Роторный двигатель внутреннего сгорания
ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению.
Известна тепловая машина по патенту US 7314035 B2, кл. F02B 53/04, опубл. 01.01.2008. В данном патенте четыре технологических такта ДВС выполняются парными компонентами: турбиной и компрессором. В основе их конструкции лежат стандартные планочные роторы. Сжатие атмосферного воздуха происходит в роторном компрессоре. Образование топливно-воздушной смеси и ее зажигание происходит в камере сгорания, внешней по отношению к роторному компрессору и роторной турбине. Заключительная фаза сгорания и образование рабочего тела происходит в роторной турбине. Обороты роторного компрессора, роторной турбины и камеры сгорания механически синхронизированы. За один оборот ротора компрессора и ротора турбины образуются два рабочих тела. Парные роторные компоненты в данном патенте используются для исключения редукционных концентрических валов из стандартной схемы газотурбинного двигателя. Привод роторного компрессора механический от штатной осевой турбины.
Основная техническая проблема существующих четырехтактных ДВС заключается в том, что в их конструкциях необходимость согласования работы агрегатов, выполняющих четыре технологических такта, приводит к существенному усложнению всей конструкции ДВС в целом и, как следствие, низкому КПД четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.
Изобретение направлено на устранение основной проблемы четырехтактных ДВС и на создание роторного двигателя, в котором стандартные технологические такты выполняются в отдельных роторных агрегатах, связанных между собою только по газовому тракту. Техническим результатом изобретения является создание экологически чистого роторного двигателя с высокой удельной мощностью, высоким КПД и ресурсом.
Указанная проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что роторный двигатель внутреннего сгорания содержит однотипные планочные роторы, выполняющие функции компрессора, газогенератора, исполнительного агрегата, в роторном газогенераторе происходит подготовка топливно-воздушной смеси, ее зажигание и образование рабочих газов, которые подаются из роторного газогенератора в роторный исполнительный агрегат, роторный исполнительный агрегат имеет механическую связь с валом отбора мощности, при этом роторный газогенератор и исполнительный агрегат образуют секции, секции делятся на рабочие и сервисные секции, каждая рабочая секция служит для привода своего движителя, сервисная секция служит для привода роторного компрессора, роторный компрессор закачивает сжатый воздух в ресивер, для запуска роторного двигателя необходимо подать сжатый воздух с ресивера на роторные газогенераторы рабочих и сервисной секций, ротор газогенератора имеет две планки, что позволяет подготовить и зажечь четыре порции рабочего тела равного объема за один оборот ротора газогенератора, управление оборотами ротора газогенератора и достижение требуемой мощности исполнительного агрегата осуществляется благодаря изменению количества сжатого воздуха, подаваемого с ресивера, что позволяет увеличивать или снижать обороты ротора газогенератора и тем самым регулировать его производительность, для включения или выключения рабочих или сервисной секций достаточно включить или отключить подачу сжатого воздуха на соответствующий роторный газогенератор.
На фиг. 1 изображена схема роторного двигателя внутреннего сгорания по настоящему изобретению. По этой схеме может быть выполнен ДВС любого назначения и мощности.
Фиг. 2 показаны проекции ротора газогенератора и конструкция планок.
Фиг. 3 Чертеж секции. Однотипные планочные роторы с эксцентричным расположением ротора и серповидной внутренней полостью выполняют функции газогенератора и исполнительного агрегата. Газогенератор является двупланочным ротором, исполнительный агрегат - однопланочным ротором.
Роторный двигатель отличается от прототипа тем, что в нем вместо камеры сгорания используется роторный газогенератор; между компрессором и газогенераторами стоит ресивер для сжатого воздуха. Роторный двигатель состоит из двух пар агрегатов, работа которых не синхронизирована друг с другом. Первая пара агрегатов включает сервисную секцию, служащую приводом роторного компрессора; отвечает за поддержание давления сжатого воздуха в ресивере в заданных пределах. Вторая пара состоит из рабочей секции, исполнительный агрегат которой служит приводом движителя.
Роторный двигатель работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается компрессором и подается в ресивер, фиг 1. Сжатый воздух из ресивера является приводом для роторных газогенераторов сервисной и рабочей секций. Включение и выключение газогенератора сервисной секции и соответственно включение и выключение компрессора определяется задачей поддержания давления сжатого воздуха в ресивере в заданных пределах. Когда требуется подать мощность на движитель, сжатый воздух из ресивера подается на газогенератор рабочей секции. Газогенератор выполняет функции: смесеобразования, зажигания подготовленной рабочей смеси и образования рабочего тела. Приводом газогенератора служит сжатый воздух из ресивера. Сжатый воздух из ресивера поступает во внутреннюю полость газогенератора, туда же впрыскивается топливо с топливного насоса через инжектор. Зажигание воздушно-топливной смеси от свечи зажигания приводит к образованию рабочего тела. Готовые рабочие тела непрерывно подаются в расширительную камеру исполнительного агрегата. Исполнительный агрегат механически связан с валом отбора мощности и передает суммарную энергию рабочих тел для привода любых исполнительных механизмов. Количество рабочих тел, которые закачиваются в одну расширительную камеру исполнительного агрегата, определяется только энергией, которая требуется в данный момент для поворота ротора исполнительного агрегата.
Работа секции газогенератор - исполнительный агрегат осуществляется следующим образом. Газогенератор (1) имеет две планки, расположенные под углом 90° относительно друг друга. За один оборот ротора (2) газогенератора на 360° последовательно образуются четыре рабочих тела постоянного объема. Особая конструкция планок (3), фиг. 2, позволяет им свободно передвигаться в радиальном направлении внутри ротора газогенератора, сохраняя угол 90° между собою. Приводом газогенератора служит сжатый воздух из ресивера. Входное отверстие (4) для подачи сжатого воздуха калибруется таким образом, чтобы объем поступающего сжатого воздуха в камеру газогенератора был постоянен при любых оборотах ротора газогенератора. Оперативное изменение оборотов ротора газогенератора происходит за счет изменения объема сжатого воздуха, подаваемого из ресивера на вход газогенератора. Давление сжатого воздуха, поступающего из ресивера, передается на планку ротора газогенератора и вращает ротор газогенератора. При вращении ротора газогенератора по часовой стрелке, когда планка пересекает впускное отверстие между планками газогенератора, отсекается объем сжатого воздуха, определяемый размерами внутренней полости газогенератора. При этом давление сжатого воздуха из ресивера продолжает вращать ротор газогенератора. Когда планка пересекает отверстие для впрыска топлива с инжектора (5), в камеру впрыскивается необходимое количество топлива. При дальнейшем вращении ротора газогенератора происходит перемешивание топлива с воздухом в камере и образование топливно-воздушной смеси. Когда планка пересекает отверстие для установки свечи зажигания (6), происходит зажигание топливно-воздушной смеси в камере (7). После пересечения планкой границы отверстия выхода (8) для подачи рабочего тела в камеру исполнительного агрегата (9) рабочее тело подается в расширительную камеру исполнительного агрегата. В конструкции газогенератора предусмотрено устройство, предотвращающее вращение ротора газогенератора в обратную сторону. Объем расширительной камеры исполнительного агрегата всегда больше объема выпускной камеры газогенератора. При вращении ротора (10) исполнительного агрегата происходит постоянное увеличение объема расширительной камеры. В исполнительном агрегате происходит преобразование энергии суммарного рабочего тела, поступающего с роторного газогенератора во вращение вала отбора мощности движителя. Когда планка (11) ротора исполнительного агрегата пересекает входное отверстие (12) для подачи рабочего тела с газогенератора, во внутреннюю полость (13) исполнительного агрегата начинают закачиваться рабочие тела, генерируемые газогенератором. Суммарный объем рабочих тел, закачиваемых с газогенератора в расширительную камеру исполнительного агрегата, определяется только мощностью, которая требуется для вращения оси исполнительного агрегата и производства необходимой работы.