роторный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий роторные нагнетательную и расширительную машины, корпус с газораспределительными каналами и цилиндрические полости, рабочий вал и установленные на валу роторы, причем роторы размещены в полостях корпуса эксцентрично с образованием в полостях корпуса рабочих камер сгорания переменного объема, отличающийся тем, что на рабочем валу закреплен маховик, роторы выполнены цилиндрическими и эксцентрично размещены на валу, а сам вал расположен соосно цилиндрической полости корпуса, содержит предварительную камеру сгорания с возможностью ее замены, а основная камера сгорания образована цилиндрической полостью корпуса, наружной поверхностью ротора и качающимися заслонками, в которых смонтированы уплотнительные пластины и шарниры, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами, при этом каждая из камер поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик, смонтированный на рабочем валу, который взаимодействует с роликом, установленным на оси кронштейна, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу крепления качающихся заслонок, при этом регулировка зазоров между шарнирами качающихся заслонок и роторами осуществляется посредством кронштейна, регулировочного винта и рычага, а газораспределительные каналы связаны с всасывающими и выхлопными клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом, кинематически связанным с рабочим валом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания, а именно к роторным двигателям, может быть использовано в автомобильной промышленности и машиностроении.

Известна роторная машина, содержащая корпус ротор с подвижными лопастями, размещенный в корпусе с образованием рабочих камер, разделитель и кулачковый механизм перемещения лопастей, с целью расширения области использования путем обеспечения регулирования цикловой производительности машина снабжена кольцевым поршнем с продольным пазом, ротор имеет поперечный кольцевой выступ с радиальными прорезями и размещен в корпусе с образованием между выступом, ротором и корпусом кольцевой полости, лопасти расположены в прорезях с возможностью перемещения вдоль оси ротора, кулачковый механизм установлен с возможностью осевого перемещения и кинематически связан с поршнем, последний расположен в кольцевой полости, а разделитель закреплен с возможностью его ввода в паз поршня, причем рабочие камеры образованы между радиальным выступом, ротором, корпусом и одним из торцов поршня, а между другим его торцом, ротором и корпусом образована камера регулирования, сообщенная с источником переменного давления (См. авторское свидетельство №1618903, 5 F 01 С 1/16, бюл.№1, 1991 г.).

Признаки, совпадающие: содержит корпус, ротор с образованием рабочих камер, кулачковый механизм.

Причины, препятствующие поставленной задаче: сложность конструкции, обусловленная наличием подвижных лопастей и кинематической связи с кольцевым поршнем, что приводит к дополнительному трению лопастей в пазах при восприятии нагрузок в период сгорания рабочей смеси, наличие поршня и значительных возвратно-поступательных перемещениях рабочих звеньев, сложность изготовления, что ухудшает условия монтажа и эксплуатации и снижает надежность.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической внутренней полостью, круговой цилиндрический ротор с лопастями и уплотнительными пластинами, причем лопасти имеют тангенциальные выступы и пазы, в которых установлены уплотнительные пластины, с целью повышения надежности, долговечности и КПД двигателя, а также упрощения конструкции, в нем лопасти в роторе расположены тангенциально, так что их выступы направлены по ходу вращения ротора и имеют внешнюю цилиндрическую поверхность с радиусом, равным по величине радиусу ротора, в роторе выполнены выемки, наружные поверхности которых сопряжены с внутренней поверхностью соответствующей лопасти с возможностью расположения выступов в выемках ротора заподлицо с внешней его поверхностью, а корпус выполнен с овалообразным поперечным сечением в виде двух полуокружностей одинакового диаметра, сопряженных прямыми линиями (См. авторское свидетельство №1784068, 5 F 02 В 53/00, бюл. №47, 1992 г.).

Признаки, совпадающие: содержащит корпус с цилиндрической внутренней полостью, круговой цилиндрический ротор, имеет внешнюю цилиндрическую поверхность с радиусом и уплотнительные элементы.

Причины, препятствующие поставленной задаче: сложность конструкции, обусловленная наличием лопастей, что приводит к дополнительному трению, усложняет конструкцию и снижает надежность, конструктивная сложность корпуса, отсутствие регулировки и настройки снижает эксплуатационные характеристики.

В качестве наиболее близкого аналога принят известный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий роторные нагнетательную и расширительные машины, каждая из которых имеет корпус с газораспределительными каналами, цилиндрической полостью и выемкой на ее поверхности, рабочий вал и установленный на валу ротор с рычагами-поршнями, шарнирно связанными между собой ротором и неподвижной осью, закрепленной в корпусе, причем ротор каждой машины размещен в полости корпуса эксцентрично с возможностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, а выемки в корпусе обеих машин выполнены с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их роторов, шарнир связи ротора и рычагов-поршней выполнен в виде установленной в роторе втулки с диаметральным отверстием, сопряженным с поршнем-рычагом, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, одну камеру сгорания, выполненную с возможностью периодического сообщения с форсункой и через нагнетательный газораспределительный канал с нагнетательной машиной, с целью повышения эффективности смесеобразования и сгорания камера сгорания расположена в теле ротора и выполнена в виде выемки на его поверхности, а выходные окна нагнетательного канала и отверстия форсунки расположены на поверхности выемки корпуса расширительной машины, последовательно по ходу вращения ротора, причем выемка в корпусе и нагнетательный канал расположены в соответствии со следующим неравенством: ₂< ₃ - угловое расстояние между передней кромкой окна нагнетательного канала и передней кромкой выемки корпуса, по ходу вращения ротора; ₂ - угловое расстояние между наиболее удаленными кромками камеры сгорания в сечении, перпендикулярном оси ротора; ₃ - угловое расстояние между задней кромкой окна нагнетательного канала и задней кромкой выемки корпуса, по ходу вращения ротора, дополнительно снабжен продувочным каналом, связанным с выходом нагнетательной машины, его выходное окно расположено между передней кромкой выемки корпуса и передней кромкой окна нагнетательного канала по ходу вращения ротора, а с целью повышения его ресурса и герметичности рабочей полости за счет возможности увеличения толщины поршня-рычага втулка шарнира выполнена ступенчатой, а ее боковые части имеют диаметр, меньший, чем диаметр ее центральной части, в которой выполнено отверстие для поршня рычага, а ротор выполнен в осевом направлении с большим размером, чем размер рабочей полости на величину, по меньшей мере, равную длине боковых частей шарниров, а на части ротора, расположенной за пределами рабочей полости, выполнено уплотнение, и с целью повышения теплоиспользования он дополнительно снабжен регенеративным теплообменником, расположенным в нагнетательном канале, а на выхлопном канале установлена поворотная заслонка с возможностью регулирования подачи отработавших газов к регенеративному теплообменнику (См. авторское свидетельство №1665052, 5 F 02 В 53/02, бюл. №27, 1991 г.).

Признаки, совпадающие: содержащий роторные нагнетательную и расширительные части, корпус с газораспределительными каналами, цилиндрическую полость, рабочий вал и установленный на валу ротор, причем ротор размещен в полости корпуса эксцентрично с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, имеет камеру сгорания.

Причины, препятствующие поставленной задаче: конструктивная сложность, обусловленная наличием рычагов-поршней, шарнирной связью с неподвижной осью, сложность изготовления, регулировки и настройки, наличие возвратно-поступательных звеньев со значительным ходом, пониженный коэффициент полезного действия, что снижает надежность и функциональные возможности.

Задачей предложенного изобретения является повышение надежности, экономичности и КПД, упрощение конструкции, а также обеспечение удобства эксплуатации.

Технический результат заключается в том, что роторный двигатель внутреннего сгорания содержит роторные нагнетательную и расширительные машины, корпус с газораспределительными каналами и цилиндрические полости, рабочий вал и установленные на валу роторы, причем роторы размещены в полостях корпуса эксцентрично с образованием в полостях корпуса рабочих камер сгорания переменного объема, на рабочем валу закреплен маховик, роторы выполнены цилиндрическими и экцентрично размещены на валу, а сам вал расположен соосно цилиндрической полости корпуса, содержит предварительную камеру сгорания с возможностью ее замены, а основная камера сгорания образована цилиндрической полостью корпуса, наружной поверхностью ротора и качающимися заслонками, в которых смонтированы уплотнительные пластины и шарниры, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами, при этом каждая из камер поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик, смонтированный на рабочем валу, который взаимодействует с роликом, установленном на оси кронштейна, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу крепления качающихся заслонок, что дает повышение надежности, экономичности и КПД и увеличивает срок службы узлов и механизмов.

Регулировка зазоров между шарнирами качающихся заслонок и роторами осуществляется посредством кронштейна, регулировочного винта и рычага за пределами камер сгорания, что улучшает обеспечение удобства регулировок и эксплуатации.

Также газораспределительные каналы, связанные с всасывающими и выхлопными клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом, кинематически связанным с рабочим валом, обеспечивают надежность работы.

Предлагаемый роторный двигатель внутреннего сгорания поясняется чертежами: фиг.1 представлен разрез двигателя; фиг.2 разрез А-А фиг.1 и фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит роторные нагнетательную и расширительные машины, корпус 1 с газораспределительными каналами и цилиндрические полости 2, рабочий вал 3 и установленные на валу 3 роторы 4, причем роторы 4 размещены в полостях корпуса 2 эксцентрично с образованием в полостях корпуса рабочих камер сгорания 5 переменного объема, на рабочем валу 3 закреплен маховик 10, роторы 4 выполнены цилиндрическими и экцентрично размещены на валу 3, а сам вал 3 расположен соосно цилиндрической полости 2 корпуса 1, содержит предварительную камеру сгорания 7 с возможностью ее замены, а основная камера сгорания 5 образована цилиндрической полостью 2 корпуса 1, наружной поверхностью ротора 4 и качающимися заслонками 8, в которых смонтированы уплотнительные пластины 9 и шарниры 6, посредством последних осуществляется сопряжение с роторами 4, при этом каждая из камер сгорания 5 поступательно является нагнетательной и расширительной по циклу работы, дополнительно содержит внешний эксцентрик 15, смонтированный на рабочем валу 3, который взаимодействует с роликом 16, установленном на оси 17 кронштейна 20, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе 1 валу 11 крепления качающихся заслонок 8, при этом регулировка зазоров между шарнирами 6 качающихся заслонок 8 и роторами 4 осуществляется посредством кронштейна 20, регулировочного винта 18 и рычага 19, а газораспределительные каналы связаны с всасывающими 12 и выхлопными 13 клапанами, приводимыми в действие дополнительно смонтированным в корпусе кулачковым валом 14, кинематически связанным с рабочим валом 3.

Работа двигателя

Начало работы (запуск) осуществляют, например, посредством стартера (не показано), при этом осуществляется поворот рабочего вала 3, на котором установлены роторы 4, которые при вращении в соответствующей цилиндрической полости 2 корпуса 1 создают разрежение в камерах сгорания: предварительная камера сгорания 7, назначение которой является первоначальный впрыск топлива с завихряющим горением рабочей смеси с последующим переходом процесса горения в основную камеру сгорания 5, образованную между качающимися заслонками 8, наружными поверхностями роторов 4 и цилиндрической полостью корпуса 2, создает разрежение и производит через всасывающие клапаны 12 всасывание воздуха, который дополнительно подается под давлением нагнетательным устройством (не показано). Затем производится сжатие воздуха, в который производится под давлением впрыск топлива и подается электрическая искра от электронной системы зажигания (не показано).

При горении топлива создается давление, которое воздействует на ротор 4 и создается крутящий момент на рабочем валу 3.

При дальнейшем вращении отработанные газы роторами 4 вытесняются через выхлопные клапаны 13, затем цикл каждой камеры повторяется. За два оборота эксцентрика в каждой камере осуществляется полный цикл: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп газов.

Расположение роторов 4 в данной конструкции двухрядное, может быть и более двух роторов. В цилиндрической полости, в которой расположен ротор, число камер три или более.

Равномерность работы по циклу работы двигателя и вращение рабочего вала 3 обеспечиваются маховиком 6 за счет накопления кинетической энергии.

Особенности конструкции и работы двигателя заключаются в том, что качающиеся заслонки 8, размещенные в корпусе 1 двигателя, оснащены шарнирами, 6 посредством которых осуществляется сопряжение заслонки 8 с ротором 4 в процессе его вращения, а уплотнение производится уплотнительными пластинами 9.

Дополнительный внешний эксцентрик 15 закреплен на рабочем валу 3 таким образом, что когда шарниры 6 заслонок 8 сопрягаются с ротором 4 в зоне меньшего эксцентриситета относительно рабочего вала 3, эксцентриситет внешнего эксцентрика 15 максимальный в зоне его контакта с роликом 16, установленном на оси 17 кронштейна 20, который закреплен на дополнительно установленном в корпусе валу 11 крепления качающихся заслонок 8.

При этом регулировка зазоров между шарнирами 6 качающихся заслонок 8 и роторами 4 осуществляется за пределами камер сгорания, посредством кронштейнов 20, регулировочного винта 18 и рычага 19.

При дальнейшем вращении рабочего вала 3 контакт между шарнирами 6 заслонок 8 и ротором 4 будет происходить в сторону увеличения эксцентриситета, а между внешним эксцентриком 15 и роликом 16 - с уменьшением эксцентриситета. Это позволяет постоянно поддерживать требуемый зазор между шарнирами 6 качающимися заслонками 8 и роторами 4 в процессе рабочего цикла.

При изменении вида топлива имеется возможность замены предварительной камеры сгорания 7, что позволяет изменять степень сжатия, а также в процессе впрыска топлива, горения и расширения газов образуется завихрение с возможностью изменения угла подачи газов в основную камеру 5 за счет поворота предварительной камеры сгорания 7 в корпусе 1. При необходимости можно легко осуществить ее замену.

Газораспределение осуществляется кинематической связью рабочего вала 3 с кулачковым валом 14, который при вращении по циклу работы открывает и закрывает всасывающие 12 и выхлопные 13 клапаны, которые связаны с камерой сгорания 5. Таким образом, обеспечиваются подача воздуха в камеры сгорания и отвод отработанных газов.

Создание компрессии в камерах сгорания 5 осуществляется посредством уплотнительных пластин 9 на заслонках и шарнирах и колец - на роторах и валах, которые обеспечивают прижим к рабочим поверхностям камер сгорания, создавая при этом дополнительную компрессию при работе двигателя.

В данном двигателе может использоваться жидкое и газообразное топливо.

Привод узлов и деталей, связанных с обеспечением работы двигателя, производится от рабочего вала 3, на котором смонтировано зубчатое колесо или шкив ременной передачи, нагнетательные машины подачи воздуха и топлива размещены с наружной стороны корпуса двигателя с приводом от приводного вала (не показано).

Теплообмен производится за счет каналов в корпусе с прохождением по ним жидкости или воздуха и за счет наличия на корпусе ребер.