RU98102924A - Роторный двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Claims (15)

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий внутренний элемент круглого сечения, установленный с возможностью вращения для функционирования в качестве ротора (2) двигателя, и концентричный кольцевой наружный элемент, установленный стационарно для функционирования в качестве статора (1) двигателя, причем указанные ротор (2) и статор (1) взаимно расположены таким образом, что внутренняя боковая поверхность статора (1) по меньшей мере некоторыми своими участками герметично охватывает указанный ротор (2), и указанные ротор (2) и статор (1) выполнены с возможностью относительного вращения вокруг их общей оси, а статор (1) снабжен по меньшей мере двумя камерами (13) сгорания, эквидистантно размещенными по его боковой поверхности, и в каждой камере (13) сгорания имеется по меньшей мере одно выпускное отверстие (14), сообщающееся с указанной боковой поверхностью и ориентированное тангенциально в направлении указанного ротора (2), по меньшей мере одно отверстие (15) подачи топлива, выполненное с возможностью подачи через него в указанную камеру (13) сгорания через заданные интервалы времени определенными порциями, соответствующими формированию смеси, способной к сгоранию, кислорода или воздуха и топлива, а также средства для инициирования или развития зажигания смеси, способной к сгоранию, при этом ротор (2) выполнен таким образом, что образует тело вращения с формой, близкой к кольцевой, и имеющей сквозную внутреннюю полость (4), занимающую осевую зону ротора по всей его длине, тогда как наружное кольцевое тело жестко соединено с центральным валом (21) посредством множества спиц, с обеспечением передачи крутящего момента, а центральный вал (21) выполнен выступающим из указанного тела вращения по меньшей мере на одном его конце с возможностью функционирования в качестве главного вала (21) двигателя, и в указанном кольцевом теле ротора (2) выполнено множество выемок, приспособленных для восприятия газовой струи, создаваемой расширяющимися продуктами сгорания высокого давления, выпускаемыми из указанных камер (13) сгорания через их выпускные отверстия (14) в моменты, когда указанные выемки в процессе вращения ротора (2) относительно статора (1) последовательно временно устанавливаются напротив указанных выпускных отверстий (14), отличающийся тем, что указанный ротор (2) состоит из по меньшей мере двух смежных и идентичных роторных сегментов (20), каждый из которых содержит кольцевой сегмент (23, 23'), а указанные выемки выполнены в каждом кольцевом сегменте (23, 23') указанного ротора (2) таким образом, что образуют по меньшей мере одну группу сквозных каналов (25, 26, 27; 25', 26') расширения, обеспечивающих прохождение указанных продуктов сгорания из указанных выпускных отверстий (14) указанных камер (13) сгорания непосредственно в направлении указанной внутренней полости (4) указанного ротора (2) в интерваль) времени, когда входные отверстия указанных каналов (25, 26, 27; 25', 26') расширения на внешней боковой поверхности указанных роторных сегментов (20) находятся напротив указанных выпускных отверстий (14), расположенных на внутренней поверхности статора (1).

2. Роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый роторный сегмент (20) указанного ротора (2) содержит по меньшей мере одну группу каналов (25, 26, 27; 25', 26') расширения, и входные отверстия каналов (25, 26, 27; 25', 26') расширения, образующих указанную группу (группы), распределены по внешней боковой поверхности указанных роторных сегментов (20) на заданном расстоянии друг от друга.

3. Роторный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждый роторный сегмент (20) состоит из кольцевого сегмента (23) и дисковой крышки (24), которая имеет тот же диаметр, что и указанный кольцевой сегмент (23) и установлена на его боковую поверхность, при этом указанные каналы (25, 26, 27) расширения выполнены в виде каналов с уменьшающимся поперечным сечением, начиная от указанной внешней боковой поверхности указанного кольцевого сегмента (23) и в направлении вращения они ограничены передней и задней стенками, при этом по меньшей мере секции передней стенки в каналах (25, 26, 27) расширения представляют собой, начиная от внешней боковой поверхности ротора (2) криволинейные секции с профилем, сходным с профилем турбинных лопаток.

4. Роторный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждый роторный сегмент (20) состоит из кольцевого сегмента (23'), снабженного кольцевым выступом, проходящим по внешней боковой поверхности этого сегмента, и дисковой крышки (24) которая имеет тот же диаметр, что и указанный кольцевой сегмент (23'), и установлена на его боковую поверхность, при этом указанные каналы (25', 26') расширения выполнены в виде сквозных каналов, расположенных в указанном кольцевом сегменте (23') и в направлении вращения, начиная от их входных отверстий на внешней боковой поверхности сегмента 23', ориентированы тангенциально в направлении вращения, а затем искривляются в обратном направлении и в направлении торца сегмента, выходя на указанную торцевую поверхность кольцевого сегмента (23'), снабженную упомянутым выступом, после чего указанные каналы (25', 26') расширения непосредственно сообщаются с внутренней полостью (4) ротора (2).

5. Роторный двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что камеры (13) сгорания в нем выполнены теплоизолированными, предпочтительно снабженными термостойким керамическим покрытием на внутренней поверхности, при этом выпускные отверстия (14), каналы (25, 26, 27: 25', 26') расширения и роторные сегменты (20) указанного ротора (2), по меньшей мере на своей внешней боковой поверхности, теплоизолированы аналогичным образом и выполнены в виде термостойких элементов двигателя, снабженных термостойким керамическим покрытием.

6. Роторный двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанный статор (1) содержит по меньшей мере два статорных сегмента (10), в которых секторы внутренней боковой поверхности в зонах, где выполнены указанные выпускные отверстия (14) указанных камер (13) сгорания, ориентированные тангенциально относительно указанной боковой поверхности в направлении ротора (2), снабжены средствами уплотнения для формирования плотного контакта между статорными сегментами (10) и ротором (2), но с сохранением возможности их относительного вращения, при этом указанные средства уплотнения снабжены криволинейными заслонками (3), которые введены, предпочтительно под действием пружинных средств в соответствующие гнезда (17), выполненные в выемках внутренней боковой поверхности статорных сегментов (10) на равных расстояниях друг от друга, и каждая криволинейная заслонка (3) снабжена сквозным отверстием (30), с возможностью истечения через него потока продуктов сгорания под высоким давлением из выпускного отверстия (14) соответствующей камеры (13) сгорания в направлении ротора (2) и в каналы расширения (25, 26, 27; 25', 26') в те временные интервалы, когда входные отверстия указанных каналов расширения (25, 26, 27; 25', 26'), распределенные по внешней боковой поверхности роторных сегментов (20) расположены напротив указанных выпускных отверстий (14) на внутренних боковых поверхностях статорных сегментов (10).

7. Роторный двигатель по п. 6, отличающийся тем. что указанные криволинейные заслонки (3) выполнены, как подверженные износу и взаимозаменяемые элементы, изготавливаемые из подходящего углеродного материала, при этом каждая криволинейная заслонка (3) снабжена двумя уплотняющими ребрами (31, 32), имеющими в поперечном сечении форму сегментов круга и выступающими из внутренней поверхности заслонки (3) в виде параллельных линий, расположенных по обе стороны отверстия (30), при этом уплотняющие ребра (31, 32) по форме и размерам согласованы с уплотняющими поверхностями (28, 29) на внешней боковой поверхности по меньшей мере одного роторного сегмента (20), предпочтительно снабженной керамическим покрытием, образуя совместно с указанными уплотняющими поверхностями (28, 29) газонепроницаемое уплотнение.

8. Роторный двигатель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что статор (1) и ротор (2) состоят соответственно из нескольких идентичных по форме статорных сегментов (10) и идентичных по форме роторных сегментов (20), установленных соосно вдоль главного вала (21), каждый из статорных сегментов (10) содержит корпус сегмента (11), торцевая поверхность которого герметично закрыта крышкой (12) сегмента, каждый статорный сегмент снабжен по меньшей мере двумя камерами (13) сгорания, эквидистантно распределенными по его боковой поверхности, и в каждой камере (13) сгорания имеется по меньшей мере одно выпускное отверстие (14), по меньшей мере одно отверстие (15) подачи топлива, а также гнезда (17), приспособленные для установки криволинейной заслонки (3), при этом каждая камера (13) сгорания может содержать дополнительно свечу (16) зажигания, тогда как каждый роторный сегмент (20) состоит из кольцевого сегмента (23) и дисковой крышки (24), которая имеет тот же диаметр, что и указанный кольцевой сегмент (23) и установлена на его боковую поверхность, и указанный роторный сегмент (23) содержит группы из трех последовательно расположенных каналов (25, 26, 27) расширения, соответствующие каждой камере (13) сгорания.

9. Роторный двигатель по п. 8, отличающийся тем, что идентичные по форме роторные сегменты (20) или определенные группы роторных сегментов (20) установлены коаксиально вдоль оси главного вала (21) и взаимно согласованы таким образом, что группы каналов (25, 26 и 27) расширения в указанных роторных сегментах (20) эквидистантно смещены по фазе относительно аналогичных каналов смежных роторных сегментов (20) за счет разворота сегментов вокруг главного вала 21.

10. Роторный двигатель по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые спицы (22) ротора (2) выполнены таким образом, чтобы при работе двигателя они действовали как лопасти вентилятора для создания и поддержания в осевом продувающем и охлаждающем потоке внешнего воздуха зоны пониженного давления, расположенной во внутренней полости (4) указанного ротора (2).

11. Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания по любому из пп. 1 - 10, отличающийся тем, что в камеры (13) сгорания двигателя дискретно подают кислород или воздух и топливо в количествах, зависящих от требуемых реальных рабочих показателей двигателя, и в заданные последовательные временные интервалы, управляемые по меньшей мере в зависимости от количества групп каналов (25, 26, 27; 25', 26') расширения на внешней боковой поверхности ротора (2), их взаимного расположения и действительной угловой скорости ротора (2), для формирования топливной смеси, способной к полному сгоранию в указанных камерах (13) сгорания, герметично закрытых до достижения в них максимального давления в результате сгорания; обеспечивают управляемое или спонтанное зажигание указанной топливной смеси с последующим ее сгоранием путем детонации при постоянном объеме за счет того, что указанные камеры (13) сгорания удерживают в закрытом, газонепроницаемом состоянии до достижения максимального давления продуктов сгорания; осуществляют расширение находящихся под высоким давлением продуктов сгорания предпочтительно в несколько последовательных ступеней, в виде импульсных газовых струй, направляемых тангенциально через выпускные отверстия (14) камер (13) сгорания в каналы (25, 26, 27; 25', 26') расширения, временно устанавливаемых за счет вращения ротора (2) относительно статора (1) напротив указанных впускных отверстий (14) указанных камер (13) сгорания; и выводят расширившиеся продукты сгорания из указанных каналов (25, 26, 27; 25', 26') расширения через внутреннюю полость (4) ротора (2).

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что топливную смесь, способную к полному сгоранию, предпочтительно при детонации в камерах (13) сгорания, приготавливают путем последовательной подачи в указанные камеры (13) сгорания, посредством электронного устройства подачи топлива, воздуха под высоким давлением и жидкого топлива.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что топливную смесь, способную к полному сгоранию, предпочтительно при детонации в камерах (13) сгорания, приготавливают путем подачи в указанные камеры (13) сгорания посредством электронного устройства подачи топлива, кислорода и водорода.

14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что в указанные камеры (13) сгорания дополнительно подают заданные количества воды в моменты, когда сгорание топливной смеси в указанных камерах (13) сгорания завершено.

15. Способ по любому из пп. 11 - 14, отличающийся тем, что осуществляют, особенно в режимах неполной нагрузки или отсутствия нагрузки, приостановку подачи топлива и, по усмотрению, воздуха или кислорода, по меньшей мере в некоторые из камер (13) сгорания и последовательно осуществляют переключение между работающими и временно не работающими камерами (13) сгорания, предпочтительно по сегментам, с тем, чтобы поддерживать распределение тепловой нагрузки и износа по всем камерам (13) сгорания, близкое к равномерному.