РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области техники, а именно к двигателестроению, и предназначена для повышения количества оборотов, существующих поршневых и роторно-поршневых двигателей, упрощения их конструкции, а также улучшения эксплуатационных характеристик, повышения экономичности и КПД двигателя.
Известен 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания (Техническая литература под редакцией А.С. Орлина, М.Г. Круглова «Двигатели внутреннего сгорания». - М.: Машиностроение, 1990), содержащий цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, впускной и выпускной клапаны, свечу зажигания и т.д. Вращение коленчатого вала в нем происходит за счет сгорания топливной смеси в цилиндре между его дном и поршнем. Поршень движется вниз, вращая коленчатый вал через шатун. Полный цикл совершается за два оборота коленчатого вала (четыре такта). Недостатком поршневых двигателей является возвратно-поступательное движение поршней во время работы, что ограничивает количество оборотов коленчатого вала, а также надежность работы системы. Роторные двигатели, во многом лишены недостатков поршневых двигателей. История их началась с изобретения двигателя Ванкеля (Техническая литература под редакцией А.С. Орлина, М.Г. Круглова «Двигатели внутреннего сгорания». - М.: Машиностроение, 1990), представляющего собой поршень-ротор, в виде треугольника, помещенный в корпус, где с помощью специального эксцентрика он совершает сложное эпициклическое движение. Рабочий процесс осуществляется по четырехтактному циклу за счет сгорания топливной смеси в объемах, ограниченных внутренней поверхностью корпуса и каждой стороной поршня-ротора. Предлагаемая конструкция полезной модели, так же является роторным двигателем, поэтому двигатель Ванкеля можно взять за аналог. Существенными недостатками двигателя Ванкеля являются проблема герметизации внутреннего рабочего объема двигателя и низкая степень сжатия топливной смеси.
Известен роторный двигатель Кузнецова (Патент РФ №2074967, F02B 53/00, 10.03.97), который содержит цилиндр с выпускным и перепускным клапанами, поршень с шатунно-кривошипным механизмом, статор с камерами сгорания, свечами и соплом выпуска сгоревших газов, ротор с размещенными в нем полостями, торцевые крышки. Вращение ротора обеспечивается за счет энергии потока газов сгоревшей топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит попеременно в одной из них. Это изобретение и выберем в качестве прототипа к предлагаемой полезной модели.
Недостатки прототипа.
1. Жесткое соединение поршневой системы и ротора ограничивает увеличение количества оборотов двигателя, уменьшает его механическую надежность и, соответственно, снижает КПД.
2. Отсутствует принудительная очистка камеры сгорания от сгоревших газов, что снижает количество поступающего свежего заряда топливной смеси, поэтому, меньше будет получено полезной работы за цикл, а значит и ниже КПД.
Указанная цель полезной модели достигается введением в конструкцию полезной модели поршней, находящихся непосредственно в роторе и форсунок принудительной подачи воздуха (в том числе кислорода).
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор, ротор, свечи зажигания, форсунки подачи воздуха, форсунки подачи топливной смеси, отверстия охлаждения двигателя, выхлопные отверстия, и содержит в роторе пазы на равноудаленном расстоянии в форме равностороннего треугольника, в которых расположены поршни, имеющие возможность перемещения.
Предлагаемая конструкция полезной модели является схемой роторного свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания представлена на фиг. 1. Неподвижная часть двигателя - статор 1 в виде цилиндра с полостью 13, в которой сделаны выхлопные отверстия 6 (фиг. 2). Закрепленный на оси вращается ротор 2. С целью увеличения износоустойчивости, увеличения количества оборотов двигателя, уменьшения механических потерь из-за шатунно-кривошипного механизма, непосредственно в ротор помещаются свободно перемещаемые поршни. Для этого в роторе сделаны пазы - рабочие камеры 9 (фиг. 3) на равноудаленном расстоянии в форме равностороннего треугольника, по которым перемещаются поршни 3 в количестве трех штук. Поршни плоские, цельные (либо составные), имеют утолщение в головке и тоньше у штока. Шток, так же выполняет функцию поршня. Поршень в том числе может быть сделан из композитных материалов. Данная схема расположения поршней позволяет использовать в качестве топливной смеси газ, в том числе и водород. В статоре, равноудаленно, в 4-х секторах располагаются свечи зажигания 5, форсунки подачи воздуха (или кислорода, при использовании водорода в качестве топливной смеси) 7 и топливной смеси (или водорода) 8, отверстия охлаждения двигателя 12, в полости находятся выхлопные отверстия 6.
Принцип работы роторного двигателя внутреннего сгорания.
На свечу зажигания 5-1 (фиг. 1) подается напряжение. Происходит разряд и воспламенение сжатой топливной смеси в камере сгорания 11-1. От давления газов поршень 3-1 начинает движение, передавая импульс силы ротору 2 посредством сжатия воздуха в демпфирующей камере 10-1 ротора 2. Ротор начинает вращаться по часовой стрелке (фиг. 4). Одновременно открывается выхлопное отверстие 6 статора 1, выходят отработанные газы. Одновременно открывается поршень 3-3 и, под действием давления газов, начинает движение против часовой стрелки, сжимая поступившую в рабочую камеру 9-3 перед поршнем топливную смесь. Одновременно начинает сжиматься топливная смесь, находящаяся за штоком поршня 3-1 в рабочей камере 9-1. Далее, ротор поворачивается еще на несколько градусов по часовой стрелке (фиг. 5). Открывается форсунка подачи воздуха 7-1. В остальных рабочих камерах 9-1, 9-3 происходит сжатие топливной смеси. Далее, ротор поворачивается еще на несколько градусов по часовой стрелке (фиг. 6). Выхлопное отверстие 6 статора 1 перекрывается. Перекрывается форсунка подачи воздуха 7-1. Открывается форсунка подачи топливной смеси 8-1. Ротор поворачивается еще (фиг. 7), перекрывается форсунка подачи топливной смеси 8-1, поршни 3-2 и 3-3 подходят к камере сгорания 11-4 и свече зажигания 5-4. Далее, происходит разряд и воспламенение сжатой топливной смеси в камере сгорания 11-4. Поршень 3-3 начинает движение по часовой стрелке. Цикл повторяется.
К достоинству представленной конструкции роторного двигателя относится то, что он не имеет «мертвых точек», характерных для поршневых машин. Отсутствие преобразования одного вида движения в другое (например, возвратно-поступательное во вращательное) позволяет работать двигателю на высоких оборотах, не доступных обычным поршневым машинам, высокая степень сжатия топливной смеси делает представленный роторный двигатель экономичнее двигатели Ванкеля. Все это увеличивает КПД представленного роторного двигателя.