РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY ENGINE

Изобретение относится к роторным двигателям.
В наиболее распространенном типе двигателя внутреннего сгорания возвратно-поступательное движение поршня преобразуется обычно кривошипно-шатунным механизмом во вращательное движение коленчатого вала.
Попытки создания двигателя, поршень которого совершал бы вращательное движение, исключая тем самым присутствие преобразовательного механизма, совершались неоднократно. Наиболее удачной из них является изобретение инженером Ф.Ванкелем в 1959 г. четырехтактного роторного двигателя, серийный выпуск которого осуществляется в ФРГ, США, Японии (БСЭ, т.26, стр.стр.289, 290, М.: «Советская энциклопедия», 1977 г.).
В двигателе Ф.Ванкеля, выбранном в качестве прототипа, поршень в виде трехгранного ротора с внутренним зубчатым колесом обкатывается вокруг неподвижной шестерни, его грани скользят по эпитрохоидальной внутренней поверхности цилиндра, отсекая переменные объемы камер, что позволяет осуществить четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцовыми уплотнительными пластинами. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение такие же, как у поршневого двигателя.
Недостатки: в книге «Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей» (М., Изд. С/х литературы, 1962 г., стр.13) автор Болтинский В.Н. отмечает два недостатка двигателя Ф.Ванкеля, обусловленные сложной внутренней поверхностью цилиндра: сложность обеспечения герметичности рабочих камер и создания камеры сгорания выгодной формы.
Кроме того: поверхность ротора, воспринимающая давление продуктов сгорания топлива, расположена по отношению к оси вращения ротора таким образом, что часть энергии сгоревшего топлива расходуется на противодействие вращению ротора; некоторая несбалансированность как результат планетарного движения ротора; наличие зубчатого зацепления.
Техническим результатом является создание роторного двигателя.
Роторный двигатель отличается тем, что ротор представляет собой цилиндрический вал с двумя жестко посаженными лопастями, которые проходят изнутри сквозь прорези цилиндрического барабана, при этом барабан и вал ротора эксцентричны, корпус двигателя охватывает барабан, а своими эксцентрическими выступами - траекторию вращения лопастей ротора, полость одного из выступов сообщается с каналом подвода топливной смеси, другой канал соединяет ее с камерой сгорания, полость другого выступа сообщается двумя каналами с камерой сгорания и атмосферой, в камере сгорания имеется клапан с двумя головками, рабочая поверхность которых находится с внешней стороны клапана, при этом длина клапана несколько меньше расстояния между гнездами головок клапана, вал ротора и барабан имеют подшипниковые опоры.
На чертежах представлены:
на фиг.1 - общий вид спереди роторного двигателя;
на фиг.2 - общий вид слева роторного двигателя;
на фиг.3 - общий вид сверху роторного двигателя;
на фиг.4 - полость всасывания и сжатия;
на фиг.5 - полость рабочего хода и выпуска;
на фиг.6 - поступление топливной смеси в камеру сгорания;
на фиг.7 - выход продуктов сгорания из камеры сгорания;
на фиг.8 - дополнительный цилиндрический уплотнитель.
Роторный двигатель содержит:
1. Корпус.
2. Вал.
3. Барабан.
4. Лопасть.
5. Лопасть.
6. Отверстие.
7. Канал подвода топливной смеси.
8. Полость всасывания и сжатия.
9. Канал сжатия.
10. Камеру сгорания.
11. Канал рабочего хода.
12. Полость рабочего хода и выпуска.
13. Канал выпуска.
14. Клапан.
15. Свечу.
16. Уплотнитель.
Вал 2 и лопасти 4 и 5 образуют ротор двигателя.
На фиг.1, 2, 3 вал 2 ротора цилиндрической формы проходит внутри полого цилиндрического барабана 3, ось вала 2 смещена по горизонтали относительно оси барабана 3 на величину 8. Лопасти 4 и 5 прямоугольной формы, жестко посаженные на вал 2, входят в две прорези на одной образующей барабана 3. Соотношение величины 8 и длины лопастей таково, что при положении лопастей горизонтально влево (на виде сбоку) кромки лопастей 4 и 5 становятся вровень с наружной поверхностью барабана 3, при положении лопастей горизонтально вправо они выступают над поверхностью барабана на величину 2ε. Барабан 3 охвачен корпусом 1 цилиндрической формы, имеющим два эксцентрических выступа, охватывающих траектории вращения лопастей 4 и 5. Вал 2 и барабан 3 имеют вне корпуса 1 необозначенные подшипниковые опоры.
На фиг.4, 5, где выступы корпуса 1 и барабан 3 условно изображены в виде окружностей: (фиг.4) лопасть 4 имеет возможность вращаться в полости 8, которая каналом 7 сообщается с камерой смесеобразования карбюратора, каналом 9 - с камерой сгорания 10, (фиг.5) параллельно лопасть 5 имеет возможность вращаться в полости 12, которая каналом 11 сообщается с камерой сгорания 10, каналом 13 - с атмосферой.
На фиг.6, 7 в камере сгорания 10 расположен клапан 14, имеющий две головки: впускную большего диаметра, выпускную меньшего диаметра. Рабочие поверхности головок расположены с внешней стороны клапана. Длина клапана 14 несколько меньше расстояния между гнездами головок, он может попеременно перекрывать сообщение камеры сгорания 10 с каналами 9 и 11.
Герметичность подвижных сопряжений внутренних поверхностей полостей 8 и 12 с лопастями 4 и 5 и внешней поверхностью барабана 3, прорезей барабана 3 с лопастями 4 и 5 обеспечивается не обозначенными пластинчатыми уплотнителями.
При вращении вала 2 и барабана 3 лопасти ротора 4 и 5, выдвигаясь над поверхностью барабана 3 и возвращаясь в исходное положение, совершают качательное движение относительно радиуса барабана 3 в диапазоне, зависящем от соотношения диаметров барабана 3 и выступов корпуса 1 и величины ε, поэтому сопряжения лопастей 4 и 5 и прорезей барабана 3 имеют дополнительный цилиндрический уплотнитель 16 на фиг.8.
Работа роторного двигателя
На фиг.4 при вращении ротора по часовой стрелке лопасть 4 создает за собой зону разрежения, в которую по каналу 7 втягивается топливная смесь, одновременно топливная смесь предыдущего цикла перед лопастью 4 сжимается и по каналу 9 поступает в камеру сгорания 10, (на фиг.5) параллельно лопасть 5, вращаемая поступающими из камеры 10 газами по каналу 11, выталкивает находящиеся перед ней отработанные газы по каналу 13 в атмосферу.
За один оборот в роторном двигателе совершаются четыре такта поршневого двигателя внутреннего сгорания.
На фиг.6 топливная смесь, поступая под давлением по каналу 9, поднимает клапан 14 и скапливается в камере сгорания 10. В момент прохождения лопастью 4 основания канала 9 смесь воспламеняется, за счет изменения соотношения давлений клапан 14 нижней головкой перекрывает канал 9, одновременно открывая доступ продуктам сгорания топлива в канал 11 и далее к лопасти 5.
Балансировка обеспечивается установкой на вал противовесов вне корпуса двигателя, компоновкой нескольких модулей двигателя в блок, комбинацией этих способов.
Лопасти смазываются масляным туманом, подаваемым в полость барабана. Для слива масла в барабане предусмотрены отверстия 6 (фиг.1).