EA001431B1 - Роторный двигатель внутреннего сгорания "горник-2м" - Google Patents

Abstract

Двигатель состоит из основного двигателя 1 и дополнительного двигателя-утилизатора 2, размещенных на одном выходном валу 3. И основной двигатель, и утилизатор содержат неподвижный корпус с рабочей камерой расширения и вращающийся в ней ротор, частично взаимодействующие между собой, а также разделитель, взаимодействующий одновременно с корпусом и ротором, причем рабочая поверхность разделителя утилизатора превышает рабочую поверхность основного разделителя. Основной двигатель имеет камеру сгорания, сообщенную с источником топлива и сжатого воздуха, а также выпускное окно. Утилизатор имеет впускное и выпускное окна, при этом его впускное окно сообщено с выпускным окном основного двигателя. Техническая задача изобретения - более полное использование энергии рабочего тела и, как следствие, повышение КПД и снижение удельного расхода топлива.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известны роторные ДВС, содержащие неподвижный корпус с рабочей полостью и размещенным в ней на выходном валу ротором, частично взаимодействующим с корпусом, разделитель, взаимодействующий одновременно с корпусом и ротором, камеру сжатия-сгорания, камеру расширения, выпускное окно, источники топлива и воздуха (например, патент СССР № 1565352 кл. Е 02В 53/00, опубл. 1990).

Недостатком таких двигателей является низкий КПД и низкая удельная мощность, поскольку камера сжатия имеет фиксированный объем, т.е. степень сжатия топливно-воздушной смеси является неизменной на всех режимах работы ДВС, причем воспламенение всей топливно-воздушной смеси происходит только в первой фазе рабочего хода, что приводит к неравномерному распределению давления рабочего тела по периоду рабочего хода.

Наиболее близким к предлагаемому является роторный ДВС Горник-2, содержащий неподвижный корпус с рабочей полостью, в которой на выходном валу установлен ротор, частично взаимодействующий с корпусом, разделитель, взаимодействующий одновременно с корпусом и ротором, камеру сгорания в теле корпуса, камеру расширения в рабочей полости, источник топлива, источник непрерывной подачи сжатого до рабочего состояния воздуха, выпускное окно (патент РФ № 2044139, кл. Е 02В 53/02, опубл. 1995).

Недостатки этого двигателя

а) недостаточно низкий удельный расход топлива и недостаточно высокий КПД из-за того, что не полностью используется энергия рабочего тела, поскольку в момент его выброса в атмосферу по окончании рабочего цикла, еще продолжается процесс его горения и расширения;

б) выброс горящего и обладающего высокой кинетической энергией рабочего тела потребует установки глушителя и пламегасителя, что приведет к дополнительному снижению КПД.

Технической задачей изобретения является дополнительное использование энергии рабочего тела с целью повышения КПД и снижения удельного расхода топлива.

Поставленная задача решается тем, что в роторном ДВС, содержащем основной неподвижный корпус с внутренней рабочей полостью, в которой на выходном валу установлен ротор, частично взаимодействующий с корпусом, разделитель, взаимодействующий одновременно с корпусом и ротором, камеру сгорания, выполненную в теле корпуса, камеру расширения в рабочей полости, источники топлива и непрерывной подачи сжатого воздуха, выпускное окно, он дополнительно снабжен утилизатором, имеющим неподвижный корпус с внутренней рабочей полостью, в которой на выходном валу установлен ротор, частично взаимодействующий с корпусом, разделитель, взаимодействующий с ротором и корпусом одновременно, впускное и выпускное окна, причем ротор утилизатора установлен на одном валу с основным ротором, а впускное окно утилизатора сообщено с выпускным окном основного корпуса, при этом рабочая поверхность разделителя утилизатора превышает рабочую поверхность основного разделителя.

Таким образом, двигатель является двухступенчатым. На первой ступени рабочее тело проходит первый цикл расширения от зажигания до выхлопа в основном корпусе, после чего перетекает в утилизатор, обладая при этом достаточно высокой энергией. В утилизаторе происходит второй цикл расширения рабочего тела, после чего последнее выбрасывается в атмосферу полностью отработанным. Двойной цикл работы каждой порции топливно-воздушной смеси составляет, по меньшей мере, 600°, что позволяет существенно снизить удельный расход топлива. Поскольку оба ротора установлены на одном выходном валу, их крутящий момент суммируется, что позволяет повысить КПД.

Пример осуществления изобретения показан на чертежах, где на фиг. 1 дан общий вид ДВС, продольный разрез (лучший вариант);

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, основной двигатель, поперечный разрез;

на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, утилизатор, поперечный разрез;

на фиг. 4 - схема работы двигателя, первая фаза (утилизатор условно повернут на 180°);

на фиг. 5 - то же, II фаза;

на фиг. 6 - то же, III фаза;

на фиг. 7 - другой вариант исполнения изобретения (схема).

Лучший вариант исполнения изобретения

Роторный ДВС в целом состоит из основного двигателя 1 и утилизатора 2, установленных соосно на одном выходном валу 3.

Основной двигатель 1 (фиг. 2) содержит неподвижный корпус 4 с профилированной внутренней поверхностью 5, образующей рабочую полость 6. В теле корпуса 4 выполнена камера сгорания 7, сообщенная с рабочей полостью 6, а также выпускное окно 8. В камере 7 имеется канал 9 для подачи сжатого воздуха от автономного источника, например компрессора (на чертеже не показан), а также форсунка 1 0 для подачи топлива и свеча зажигания 11. В рабочей полости 6 на выходном валу 3 установлен цилиндрический ротор 1 2, периферийная поверхность которого частично взаимодействует с профилированной поверхностью 5 корпуса. На роторе смонтирована разделительная лопатка 1 3 с пружиной 1 4, которая поджимает лопат ку к поверхности 5 корпуса. На выступе поверхности 5 установлено уплотнение 15.

Утилизатор 2 (фиг. 3) выполнен аналогично основному двигателю и содержит неподвижный корпус 16 с профилированной внутренней поверхностью, в котором образована рабочая полость 17. В корпусе выполнены впускное окно 18 и выпускное окно 19, между которыми на выступе установлено уплотнение 20. В полости 17 на валу 3 установлен цилиндрический ротор 21 с разделительной лопаткой 22, подпружиненной посредством пружины 23 к корпусу и ротору.

Площадь рабочей поверхности разделительной лопатки 22 превышает площадь рабочей поверхности лопатки 13.

Впускное окно 1 8 утилизатора сообщено с выпускным окном 8 основного двигателя посредством канала 24.

Описанный ДВС работает следующим образом.

В камеру сгорания 7 через канал 8 постоянно поступает сжатый до рабочего состояния воздух, а также топливо через форсунку 1 0, причем их соотношение может быть регулируемым. От свечи зажигания 11 происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, продукты сгорания (рабочее тело), расширяясь внутри камеры 6, воздействуют на лопатку 13, приводя в движение ротор 12. При этом продолжается подача топлива и сжатого воздуха в постоянно расширяющееся пространство рабочей камеры 6, составляющей, по меньшей мере, 300° оборота ротора.

Рабочее тело, прошедшее полный цикл расширения в камере 6, через выпускное окно 8, канал 24 и впускное окно 1 8 поступает в рабочую камеру 1 7 утилизатора, продолжая при этом гореть и расширяться, воздействуя на лопатку 22 и приводя в движение ротор 21. Поскольку ротор 21 сидит на одном валу 3 с ротором 1 2, крутящий момент, создаваемый обоими роторами, суммируется.

Первая фаза совместной работы основного двигателя и утилизатора (фиг. 4) протекает в интервале от перепуска рабочего тела из камеры 6 в камеру 1 7 до прохождения лопатки 1 3 через уплотнение 15, при этом в момент перепуска суммарный крутящий момент является максимальным, поскольку еще продолжается первая ступень расширения в камере 6 и одновременно начинается вторая ступень расширения в камере 17. Далее, лопатка 13, взаимодействуя с выступом профилированной поверхностью 5, начинает утапливаться, ее рабочая поверхность уменьшается, давление в камере 6 снижается, соответственно уменьшается крутящий момент на валу 3 от ротора 1 2. В камере 1 7 утилизатора в это время рабочее тело продолжает расширяться, вращая ротор 21, т.е. крутящий момент на валу 3 создается только ротором 21 (70-90°).

Вторая фаза работы установки (фиг. 5) начало нового цикла в основном двигателе 1 , т. е. переход лопатки 1 3 через камеру сгорания 7. Эта фаза характерна тем, что рабочее тело предыдущего цикла находится не только в камере 1 7 за лопаткой 22, но и в камере 6 перед лопаткой 13, т.е. воздействует на лопатки 13 и 22 в противоположных направлениях. Поскольку рабочая поверхность лопатки 22 превышает рабочую поверхность лопатки 13, на валу 3 образуется положительный крутящий момент от ротора 21, который суммируется с постоянно нарастающим крутящим моментом нового цикла вращения ротора 1 2. Вторая фаза продолжается 200-250° и заканчивается открытием выхлопного окна 1 9 утилизатора и переходом через него лопатки 22. Практически полностью отработанное рабочее тело предыдущего цикла, пройдя две ступени расширения (~600°), выбрасывается в атмосферу.

Третья фаза работы ДВС (фиг. 6) - от выброса отработанного рабочего тела из камеры 1 7 до поступления в эту камеру новой порции рабочего тела из камеры 6. Эта фаза характерна тем, что отсутствует давление в камере 1 7, а также в камере 6 перед лопаткой 13. Крутящий момент на валу 3 образуется от ротора 1 2 без противодействия ротора 21 . Эта фаза заканчивается с переходом лопатки 1 3 через выпускное окно 8 и лопатки 22 через впускное окно 18.

Цикл повторяется.

Изобретение может иметь иные варианты конструктивного исполнения. На фиг. 7 показан роторный ДВС, в котором и основной двигатель и утилизатор содержат неподвижный корпус 25 с цилиндрической внутренней поверхностью, в котором вращается ротор 26, имеющий профилированную периферийную поверхность, частично взаимодействующую с корпусом. При этом разделитель 27 установлен с возможностью перемещения на корпусе и взаимодействует с ротором.

Изобретение имеет промышленную применимость, поскольку может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии.

Claims (2)

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания Горник-2М, содержащий неподвижный корпус с рабочей полостью, в которой на выходном валу установлен ротор, частично взаимодействующий с поверхностью корпуса, разделитель, взаимодействующий одновременно с корпусом и ротором, камеру сгорания в теле корпуса, камеру расширения в рабочей полости корпуса, источник топлива, источник сжатого воздуха, выпускное окно, отличающийся тем, что он снабжен утилизатором, в свою очередь содержащим неподвижный корпус с рабочей полостью, в которой на выходном валу установлен ротор, частично взаимодействующий с поверх5 ностью корпуса, разделитель, взаимодействующий одновременно с корпусом и ротором, впускное и выпускное окна, причем ротор утилизатора установлен на одном валу с основным ротором, а впускное окно утилизатора сообщено с выпускным окном основного корпуса, при этом рабочая поверхность разделителя утилизатора превышает рабочую поверхность основного разделителя.

   Фиг. 4

   Источники информации, принятые во внимание.

   1. Патент СССР № 1565352, кл. Р 02В 53/00, опубл. 1990.
2. 2. Патент РФ № 2044139 кл. Р 02В 53/02, опубл. 1995 - прототип.