Роторный двигатель внутреннего сгорания

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к двигателестроению.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включающий статор, коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, между которыми размещены кольцевые элементы с обращенными друг к другу эквидистантными поверхностями, образованными в виде совокупности ступенчато сопряженных плоскостей; устройство также имеет ротор с лопастями, установленный на валу. Рабочая камера находится между эквидистантными поверхностями кольцевых элементов и коаксиальными поверхностями цилиндров. Часть рабочей камеры в определенный момент выполняет функцию камеры сгорания, US 4401070.

Недостатком устройства является то обстоятельство, что часть воспламененной смеси возвращается в зону сжатия, что обусловливает низкий коэффициент полезного действия (КПД). Кроме того, устройство весьма сложно по конструкции и в изготовлении ввиду наличия внутренних каналов в роторе и статоре.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту US 5551853, содержащий корпус, вал, внутренний и внешний конструктивные узлы, размещенные в корпусе с возможностью взаимного вращения и образующие совместно друг с другом основной блок. Внутренний конструктивный узел включает кольцевой диск с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти. Внешний конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы соответственно большего и меньшего диаметров, между которыми размещены кольцевые элементы с волнообразными поверхностями, образующими гребни и впадины. Волнообразные поверхности кольцевых элементов обращены друг к другу, эквидистантны и совместно с наружной поверхностью цилиндрических трубчатых элементов меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрических трубчатых элементов большего диаметра и торцевыми поверхностями кольцевого диска образуют рабочие камеры. Устройство имеет камеры сгорания с окнами и впускные и выпускные каналы.

Это объясняется тем, что значительная часть воспламененной рабочей смеси выбрасывается в атмосферу через выпускной канал с противоположной свече зажигания стороны ротора. Кроме того, устройство по патенту US 5551853 требует минимум 6 лопастей для полного рабочего цикла двигателя, при этом при сжатии рабочей смеси используется только часть объема рабочей камеры между двумя соседними лопастями. Это обусловливает невысокую степень сжатия рабочей смеси и соответственно также негативно влияет на КПД.

Следует также указать, что часть объема рабочей камеры в зоне зажигания сообщается с частью объема рабочей камеры в зоне сжатия, в результате чего газы, образовавшиеся при сгорании смеси, перемешиваются со свежим зарядом рабочей смеси, ухудшая ее качество и соответственно дополнительно снижая кпд.

Более простую конструкцию имеет роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту US 5595155, содержащий корпус, вал, камеры сгорания с окнами, впускные и выпускные каналы, внутренний и внешний конструктивные узлы, размещенные в корпусе с возможностью взаимного вращения и образующие совместно друг с другом основной блок и дополнительный блок, установленный коаксиально с основным блоком.

Внутренний конструктивный узел двигателя включает кольцевой диск с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти, а внешний конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы основного блока соответственно большего и меньшего диаметров и коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы дополнительного блока. Основной и дополнительный блоки внешнего конструктивного узла имеют общие цилиндрические трубчатые элементы. Кольцевой диск плоскостью, параллельной его торцевым поверхностям, разделен на две части, в которых в зоне окон выполнены нагнетательные и выпускные отверстия соответственно основного и дополнительного блоков. Недостатком прототипа является низкий кпд. Это обусловлено, прежде всего, тем, что сжатая топливовоздушная смесь из камеры, в которой происходит ее сжатие (компрессионная камера), передается в камеру сгорания через вспомогательный объем. При этом суммарный объем, в котором размещается полученная сжатая топливовоздушная смесь, по крайней мере более чем в два раза больше объема камеры сгорания и только часть ее (меньше половины) остается в этой камере сгорания. Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2344298), содержащий корпус, вал, камеры сгорания с окнами, впускные и выпускные каналы, внутренний и внешний конструктивные узлы, размещенные в корпусе с возможностью взаимного вращения и образующие совместно друг с другом основной блок и дополнительный блок, установленный коаксиально с основным блоком, причем внутренний конструктивный узел включает кольцевой диск с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти, внешний конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы основного блока соответственно большего и меньшего диаметров и коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы дополнительного блока, основной и дополнительный блоки имеют общие цилиндрические трубчатые элементы, кольцевой диск плоскостью, параллельной его торцевым поверхностям, разделен на две части, в которых в зоне окон выполнены нагнетательные и выпускные отверстия соответственно основного и дополнительного блоков, отличающийся тем, что между коаксиальными цилиндрическими трубчатыми элементами основного блока соответственно большего и меньшего диаметров размещены кольцевые элементы с волнообразными поверхностями, образующими гребни и впадины, при этом волнообразные поверхности кольцевых элементов обращены друг к другу, эквидистантны и совместно с наружной поверхностью цилиндрических трубчатых элементов меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрических трубчатых элементов большего диаметра и торцевыми поверхностями кольцевого диска образуют рабочие камеры, впускные и выпускные каналы соответственно основного и дополнительного блоков выполнены в каждой из частей кольцевого диска с одной стороны от лопастей, камеры сгорания выполнены в виде цилиндрических стаканов, разделенных перегородками на две секции, и размещены с другой стороны от лопастей в каждой части кольцевого диска с возможностью вращения, при этом окна выполнены в каждой секции камер сгорания.

Данное решение принято за прототип.

Недостатком этого и иных известных решений роторных двигателей в том, что сжатие горючей смеси и расширение горячих газов происходит с помощью лопаток, выдвигаемых и вдвигаемых в ротор. При этом на них действуют большие изгибающие нагрузки. Особенно при воздействии на них горячих газов. При таких больших нагрузках они должны эффективно вдвигаться и выдвигаться из ротора, что может привести к поломке или заклиниванию лопаток. При больших оборотах на них к тому же действует большая центробежная сила, прижимающая их к статору, что вызывает повышенный износ.

Целью заявленного решения является устранение этих недостатков путем применения иной конструкции лопаток. Техническим результатом является улучшение организации процесса смазки двигателя, исключение попадания сгоревших газов в рабочую смесь, повышение КПД.

Указанная цель и результат достигаются за счет того, что роторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из ротора, лопаток, корпусов, впускного отверстия, впускного окна камеры сгорания, впускного клапана, камеры сгорания, свечи зажигания, выпускного клапана, выпускного окна, выпускного отверстия, уплотняющих элементов, отличающийся тем, что состоит из двух однотипных секций: рабочей и управляющей, причем роторы секций жестко закреплены на общем валу и между рабочей полостью и управляющей выполнена перегородка.

Двигатель, конструктивное устройство которого показано на Фиг.1, состоит из ротора 1, лопатки 2, корпуса 3, перегородки 4 между рабочей полостью и управляющей, управляющей полости 5, рабочей полости 6, уплотняющих элементов 7. Расстояние между противоположными стенками корпуса постоянно и равно длине лопатки. Работа механизма основана на том, что при вращении ротора части лопатки, вращающиеся в управляющих полостях, взаимодействуют со стенками корпуса, двигая лопатку. Поэтому часть лопатки, вращающаяся в рабочей полости, не касается стенок и не оказывает давление на стенку корпуса. На стенку действует только небольшое давление уплотняющих элементов. Так как управляющие полости отделены от рабочей полости, то в управляющих полостях можно смазку организовать наилучшим образом. Двигатель внутреннего сгорания состоит из двух секций: вспомогательной - А и рабочей - Б. Роторы секций жестко закреплены на общем валу (см. Фиг.1). Каждая секция (см. схему работы двигателя Фиг.2) состоит из ротора 1, лопаток 2, корпусов 3, впускного отверстия 17, вспомогательной полости 16, впускного окна камеры сгорания 15, впускного клапана 14, камеры сгорания 8, свечи зажигания 9, выпускного клапана 10, выпускного окна 11, рабочей полости 12, выпускного отверстия 13.

Работает двигатель следующим образом. Лопатка 2 в секции А находится перед впускным отверстием 17. Во вспомогательной полости 16 находится горючая смесь от предыдущего цикла. Впускной клапан 14 закрыт, клапан 10 открыт. В секции Б лопатка 2 находится после выходного отверстия. В камере сгорания 8 и рабочей полости 12 находятся остатки сгоревших газов от предыдущего цикла, которые не вышли через выходное отверстие (см. схему работы двигателя Фиг.3). При вращении лопатки 2 в секции А проходит впускное отверстие 17 и делит полость 16 на две части В и Г. В части В происходит засасывание новой порции горючей смеси, а в Г происходит сжатие горючей смеси и вытеснении ее в камеру сгорания 8 через впускное окно 15. Клапан 14 открыт. Клапан 10 закрыт.В секции Б лопатка 2 вращается, не совершая работы. В полости 12 остатки сгоревших газов (см. схему работы двигателя Фиг.4). Вращаясь, лопатка 2 в секции А доходит до впускного окна 6 и полностью вытесняет горючую смесь в камеру сгорания 8. Клапан 14 закрывается. В полости 16 новая порция горючей смеси. В секции Б лопатка 2 проходит выпускное окно 11. Клапан 10 открывается. В камере сгорания 8 происходит воспламенение горючей смеси от свечи зажигания 9. Горячие газы давят на лопатку 2 секции Б, вращая ротор 14 и совершая работу (см. схему работы двигателя Фиг.5). При дальнейшем вращении горячие газы продолжают давить на лопатку 2 секции Б, вращая ротор 14 и деля полость 12 на две части Д и Е. В части Д горячие газы давят на лопатку 2 секции Б, а в части Е сгоревшие газы от предыдущего цикла вытесняются наружу через выпускное отверстие 13. Клапан 10 открыт.В секции А лопатка 2, вращаясь, не совершает никаких действий. В полости 16 горючая смесь. Клапан 14 закрыт (см. схему работы двигателя Фиг.6). Вращаясь, лопатка 2 секции Б проходит выпускное отверстие 13, и горячие газы из камеры сгорания 8 и полости 12 выходят наружу. Клапан 10 открыт. В секции А другой конец лопатки 2 подходит к впускному отверстию 17. Клапан 14 закрыт. В полости 16 горючая смесь. Рабочий цикл закончился. Начинается следующий. Процессы в других парах полостей происходят аналогично. Поэтому не рассматриваются. При вращении ротора за один оборот произойдет 6 циклов. Причем в любой момент времени как минимум в одной полости будет происходить рабочий цикл. Количество полостей в секции может быть другим нечетным. N=1, 3, 5… Лопаток также может быть больше, чем одна. Также длина ротора рабочей полости может быть длиннее вспомогательной. Горячие газы будут расширяться в большем объеме, поэтому температура и давление выхлопных газов перед выходом в атмосферу будет меньше, что увеличит КПД. Сгоревшие газы не будут попадать в рабочую смесь, так как полости сжатия и сгорания разделены.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из ротора, лопаток, корпусов, впускного отверстия, впускного окна камеры сгорания, впускного клапана, камеры сгорания, свечи зажигания, выпускного клапана, выпускного окна, выпускного отверстия, уплотняющих элементов, отличающийся тем, что состоит из двух однотипных секций: рабочей и управляющей, причем роторы секций жестко закреплены на общем валу, и между рабочей полостью и управляющей выполнена перегородка, а расстояние между противоположными стенками корпуса постоянно и равно длине лопатки, причем часть лопатки, вращающаяся в рабочей полости, не касается стенок и не оказывает давление на стенку корпуса.