RU2344298C2 - Роторный двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, камеры сгорания с окнами, впускные и выпускные каналы, а также внутренний и внешний конструктивные узлы. Внутренний и внешний конструктивные узлы размещены в корпусе и образуют основной блок и дополнительный блок. Внутренний конструктивный узел включает кольцевой диск с пазами, в которых размещены лопасти. Внешний конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы основного блока и дополнительного блока. Между коаксиальными цилиндрическими трубчатыми элементами основного блока соответственно большего и меньшего диаметров 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. 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. Окна выполнены в каждой секции камер сгорания. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия роторного двигателя внутреннего сгорания. 4 ил.

Description

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.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

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.

Задачей настоящего изобретения является повышение кпд роторного двигателя внутреннего сгорания.

Эта задача решается за счет того, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем 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, согласно изобретению 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, и тем, что впускные и выпускные каналы соответственно основного и дополнительного блоков выполнены в каждой из частей кольцевого диска с одной стороны от лопастей, а 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.

Заявителем не выявлены технические решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков настоящего изобретения в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения, достигаются важные новые свойства заявленного объекта. Каждая лопасть сжимает полный объем рабочей камеры, а при использовании в качестве камер сжатия рабочих камер того блока (основного или дополнительного), который охватывает другой блок, увеличивается объем сжимаемой рабочей смеси как за счет большего среднего диаметра рабочих камер, так и за счет увеличения амплитуды волнообразной поверхности (расстояния между гребнями и впадинами волны). Таким образом, заявленная машина имеет значительно большую степень сжатия рабочей смеси. В результате значительно повышается кпд двигателя.

Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие настоящего изобретения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - разрез двигателя по оси ротора;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2;

на фиг.4 - аксонометрия камеры сгорания (передний сегмент условно удален).

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, в котором размещены внешний 2 и внутренний 3 конструктивные узлы с возможностью взаимного вращения. В конкретном варианте внешний конструктивный узел 2 установлен на валу 4 и включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, соответственно 5 и 6 основного блока 7, выделенного на фиг.1 пунктиром, и 6, 8 дополнительного блока 9, также выделенного пунктиром. В конкретном примере блок 7 охватывает блок 9, то есть является внешним, а блок 9 - внутренним. Между цилиндрическими трубчатыми элементами 5, 6 и 7, 8 размещены соответственно кольцевые элементы 10, 11 и 12, 13 с волнообразными поверхностями, образующими гребни 14, 15 и впадины 16, 17. Волнообразные поверхности кольцевых элементов обращены друг к другу и эквидистантны. Внутренний конструктивный узел 3 содержит кольцевой диск, разделенный на две части 18 и 19, в пазах 20 которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти 21 (во внешнем блоке) и 22 (во внутреннем блоке). Волнообразные поверхности кольцевых элементов 10-13 совместно с поверхностями цилиндрических элементов 5, 6 и 6, 8 и торцевыми поверхностями частей 18, 19 кольцевого диска образуют рабочие камеры 23 и 24. В каждой части кольцевого диска выполнены впускные 25 и выпускные 26 каналы. Камеры 27 сгорания выполнены в виде цилиндрических стаканов, разделенных перегородками 28 на две секции 29, 30. Камеры сгорания в виде цилиндрических стаканов установлены с возможностью вращения в каждой части 18 и 19 кольцевого диска. Каждая секция камеры сгорания имеет окно 31. В частях 18 и 19 кольцевого диска в зоне окон 31 выполнены нагнетательные отверстия 32 и выпускные отверстия 33. На валу 4 укреплены кольцевые магниты 34, а на дополнительном валу 35 - кольцевые магниты 36 и зубчатые колеса 37, находящиеся в контакте с камерами сгорания 27. Свечи 38 зажигания установлены в гребнях кольцевых элементов с волнообразными поверхностями. Для компенсации изменений длины при различных температурных режимах лопасти 21, 22 снабжены уплотнителями 39. В заявленной конструкции предусмотрены системы охлаждения и смазки, на чертежах не показаны.

Пуск роторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется посредством стартера, на чертежах не показан.

Внешний конструктивный узел 2 вращается в направлении по часовой стрелке (фиг.2), что соответствует его направлению движения вниз на фиг.1 и 3, показанному стрелками на этих рисунках.

Рабочий процесс в ДВС рассмотрим на примере полного рабочего цикла в его правой половине (фиг.3).

При вращении внешнего конструктивного узла 2 (фиг.3) за лопастью 21 (блок 7, фиг.3 верхняя часть рисунка) в рабочей камере 23 создается разрежение, и через впускной канал 26 рабочая камера 23 заполняется свежим зарядом топливовоздушной смеси. Одновременно лопастью 21 сжимается свежий заряд топливовоздушной смеси, заполнивший рабочую камеру 23 в предыдущем цикле и находящийся перед лопастью. Этот заряд через нагнетательное отверстие 32 и окно 31 заполняет секцию 30 камеры сгорания 27. При дальнейшем вращении внешнего конструктивного узла 2 гребень 14 кольцевого элемента 11 с волнообразной поверхностью перемещается за лопасть 21. При этом одновременно северный полюс кольцевого магнита 34 (фиг.2) приближается к северному полюсу кольцевого магнита 36, обеспечивая при их взаимодействии поворот дополнительного вала 35 на 180° и соответственно через зубчатое колесо 37 поворот на 180° камеры сгорания 27. Камера сгорания 27 поворачивается в направлении против движения часовой стрелки, и ее поворот завершается на 180° к моменту расположения гребня 15 за выпускным каналом 26; при этом секция 30 камеры сгорания 27 занимает положение, которое занимала секция 29. В секции 30 воспламеняется посредством свечи 38 сжатая топливовоздушная смесь; сгоревшая смесь расширяется, проходя через окно 31 и выпускное отверстие 33 в рабочую камеру 24, (блок 9, фиг.3, нижняя часть чертежа), оказывая давление на волнообразную поверхность кольцевого элемента 13, который продолжает вращение в заданном направлении и вытесняет отработавшие газы предыдущего рабочего цикла через выпускной канал 26. В конкретном примере герметичность в камерах сгорания 27 обеспечивается пружинами 40. При дальнейшем вращении один полный рабочий цикл в правой половине роторного двигателя внутреннего сгорания завершается и начинается второй рабочий цикл, полностью повторяющий первый и т.д. В левой и правой половинах роторного двигателя внутреннего сгорания рабочие циклы протекают одинаково, но со смещением во времени, обусловленным соответствующим смещением рабочих камер 23 и 24.

Принимая заявленную конструкцию за единичный модуль, можно увеличивать мощность роторного двигателя внутреннего сгорания, объединяя на одном валу несколько модулей.

Claims (1)

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, 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.

Images