РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, работающим как на легком, так и на тяжелом углеводородном топливе.
Роторные двигатели применяются на многих моделях автомобилей см. табл. 1.
Табл. 1
Некоторые автомобильные роторно-поршневые двигатели
Фирма
Год
Марка двигателя
Объем,см3/числосекций
Мощность, л.с./при частоте вращения, об/мин
Марка автомобиля
NSU
1964
ККМ 502
498/1
64/5000
Spider
1967
ККМ 612
498/2
129/5800
Ro80
1970
ККМ 613
498/1
49/5500
Citroen М35
1973
ККМ 622
498/2
107/-
Citroen GS birotor
Daimler-Benz
1969
КЕ Serie 69
600/3
280/7000
Clll
Mazda
1967
10А/0810
491/2
110/7000
Cosmo L10A
1970
12А
573/2
120/7000
RX-2
1972
12A/R612
573/2
90/6000
RX-3 US
1974
13В
654/2
110/6000
RX-4, RX-5
1979
12А
573/2
100/6000
RX-7
1986
13В
654/2
146/6500
RX-7 2nd gen.
1992
13В Twin
654/2
255/6500
RX-7 Seq. Turbo
1999
13В Renesis
654/2
280/8000
RX-Evolv
НАМИ
1968
НАМИ-093М
557/1
65/6000
3M3-966B
ВАЗ
1976
BA3-311
654/1
65/6000
ВАЗ-21019
1993
ВАЗ-1185
386/1
42/6000
ВАЗ-1111 (Ока)
1998
ВАЗ-415
654/2
120/6000
ВАЗ-2109-91, -2115-91, -21099-91
Известен роторный двигатель, оборудованный устройством подготовки топливовоздушной смеси (Патент РФ № 2288366, F02B 55/16, 2006.01). Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус, внутри которого расположен ротор, в тракте впуска смонтированы дроссельная заслонка и топливоподающее устройство (форсунка). Канал впускного тракта образован внутри корпуса роторного двигателя и огибает корпус. Подогрев топливовоздушной смеси осуществляется за счет теплопередачи от нагретых зон статора, улучшая таким образом эффективность процесса смесеобразования.
Недостатком данного роторного двигателя является значительное ухудшение свойств наполнения камеры сгорания топливовоздушной смесью, увеличивается площадь испарения остатков топлива при неработающем двигателе, что приводит к увеличению уровня содержания углеводородов - СН.
Известен также роторно-поршневой двигатель с впрыском топлива (Патент РФ № 2172851, МПК F02B 55/16). Роторно-поршневой двигатель преимущественно с впрыском топлива, содержащий корпус (статор), внутри которого размещен ротор, тракт впуска, в котором смонтирована дроссельная заслонка и форсунка для впрыска топлива, канал впускного тракта образован внутри корпуса.
Недостатком является невозможность обеспечения подготовки топливовоздушной смеси при работе на тяжелом углеводородном топливе (дизельное топливо, керосин) и его запуск.
Известен многотопливный роторный двигатель (патент РФ № 2334883, от 27.09.2008, F02B 55/16), содержащий корпус (статор), внутри которого размещен трехгранный ротор, тракт впуска, в котором смонтирована дроссельная заслонка, в тракте впуска за дроссельной заслонкой установлен плазменный конвертор топлива, снабженный резьбой и прикрепленный к посадочному месту тракта впуска.
Недостатком является невозможность обеспечения высокой скорости и полноты сгорания топливовоздушной смеси.
Известен роторный двигатель по патенту РФ № 2416726, МПК F02B 53/02, опубл. 20.04.2011 г., прототип.
Этот роторный двигатель содержит корпус (статор), внутри которого размещен ротор, в тракте впуска смонтированную дроссельную заслонку, а за дроссельной заслонкой установлен плазменный конвертор топлива, позволяющий создавать топливовоздушную смесь с заданными физико-химическими свойствами для регулирования подготовки рабочей смеси и имеющий разделенную на две полости камеру сгорания, одна из которых, где расположены свечи зажигания, заполняется обогащенной смесью, а другая - обедненной смесью или чистым воздухом, на корпусе роторного двигателя в районе малой оси эпитрохоид установлена сферическая вихревая камера (форкамера), к которой жестко с помощью резьбы крепятся две свечи зажигания и топливная форсунка.
Недостатками прототипа являются низкая надежность двигателя и его малый ресурс до капитального ремонта, обусловленные износом уплотнений, работающих в тяжелых условия. Кроме того, невозможность обеспечения высокой скорости и полноты сгорания топливовоздушной смеси. Не решена проблема глубокого расслоения заряда в основной камере сгорания. Невозможность использования сильно обедненной смеси.
Задачами создания предлагаемого изобретения является увеличение надежности и экономичности двигателя.
Решение указанных задач достигнуто в роторном двигателе, содержащем систему управления с блоком управления, систему смазки с маслобаком, маслонасосом и маслопроводами низкого и высокого давления и систему охлаждения, корпус, во внутренней полости которого размещен ротор, коленчатый вал с коренными и шатунной шейками, установленными соответственно на коренных и шатунном подшипниках, шестерню внешнего зацепления, установленную жестко на неподвижной втулке, выполненной коаксиально коренным шейкам коленчатого вала, камеру сгорания между корпусом и ротором, радиальные уплотнения, патрубки впуска и выхлопа, размещенную в патрубке впуска форсунку впрыска топлива, тем, что согласно изобретению система смазки дополнительно содержит систему смазки радиальных уплотнений, которая включает каналы внутри коленчатого вала, отверстия в шатунном подшипнике, полость вне шатунного подшипника и полости под радиальными уплотнениями, соединенные радиальными отверстиями между собой каналы внутри коленчатого вала соединены с маслопроводом высокого давления, который в свою очередь соединен с выходом маслонасоса, а вход маслонасоса соединен нижней частью внутренней полости.
В системе управления может быть применен датчик частоты вращения коленчатого вала, соединенный электрической связью с блоком управления. В системе управления может быть применен датчик углового положения ротора, соединенный электрической связью с блоком управления.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1...5, где:
- на фиг. 1 приведена схема двигателя, поперечный разрез,
- на фиг. 2 приведена схема двигателя, продольный разрез,
- на фиг. 3 приведено уплотнение,
- на фиг. 4 приведен разрез А-А на фиг. 3 уплотнения,
- на фиг. 5 приведен фрагмент основных каналов системы смазки уплотнений.
Роторный двигатель (фиг. 1 ...5) содержит: корпус (статор) 1, внутри которого расположен трехгранный ротор 2, впускной коллектор 3, к которому пристыкован патрубок впуска 4, в патрубке впуска 4 смонтирована топливная форсунка 5, задвижка 6 с приводом 7. Кроме того, двигатель имеет выпускной коллектор 8, к которому пристыкован выпускной патрубок 9. Двигатель имеет полости сжатия 10 и камеру сгорания 11.
Двигатель имеет коленчатый вал 12, коренные шейки 13 которого установлены на коренных подшипниках 14, которые уплотнены уплотнениями 15, и шатунную шейку 16, установленную в шатунном подшипнике 17, который установлен внутри ротора 2. На торце ротора 2 закреплена шестерня внутреннего зацепления 18. Неподвижная втулка 19 установлена концентрично коленчатому валу 12. На неподвижной втулке 19 жестко закреплена шестерня внешнего зацепления 20. Шестерни 18 и 20 постоянно находятся в зацеплении (фиг. 1).
Внутри корпуса 1 выполнена внутренняя полость 21 (фиг. 3). Внутренняя полость 21 частично заполнена маслом и обеспечивает подачу масла в зону контакта ротора 2 и внутренней поверхности корпуса 1.
В роторе 2 в прямоугольных пазах 22 установлены три уплотнения 23, подпружиненные к статору 1 при помощи пружин 24, установленных в полостях 25. В роторе 2 вне шатунного подшипника 17 выполнена кольцевая полость 26, а в шатунной шейке 16 и шатунном подшипнике 17 - соответственно радиальные отверстия 27 и 28. В коленчатом валу 12 выполнен маслоканал 29. Отверстия 27 и 28 и три отверстия 30 сообщают маслонакал 29 с тремя полостями 25. Полость 25 продольными и поперечным каналами 31 и 32, для подачи смазки выполненными на поверхности уплотнений 23 (фиг. 3 и 4), сообщается через систему подачи масла с внутренней полостью 21. Уплотнения 23 имеют скругленный торец 33. На боковых торцах ротора 2 выполнены боковые уплотнения 34.
Топливная система содержит бак 35, трубопроводы низкого давления 36, топливный насос 37, к выходу которого подсоединен трубопровод высокого давления 38 и далее - форсунка 5.
Двигатель оборудован маслосистемой. К нижней части внутренней полости 21 присоединен маслопровод низкого давления 39, насос 40, к выходу из которого присоединен маслопровод высокого давления 41, и фильтр 42. Выход маслопровода высокого давления 41 соединен с коллектором 43, установленным концентрично коленчатому валу 12 и уплотненному относительно него. Полость 44 коллектора 43 радиальным отверстием 45, выполненным в коленчатом валу 12, сообщается с маслоканалом 29.
Двигатель может быть оборудован системой охлаждения (фиг. 1 и 2), которая включает нижнюю полость 46 и верхнюю полость 47. Нижняя полость 46 присоединена трубопроводом отбора 48, соединенным с насосом 49, к выходу которого присоединен трубопровод 50, к выходу из которого присоединен теплообменник 51, выход которого соединен с верхней полостью 47 для возврата охлажденной воды (антифриза).
Двигатель оборудован системой управления с блоком управления 52, соединенным электрическими связями 53 с насосами 37, 40 и 49. Двигатель оборудован электросвечой 54, которая электрической связью 53 соединена с блоком управления 52.
Кроме того, система управления оборудована датчиком частоты вращения 55 и датчиком углового положения 56 ротора 2, также соединенными электрическими связями 53 с блоком управления 52.
Работа двигателя осуществляется следующим образом.
В процессе работы роторного двигателя (фиг. 1...5) воздух, проходя через впускной патрубок 3, и топливо, подаваемое через первую топливную форсунку 5, из бака 35 по топливному трубопроводу низкого давления 36 насосом 37 и топливопроводу высокого давления 38 подается в воздушный поток и смешивается с ним. Топливовоздушная смесь заданного состава подается в камеру сгорания 11.
Воспламенение смеси искрой электросвечи 54 осуществляется блоком управления 52 за 10÷25° угла поворота коленчатого вала до прихода трехгранного ротора 2 в верхнюю мертвую точку. Давление в камере сгорания 11 быстро повышается, и сгоревшие газы создают крутящий момент на коленчатом валу 12, а потом выбрасываются через выпускной патрубок 9.
В камере сгорания 11 оказываются способными гореть с достаточно высокими скоростями сильно обедненные смеси при коэффициенте избытка воздуха α =1,1÷1,9. Воспламеняются и значительно более бедные смеси.
Маслосистема работает следующим образом. Масло, предварительно заправленное во внутреннюю полость 21, смазывает все внутренние детали двигателя, в том числе подшипники 14 и 17. Для смазки уплотнений 23 часть масла отбирается из внутренней полости 41 по трубопроводу 39 низкого давления и далее насосом 40 подается в трубопровод 37, далее, в фильтр 42 с каналом 29 и далее, в полость 25 и по каналам 31 и 32 на скругленный торец 33 уплотнений 23.
Система охлаждения работает следующим образом.
Одновременно с запуском двигателя включают насос 49, и вода (антифриз) из полости 46 по трубопроводу 50 через насос 49 поступает в теплообменник 51 для охлаждения и далее возвращается в полость 47.
За счет применения электронного блока управления 52 с использованием микропроцессора (на фиг.1...5 микропроцессоры не показаны) можно выбирать оптимальные варианты подачи топливной смеси, соотношения топлива и воздуха, что делает процесс смесеобразования топливовоздушной смеси регулируемым и эффективным на всех режимах работы роторного двигателя независимо от используемого углеводородного топлива.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить надежность двигателя и увеличить его ресурс до капитального ремонта за счет улучшения смазки трущихся частей ротора и его уплотнений с корпусом.
2. Технико-экономическая эффективность заключается в существенной экономии топлива на частичных нагрузках при практически таком же его удельном расходе на максимальной мощности, как в аналогичном двигателе с обычным искровым зажиганием. Это достигнуто применением электронной системы управления и датчиков частоты вращения и углового положения ротора.