Патент на изобретение №2272910

(54) РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к роторным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит неподвижный корпус с рабочей и компрессорной секциями, в которых установлены цилиндрические роторы с лопастью в компрессорной секции и с пазами в рабочей секции. Рабочие секции содержат шарнирные упоры, сопряженные с поверхностью ротора и профилированными поверхностями кулачков толкателей. В торцевых стенках ротора установлены лопатки подачи воздуха для охлаждения ротора, в корпусе каждой рабочей секции выполнены впускные каналы с впускными клапанами и установлены форсунки для подачи топлива. Процесс сжатия воздуха и процесс сгорания рабочей смеси происходят в раздельных секциях, а рабочие камеры образованы поверхностью ротора, профилированной поверхностью корпуса с равномерно по окружности расположенными выступами и аналогичным образом расположенными впадинами и поверхностью подпружиненного поршня-лопасти. 5 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Известна силовая установка роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащая статор с профилированной направляющей в виде замкнутой кривой переменного радиуса, ротор, уплотнительные пластины, установленные в роторе с возможностью радиального перемещения, взаимодействующие с выступами и впадинами профилированной направляющей и образующие вместе с неподвижными дисками рабочие камеры с зонами впуска и нагнетания, рабочие камеры впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, всасывания-сжатия и перепуска топливной смеси, свечи зажигания, размещенные в статоре в начальных зонах камер впуска-воспламенения топливной смеси и выпуска отработавших газов, перепускные каналы (см. описание изобретения к патенту RU №2126898 С1, МПК F 02 В 53/02, F 01 С 1/344, 1996 г.).

Технический недостаток установки: повышенный износ корпуса и пластин при перемещении пластин к оси ротора из-за наличия перепада давления в полостях до и после пластин, что снижает КПД установки.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с внутренней профилированной рабочей поверхностью с двумя выступами и двумя впадинами, цилиндрический полый ротор с двумя диаметрально противоположно расположенными радиальными пазами, в которых установлены с возможностью радиального перемещения подпружиненные прямоугольные поршни-лопасти, концы которых закруглены и сопряжены с внутренней профилированной рабочей поверхностью корпуса с образованием вместе с торцевыми стенками корпуса и поверхностью ротора двух рабочих камер, которые через входные отверстия в поршнях-лопостях соединены с подпоршневыми полостями, впускное и выпускное окна в корпусе для осуществления газообмена (см. описание изобретения к патенту СССР №1565352, МПК F 02 В 53/00, публикация 15.05.1990 г.).

Недостатком этого известного роторного двигателя, принятого за прототип, также являются повышенный износ поршней-лопостей, профилированной рабочей поверхности корпуса, пазов ротора и соответственно пониженный КПД двигателя.

Задачей заявляемого изобретения является повышение КПД роторного двигателя.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в предложенной конструкции роторного двигателя, содержащей неподвижный корпус с по крайней мере одной рабочей секцией и компрессорной секцией, в свою очередь содержащей как минимум один подпружиненный поршень-выступ, поверхность которого сопряжена с профилированной поверхностью ротора, установленный в радиальном пазу корпуса посредством седла с возможностью радиального перемещения до упора в верх седла, в боковых стенках которого выполнены перепускные каналы, штангами соединенный с упором, поверхности которого сопряжены с шарнирами толкателей, жестко закрепленных на оси в неподвижных опорах корпуса, вторым шарниром сопряженных с профилированной поверхностью кулачков, неподвижно закрепленных на роторе, крышки корпуса с подшипниковыми опорами, в которых вращается цилиндрический ротор с как минимум одной лопастью в компрессорной секции и с пазами в рабочей секции, в которых установлены посредством седла поршни-лопасти с возможностью радиального перемещения до упора в верх седла, в боковых стенках которого выполнены выпускные окна. Поршни-лопасти в каждой секции равномерно смещены от поршней-лопастей соседней секции. Секции ограничены от торцевых сторон и друг от друга уплотнительными кольцами, расположенными попарно в пазах ротора. Разъемы колец развернуты диаметрально друг от друга. Концы лопастей закруглены и сопряжены с внутренней профилированной поверхностью корпуса. Рабочие камеры через калиброванные отверстия в поршнях-лопастях соединены с подпоршневыми полостями. На гребнях выступов, поршней-лопастей, поршня-выступа установлены в их пазах уплотнения параллельно оси двигателя. Во впадинах выполнены перепускные каналы. Рабочие секции содержат шарнирные упоры, сопряженные с поверхностью ротора и профилированными поверхностями кулачков толкателей, которые подвижно закреплены на осях в неподвижных опорах ротора и упорной шарнирной поверхностью сопряжены с упорами поршня-лопасти. В торцевых стенках ротора установлены лопатки подачи воздуха для охлаждения ротора. В корпусе каждой рабочей секции выполнены впускные каналы с впускными клапанами и установлены форсунки для подачи топлива. В корпусе компрессорной секции на впускных каналах установлены впускные и на выпускных каналах – выпускные клапаны. На одном конце ротора выполнен зубчатый венец для раскручивания ротора от стартера. Процесс сжатия воздуха и процесс сгорания рабочей смеси происходят в раздельных секциях. Рабочие камеры образованы поверхностью ротора, профилированной поверхностью корпуса с равномерно по окружности расположенными выступами и аналогичным образом расположенными впадинами и поверхностью подпружиненного поршня-лопасти.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания, общий вид в продольном разрезе;

на фиг.2 – то же, поперечный разрез А-А;

на фиг.3 – то же, поперечный разрез Б-Б;

на фиг.4 – то же, поперечный разрез В-В;

на фиг.5 – то же, поперечный разрез Г-Г.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус 1 с компрессорной секцией I и по крайней мере с одной рабочей секцией II, крышки корпуса 2, 3 с подшипниковыми опорами 4, 5, в которых вращается цилиндрический ротор 6 с по крайней мере одной лопастью 7 в компрессорной секции и с пазами 8 в рабочей секции. Рабочие секции корпуса имеют внутреннюю профилированную рабочую поверхность с как минимум двумя равномерно по окружности расположенными выступами 9 и аналогичным образом расположенными впадинами 10. В пазах 8 ротора 6 посредством седла 11 с возможностью радиального перемещения до упора 12 в верх седла установлены поршни-лопасти 13. В боковых стенках седла 11 выполнены выпускные окна 14. На гребнях выступов и поршней – лопастей установлены в их пазах уплотнения 15, 16 параллельно оси двигателя. Во впадинах выполнены перепускные каналы 17. В торцевых стенках ротора установлены лопатки 18, 19 подачи воздуха для охлаждения ротора. На одном конце ротора выполнен зубчатый венец 20 для раскручивания ротора от стартера. Поршни-лопасти в каждой секции равномерно смещены от поршней-лопастей соседней секции. Концы лопастей закруглены и сопряжены с внутренней профилированной поверхностью корпуса с образованием вместе с поверхностью ротора рабочих камер. Рабочие камеры через калиброванные отверстия 21 в поршнях-лопастях соединены с подпоршневыми полостями. Секции ограничены от торцевых сторон и друг от друга уплотнительными кольцами 22, расположенными попарно с двух сторон. Разъемы колец развернуты диаметрально друг от друга.

Рабочие секции корпуса содержат шарнирные упоры 23, сопряженные с поверхностью ротора и профилированными поверхностями кулачков 24 толкателей 25. Толкатели подвижно закреплены на осях 26 в неподвижных опорах 27 ротора. Вторым шарниром 28 толкатель сопряжен с упором 29 поршня-лопасти.

Компрессорная секция содержит подпружиненный поршень-выступ 30, поверхность которого сопряжена с профилированной поверхностью ротора. Лопасть 7 сопряжена с поверхностью корпуса 1, в котором выполнен перепускной канал 31. Штангами 32 поршень-выступ соединен с упором 33, поверхность которого сопряжена с шарнирами толкателей 34, 35, которые жестко закреплены на оси 36. Второй шарнир 37 толкателя поочередно сопряжен с профилированной поверхностью кулачков 38, неподвижно закрепленных на роторе. Поршень-выступ 30 установлен в радиальном пазу 39 корпуса посредством седла 40 с возможностью радиального перемещения до упора 41 в верх седла, в боковых стенках которого выполнены перепускные каналы 42.

Двигатель дополнительно содержит установленные в корпусе каждой рабочей секции впускные каналы 43 с впускными клапанами (на чертеже не показаны) и форсунки для подачи топлива (на чертеже не показаны). В корпусе компрессорной секции на впускных каналах 44 установлены впускные клапаны (на чертеже не показаны), на выпускных каналах 45 установлены обратные клапаны (на чертеже не показаны). Обеспечение рабочих камер сжатым воздухом осуществляется через ресивер (на чертеже не показан).

Роторный двигатель работает следующим образом. В рабочей секции при вращении ротора 6 поршни-лопасти 13 совершают возвратно-поступательное движение под воздействием на них сил инерции, упругости пружин, давления выхлопных газов и реакции со стороны упоров 23 от положения “закрыто”, при котором они упираются в верх седла 11, до положения “открыто “, при котором происходит удаление выхлопных газов. Движение из положения “закрыто” в положение “открыто” начинается в момент прохождения поршнем-лопастью перепускных каналов 17, когда происходит уравнивание давлений до и после и лопасти, увеличивается площадь поршня, находящаяся под давлением и воспринимающая радиальное усилие. Переместившись в положение “открыто” поршень-лопасть проходит выступ 9. После выпуска выхлопных газов через открывшиеся выпускные окна 14 давление в надпоршневой зоне снижается до атмосферного и под совместным действием пружин и сил инерции начинается движение поршня-лопасти из положения “открыто” в положение “закрыто”. Своевременность перемещения поршня-лопасти дублируется механической системой. В момент начала движения поршня-лопасти из положения “закрыто” в положение “открыто” происходит контакт кулачка 24 толкателя 25 с шарнирным упором 23. Последний воздействует через кулачок 24 на толкатель 25, перемещение которого ограничивается движением относительно оси 26. Толкатель 25 шарнирным упором 28 воздействует на упор 29 поршня-лопасти 13, перемещая его в положение “открыто” и удерживая в этом положении до момента прохождения выступа 9, совпадающего с моментом прохождения кулачком 24 упора 23. Кулачок 24 прекращает воздействовать на упор 29 поршня-лопасти и последний перемещается в положение “закрыто”. Открывается впускной клапан (на чертеже не показан) и через впускной канал 43 в рабочую полость подается сжатый воздух из ресивера (на чертеже не показан). Впускной клапан закрывается и через форсунку (на чертеже не показана) производится впрыск топлива. Начинается рабочий ход. При этом из полости, находящейся за лопастью поршня-лопасти, происходит удаление оставшихся выхлопных газов через калиброванное отверстие 21 поршня-лопасти в подпоршневую полость и далее в выхлопные окна. Таким образом происходит работа одновременно всех рабочих камер рабочей секции. В других рабочих секциях рабочий цикл совершается аналогично, но со сдвигом на определенный угол поворота ротора. Восполнение расходуемого воздуха в ресивере производит компрессорная секция. При вращении ротора 6 в полости перед лопастью 7 происходит сжатие воздуха, а полость за лопастью через открытый впускной клапан (на чертеже не показан) по впускному каналу 44 наполняется атмосферным воздухом. При наборе давления в полости перед лопастью 7, большего чем в ресивере, происходит наполнение последнего воздухом через выпускной канал 45 и обратный клапан (на чертеже не показан). В момент прохождения лопастью 7 перепускного канала 31 закрывается впускной клапан, давление с обеих сторон лопасти 7 и поршня-выступа 30 выравнивается. За счет добавленной площади поршня-выступа, находящейся под давлением воздуха, увеличивается радиальное усилие на последний и происходит перемещение его из положения “закрыто” в положение “открыто”. Через перепускной канал воздух поступает в подпоршневое пространство и по мере выравнивания давления после прохождения лопастью 7 поршня-выступа 30 под действием пружины последний возвращается в положение “закрыто”. Впускной клапан открывается. Управление процессом движения поршня-выступа 30 дублируется механической системой. В момент прохождения лопасти 7 перепускного канала 31 кулачок 38 воздействует на шарнирный упор 37, перемещение которого ограничивается осью 36. Шарниры 34, 35 толкателя воздействуют на упор 33, который через штанги 32 воздействует на поршень-выступ, перемещая его в положение “открыто” и удерживая в этом положении до момента прохождения лопастью 7 поршня-выступа 30, совпадающего с моментом прохождения кулачка 38 шарнирного упора 37. Кулачок 38 прекращает воздействовать на толкатель и через него на упор 33 поршня выступа. Последний перемещается в положение “закрыто”.

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с по крайней мере одной рабочей секцией и компрессорной секцией, в свою очередь содержащей как минимум один подпружиненный поршень-выступ, поверхность которого сопряжена с профилированной поверхностью ротора, установленный в радиальном пазу корпуса посредством седла с возможностью радиального перемещения до упора в верх седла, в боковых стенках которого выполнены перепускные каналы, штангами соединенный с упором, поверхности которого сопряжены с шарнирами толкателей, жестко закрепленных на оси в неподвижных опорах корпуса, вторым шарниром сопряженных с профилированной поверхностью кулачков, неподвижно закрепленных на роторе, крышки корпуса с подшипниковыми опорами, в которых вращается цилиндрический ротор с как минимум одной лопастью в компрессорной секции и с пазами в рабочей секции, в которых установлены посредством седла поршни-лопасти с возможностью радиального перемещения до упора в верх седла, в боковых стенках которого выполнены выпускные окна, поршни-лопасти в каждой секции равномерно смещены от поршней-лопастей соседней секции, секции ограничены от торцевых сторон и друг от друга уплотнительными кольцами, расположенными попарно в пазах ротора, разъемы колец развернуты диаметрально друг от друга, концы лопастей закруглены и сопряжены с внутренней профилированной поверхностью корпуса, рабочие камеры через калиброванные отверстия в поршнях-лопастях соединены с подпоршневыми полостями, на гребнях выступов, поршней-лопастей, поршня-выступа установлены в их пазах уплотнения параллельно оси двигателя, во впадинах выполнены перепускные каналы, рабочие секции содержат шарнирные упоры, сопряженные с поверхностью ротора и профилированными поверхностями кулачков толкателей, которые подвижно закреплены на осях в неподвижных опорах ротора и упорной шарнирной поверхностью сопряжены с упорами поршня-лопасти, в торцевых стенках ротора установлены лопатки подачи воздуха для охлаждения ротора, в корпусе каждой рабочей секции выполнены впускные каналы с впускными клапанами и установлены форсунки для подачи топлива, в корпусе компрессорной секции на впускных каналах установлены впускные и на выпускных каналах – выпускные клапаны, на одном конце ротора выполнен зубчатый венец для раскручивания ротора от стартера, процесс сжатия воздуха и процесс сгорания рабочей смеси происходят в раздельных секциях, рабочие камеры образованы поверхностью ротора, профилированной поверхностью корпуса с равномерно по окружности расположенными выступами и аналогичным образом расположенными впадинами и поверхностью подпружиненного поршня-лопасти.

РИСУНКИ