РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY ENGINE

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в различных областях промышленности, в самолетостроении, судостроении, автомобилестроении и других.
Известен роторный двигатель (РПД), содержащий корпус с рабочей полостью, двухвершинный ротор с большой и малой осями симметрии, установленный на эксцентриковом валу в полости корпуса, уплотнительные элементы, расположенные в вершинах ротора и выполненные в виде пластин, шестеренную синхронизирующую передачу, неподвижная шестерня которой установлена на подшипнике эксцентрикового вала соосно ему и сопряжена с шестерней внутреннего зацепления ротора. Диаметр неподвижной шестерни равен половине диаметра шестерни внутреннего зацепления. Экцентриситет эксцентрика вала составляет половину диаметра неподвижной шестерни. Контур рабочей поверхности полости корпуса выполнен по конхоиде окружности. Окна впуска и выпуска на боковой стенке корпуса смещены от его плоскости симметрии в направлении вращения эксцентрикового вала, причем впускные окна смещены на 90°, а выпускные - на 35°-40° (патент RU №2015372 F02B 53/00).
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату выбранным в качестве прототипа является роторный двигатель, содержащий корпус с окном выпуска и с рабочей полостью, двухвершинный ротор с большой и малой осями симметрии, установленный на эксцентриковом валу, насос с окном впуска, установленный соосно с роторным двигателем на эксцентриковом валу, содержащий двухвершинный ротор, контуры рабочей поверхности полости корпуса двигателя и насоса, выполненные по конхоиде окружности, в двухвершинных роторах двигателя и насоса на торцевых поверхностях выполнены пазы вдоль большой оси симметрии ротора, эксцентриковые валы двигателя и насоса синхронно соединены между собой, между корпусом двигателя и корпусом насоса установлена камера сгорания с находящимся в ней патрубком, установленным на корпусе насоса, при этом в средней части патрубка, установленного на корпусе двигателя, выполнен кольцевой вырез, и в указанном патрубке установлен клапан поршневого типа, в патрубке, установленном на корпусе насоса, установлен подпружиненный тарельчатый клапан, при этом в средней части указанного патрубка выполнено отверстие, шток клапана поршневого типа и шток тарельчатого клапана синхронно соединены между собой, в двухвершинных роторах двигателя и насоса на торцевой поверхности выполнены пазы вдоль большой оси симметрии ротора, причем ширина пазов равна диаметру пальцев, установленных в полюсе конхоиды, окно впуска насоса выполнено в корпусе насоса, причем верхний край окна впуска совпадает с вершиной ротора насоса, находящегося в мертвой точке, окно выпуска выполнено в корпусе двигателя, причем на рабочей поверхности двигателя установлен противовакуумный клапан (см. патент RU 2377426 С2, F02B 53/08, 2009, 11 стр.(1)).
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование роторного двигателя.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности работы двигателя, надежности в эксплуатации, стоимости в изготовлении, за счет изменения формы камеры сгорания, ввиду ненадежности пружинно-клапанной системы, наличия остаточных газов, неэффективного использования максимального давления в создании крутящего момента и выполнения на торцевых поверхностях роторов двигателя и насоса пазов вдоль большой оси симметрии, и установки пальцев в полюсе конхоиды, приводящих к техническому противоречию при установке насоса и двигателя на общий эксцентриковый вал, так как при этом пазы будут пересекать эксцентриковый вал, а пальцы будут разрезать торцы роторов.
Технический результат достигается тем, что в роторном двигателе, содержащем корпус двигателя с окном выпуска и рабочей полостью, с двухвершинным ротором с большой и малой осями симметрии, корпус насоса с окном впуска и рабочей полостью, с двухвершинным ротором с большой и малой осями симметрии, корпус двигателя и насоса, установленные на общем эксцентриковом валу, известные шестеренчатые передачи внутреннего зацепления и неподвижные передачи с передаточным отношением 1:2, камера сгорания выполнена между верхней рабочей поверхностью ротора и рабочей поверхностью полости двигателя путем поворота радиуса эксцентрика двигателя, относительно радиуса эксцентрика насоса, в направлении вращения эксцентрикового вала, на угол, между корпусом двигателя и насоса установлен золотник, в котором на концах выполнены отверстия перпендикулярно оси золотника, отверстия соединены каналом, выполненным вдоль оси золотника, одно отверстие золотника установлено напротив отверстия перепускного в корпусе двигателя, другое - напротив отверстия перепускного в корпусе насоса.
Таким образом, роторный двигатель, содержащий корпус с окном выпуска и с рабочей полостью, двухвершинный ротор с большой и малой осями симметрии, установленный на эксцентриковом валу, насос с окном впуска, установленный на эксцентриковом валу, содержащий двухвершинный ротор, контуры рабочей поверхности полости корпуса двигателя и насоса, выполненные по конхоиде окружности, окно впуска насоса выполнено в корпусе насоса, причем верхний край окна впуска совпадает с вершиной ротора насоса, находящегося в мертвой точке, окно выпуска выполнено в корпусе двигателя, причем на рабочей поверхности двигателя установлен противовакуумный клапан, отличается тем, что противовакуумный клапан установлен в зоне камеры сгорания, между корпусом насоса и двигателя установлен золотник с отверстиями, перпендикулярными оси золотника, соединенными между собой каналом, одно отверстие установлено напротив перепускного отверстия в корпусе двигателя, другое установлено напротив перепускного отверстия в корпусе насоса, камера сгорания установлена между верхней рабочей поверхностью ротора двигателя и рабочей поверхностью полости двигателя в момент нахождения ротора насоса в мертвой точке, путем установки угла между радиусами эксцентриков насоса и двигателя.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема роторного двигателя в разрезе; на Фиг.2 - вид по стрелке А; на Фиг.3 - сечение по АА; на Фиг.4 - вид на роторы насоса и двигателя с торца; на Фиг.5 - вид на эксцентриковый вал с торца; на Фиг.6 - индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.
Роторный двигатель содержит корпус насоса 1. Внутренние рабочие поверхности полости насоса выполнены по конхоиде окружности с полюсом «О», лежащем на данной окружности.
В корпусе 1 установлен ротор 2. Рабочие поверхности ротора выполнены по конхоиде окружности.
Ротор 2 установлен со способностью вращения на эксцентрике 3 эксцентрикового вала 4.
Эксцентриковый вал 4 установлен со способностью вращения в подшипниках 5, установленных в корпусах 1 и 6.
Золотник 7 установлен со способностью вращения в корпусе 1 и 6.
В золотнике 7 выполнены отверстия 8. На золотнике 7 и на эксцентриковом валу 4 со способностью вращения установлены синхронизирующие передачи 9 (Фиг.3).
В корпусе двигателя 6 установлен со способностью вращения на эксцентрике 10 эксцентрикового вала 4 ротор 11.
В корпусе двигателя 6 выполнено окно выпускное 12.
В корпусе насоса 1 выполнено окно впускное 13.
В корпусе двигателя 6 установлена камера сгорания 14 (Фиг.1; Фиг.3).
В торцевых поверхностях ротора 2 насоса 1 и ротора 11 двигателя 6 установлены идентичные шестерни внутреннего зацепления 15.
На торцевых стенках внутренних полостей корпусов насоса 1 и двигателя 6 на подшипниках 5 установлены идентичные неподвижные шестерни 16.
В зоне камеры сгорания 14 установлен противовакуумный клапан 17 и свеча зажигания 18 (Фиг.3).
В корпусе насоса 1 выполнено отверстие перепускное 19.
В корпусе двигателя 6 выполнено отверстие перепускное 20.
В корпусе 21 установлен со способностью вращения на эксцентрике 22 эксцентрикового вала 4 противовес 23.
В корпусе 24 установлен со способностью вращения на эксцентрике 25 эксцентрикового вала 4 противовес 26.
В золотнике 7 выполнено отверстие 27.
Отверстия 8, 27 соединены каналом соединительным 28.
Роторный двигатель работает следующим образом.
Перед запуском ротор насоса находится, например, в мертвой точке.
Отверстия перепускные 19 насоса 1 и 20 двигателя 6 перекрыты телом золотника 7.
Окно впускное 13 насоса 1 и окно выпускное 12 двигателя 6 в течение работы двигателя будут открыты.
В момент запуска двигателя вращением эксцентрикового вала 4 в направлении, указанным стрелкой, происходит вращательное перемещение шестерен внутреннего зацепления 15 ротора 2 насоса 1 и ротора 11 двигателя 6 вокруг неподвижных шестерен 16 насоса 1 и двигателя 6.
Связанные с шестернями внутреннего зацепления 15 ротор 2 насоса 1, ротор 10 двигателя 6, противовес 23, противовес 26 будут совершать вращение соответственно на эксцентриках - 3; 10; 22; 25.
Вращаясь с целью охлаждения элементов двигателя, противовес 23 засасывает воздух через окно впускное 13 и одновременно выталкивает воздух через специальные отверстия в полость между кожухом и стенками насоса 1, двигателя 6.
Противовес 26 отработанный воздух выталкивает наружу.
Часть охлаждающего воздуха используется для охлаждения роторов и элементов эксцентрикового вала (направление движения охлаждающего воздуха указано стрелками) (Фиг.1), каналы для охлаждения роторов и эксцентриков изображены на (Фиг.4) и (Фиг.5).
Ротор 2 насоса, перемещаясь вершиной из положения мертвой точки в точку А (Фиг.2), не производит полезной работы.
Ротор 11 двигателя 6 через противовакуумный клапан 17 засасывает атмосферный воздух с целью облегчения запуска и одновременно выталкивает воздух через окно выпуска 12.
По достижении вершиной ротором 2 насоса 1 точки А начнется сжатие воздуха и всасывания рабочей смеси через окно впуска 13, при этом отверстия перепускные 19, 20 будут перекрыты телом золотника 7.
Одновременно ротор 11 двигателя 6 продолжает засасывать атмосферный воздух через противовакуумный клапан 17 и выталкивать воздух через окно выпускное 12.
По достижении ротором 11 двигателя 6 мертвой точки начнется совмещение отверстий 8 с отверстиями перепускными 19 и 20 насоса 1 и двигателя 6, и начнется перепуск сжатой рабочей смеси из полости насоса 1 в полость камеры сгорания 14 двигателя 6, при этом под действием давления сжатой рабочей смеси противовакуумный клапан 17 будет закрыт.
По достижении ротором 2 насоса 1 мертвой точки перепуск сжатой рабочей смеси в камеру сгорания 14 двигателя 6 будет завершен.
После поджигания рабочей смеси свечой зажигания 18 начнется рабочий ход.
Под давлением сгоревшей рабочей смеси из узкого окна выпускного 12 с большой скоростью произойдет истечение отработанных газов, создающих реактивную тягу.
По достижении ротором 11 мертвой точки ротор 2 насоса 1 максимально сожмет рабочую смесь.
При дальнейшем вращении ротора 2 и золотника 7 начнется совмещение отверстий 8 с отверстиями перепускными 19 и 20 насоса 1 и двигателя 6, и сжатая рабочая смесь начнет перетекать из полости насоса 1 через совмещенные отверстия 8, 19, 20 и канал 28 золотника 7 в полость камеры сгорания 14.
По достижении ротором 2 насоса 1 мертвой точки произойдет полное перетекание рабочей смеси в камеру сгорания 14.
С момента поджигании рабочей смеси в камере сгорания 14 начнется новый цикл.
Все процессы, протекающие в двигателе в течение цикла, совершаются одновременно.
Одновременность протекания процессов в двигателе обеспечивает непрерывность истечения отработанных газов без хлопков.
В отличие от поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в роторном двигателе наиболее эффективно используется максимальное давление для получения наибольшего крутящего момента.
Если посмотреть на индикаторную диаграмму четырехтактного ДВС (Фиг.6), то видно, что реальное максимальное давление на поршень приходится в момент поворота коленчатого вала на 7°, при этом кривошипнопоршневая группа будет испытывать наибольшую нагрузку при наименьшем крутящем моменте.
Сравнивая использование максимального давления в роторном двигателе с использованием максимального давления в ДВС, в зависимости от угла поворота коленчатого вала ДВС и эксцентрикового вала роторного двигателя (Фиг.6) и (Фиг.3), видно, что использование максимального давления в роторном двигателе происходит при повороте эксцентрикового вала на 90°, что значительно больше при большем крутящем моменте и меньшей нагрузке на роторно-эксцентриковую группу, чем в ДВС.
В отличие от ДВС в РПД рабочий ход совершается в пределах 270° против 180° в ДВС, что более благоприятно сказывается на более полном сгорании топлива.
В отличие от турбореактивного двигателя (ТРД) в (РПД) камера сгорания заперта от насоса в момент рабочего хода, тогда как камера сгорания в ТРД не заперта от компрессора, что снижает коэффициент полезного действия последнего.
В связи со сказанным выше РПД можно использовать в качестве реактивного двигателя.
Материалы, используемые в РПД, аналогичны материалам, используемым в ТРД.