а предпочтительные формы их выполнения в виде подшипников качения или подшипников скольжения видны на фиг.2.

Стрелками на кинематической схеме (фиг.1) показаны направления материальных потоков горючего, окислителя (воздуха) и продуктов сгорания (в том числе в виде смеси отработавших газов и охлаждающего воздуха на выхлопе).

Употребляемые далее при характеристике взаиморасположения отдельных частей термины "верхний" и "нижний" (и иные выделенные кавычками термины типа "по высоте" и "слева", "справа" и т.п.) имеют условный характер и указывают лишь на то, где показаны упоминаемые части на фиг.1,2 и т.д. Естественно, что при установке предложенного ДВС на произвольном техническом объекте и в процессе эксплуатации такого объекта реальное пространственное положение частей может быть иным.

Более ясно одна из возможных форм выполнения указанных частей показана на фиг.2.

Так, корпус 1, в частности, выполнен в виде "верхней" и "нижней" торцевых плит 10 и 11, жестко связанных по меньшей мере одной (не показанной здесь для упрощения) перемычкой.

Полный барабан 2 установлен в подшипниках, обоймы которых закре