РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно - к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами, и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве гидродвигателя, двигателя внутреннего сгорания на сухопутном, морском и воздушном транспорте.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней рабочей поверхностью, выполненной в виде секторов, тороидальный ротор, окна впуска и выпуска (см. пат. RU 2239714 С1, МПК 7 F02B 55/02, 2004).
Известный роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по пат. RU 2239714 С1 содержит внутреннюю рабочую поверхность, выполненную в виде тороидальных секторов, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, а центры образования тороидальных секторов с большим и с меньшим радиусами образования расположены соответственно на вертикальной и горизонтальной осях рабочей поверхности корпуса на одинаковом расстоянии от центра вращения ротора.
Наличие поршней, шарнирно связанных с ползунами в известном двигателе, уменьшает рабочий объем двигателя за счет увеличения ширины ползуна при наличии шарнира, а значит, приводит к уменьшению мощности удельных весогабаритных показателей двигателя.
Поскольку центры образования тороидальных секторов с большим и с меньшим радиусами образования расположены соответственно на вертикальной и горизонтальной осях рабочей поверхности корпуса на одинаковом расстоянии от центра вращения ротора, совпадение контуров на рабочей поверхности корпуса и ротора происходит на 10° 15°, что не обеспечивает осуществление сгорания при постоянном объеме (по изохоре) при высокой степени сжатия.
Создание роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания с увеличенным рабочим объемом двигателя, с простой геометрией рабочей поверхности корпуса обеспечивает осуществление сгорания при постоянном объеме (по изохоре) при высокой степени сжатия с высокими удельными, весогабаритными показателями мощности, топливной экономичности является задачей, на решение которой направлено данное изобретение.
1
2
1
2
Сущность изобретения заключается в том, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с внутренней рабочей поверхностью, выполненной в виде секторов, цилиндрический ротор, окна впуска и выпуска, в пазах ротора установлены П-образные лопатки, на осях которых с двух сторон расположены ролики, сектора выполнены цилиндрическими с большим и меньшим радиусами, центры образования которых расположены соответственно на вертикальной и горизонтальной осях рабочей поверхности корпуса на расстоянии e и e от центра вращения ротора, причем e<e.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания имеет простую геометрию рабочей поверхности, не требующую для обработки специальных станков, а следовательно - меньшую трудоемкость, стоимость изготовления и эксплуатации.
Наличие П-образных лопаток, на осях которых с двух сторон расположены ролики вместо поршней, увеличивает рабочий объем двигателя за счет большего количества рабочих камер, которое увеличивается в результате меньшей толщины лопаток вместо поршней, шарнирно связанных с ползунами, а значит, приводит к увеличению мощности удельных весогабаритных показателей двигателя.
1
2
1
2
Выполнение рабочей поверхности в виде цилиндрических секторов с большим и меньшим радиусами, центры образования которых расположены соответственно на вертикальной и горизонтальной осях рабочей поверхности на расстоянии от центра вращения ротора e и е, причем e<e, обеспечивает совпадение контуров рабочей поверхности корпуса и ротора в пределах угла 40°…45° относительно центра ротора. Это необходимо для осуществления сгорания при постоянном объеме (по изохоре), при высокой степени сжатия и высоких скоростях распространения фронта пламени порядка 900…1200 м/с.
Кроме того, совпадение контуров рабочей поверхности корпуса и ротора в пределах угла 40°…45° относительно центра ротора уменьшает вредные объемы в рабочей камере, что улучшает качество смесеобразования, обеспечивая полноту сгорания, снижая степень токсичности выхлопных газов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - изображен поперечный разрез двигателя Б-Б;
фиг.2 - разрез А-А двигателя на фиг.1;
фиг.3 - геометрия рабочей поверхности корпуса.
1
2
1
2
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, окна впуска 2 и выпуска 3. Внутри корпуса 1 расположен цилиндрический ротор 4, в пазах которого расположены лопатки 5, имеющие с обеих сторон ролики 6, расположенные в беговых дорожках 7 корпуса 1. Рабочая поверхность 8 корпуса 1 выполнена в виде двух цилиндрических секторов 9 с большим «R» радиусом и двух цилиндрических секторов 10 с меньшим «r» радиусом образования. Центры образования секторов 9 с большим «R» радиусом образования расположены на вертикальной оси рабочей поверхности 8 корпуса 1 на расстоянии e от центра вращения ротора 4, а центры образования секторов 10 с меньшим «r» радиусом образования - на горизонтальной оси рабочей поверхности 8 корпуса 1 на расстоянии e от центра вращения ротора 4, причем e<e.
В корпусе 1 расположены рабочие камеры 11, образованные рабочей поверхностью 8 корпуса 1, цилиндрической поверхностью ротора 4, поверхностями лопаток 5. В корпусе 1 расположена свеча зажигания 12.
1
2
1
2
Работу роторного двигателя внутреннего сгорания рассмотрим на примере рабочего цикла рабочей камеры 11, образованной цилиндрической поверхностью ротора 4, поверхностями лопаток 5, рабочей поверхностью 8 корпуса 1, выполненной в виде двух цилиндрических секторов 9 с большим «R» радиусом и двух цилиндрических секторов 10 с меньшим «r» радиусом образования. Центры образования секторов 9 с большим «R» радиусом образования расположены на вертикальной оси рабочей поверхности 8 корпуса 1 на расстоянии e от центра вращения ротора 4, а центры образования секторов 10 с меньшим «r» радиусом образования - на горизонтальной оси рабочей поверхности 8 корпуса 1 на расстоянии e от центра вращения ротора 4, причем e<e.
При вращении ротора 4 по часовой стрелке через впускное окно 2 в рабочую камеру 11 поступает горючая смесь. При дальнейшем вращении ротора 4 горючая смесь поступает в сектор постоянного объема сжатия-сгорания, где она сжимается, а затем при образовании искры на электродах свечи 12 зажигания воспламеняется, и давление газов передается на лопатки 5, имеющие с обеих сторон ролики 6, перекатывающиеся в беговых дорожках 7 в корпусе 1. При вращении ротора 4 возникают силы инерции, действующие на лопатки 5 и передающиеся через ролики 6 на стенки беговых дорожек 7 корпуса 1. Таким образом, силы инерции не передаются на рабочую поверхность корпуса 1, что существенно снижает силы трения и повышает механический КПД двигателя. Благодаря наличию наложения контуров рабочей поверхности 8 корпуса 1 и цилиндрической поверхностью ротора 4 в секторе постоянного объема сжатия-сгорания осуществляется сгорание горючей смеси с высокой скоростью 900…1200 м/с при высокой полноте сгорания, что приводит к существенному снижению токсичных компонентов выхлопных газов. При этом существенно повышается мощность и топливная экономичность. На валу ротора 4 создается крутящий момент при давлении газов на выступающую часть лопатки 5 из паза ротора 4, который вращает ротор 4, совершая такт - рабочий ход. Затем, рабочая камера 11, достигнув максимального объема расширения при дальнейшем вращении ротора 4 и совпадении ее с выпускным окном 3, осуществляется такт выпуска отработавших газов. При наложении контуров наложения контуров рабочей поверхности 8 корпуса 1 и цилиндрической поверхности ротора 4 в секторе постоянного объема - выпуска в нижней части двигателя существенно уменьшается коэффициент остаточных газов в рабочей камере 11. Таким образом, за один оборот ротора 4 во всех рабочих камерах 11 совершается рабочий цикл.
Такое конструктивное решение обеспечивает простоту конструкции, простоту геометрии рабочей поверхности, не требующую для обработки специальных станков, а следовательно - меньшую трудоемкость, стоимость изготовления и эксплуатации.
1
2
Отсутствие в данной конструкции поршней, шарнирно соединенных с ползунами, увеличивает рабочий цикл двигателя, а значит, увеличивает мощность и удельные весогабаритные показатели двигателя. При e<e образуются секторы постоянного объема в пределах угла 40°…45° в результате совпадения контуров рабочей поверхности корпуса и ротора, что обеспечивает осуществление сгорания при постоянном объеме (по изохоре) при высокой степени сжатия и высоких скоростях распространения фронта пламени 900…1200 м/с, кроме того, уменьшаются вредные объемы в рабочей камере, что улучшает качество смесеобразования и, обеспечивая полноту сгорания, снижает степень токсичности выхлопных газов.