РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY DIESEL ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве дизельного двигателя.
Известен четырехтактный дизельный двигатель, содержащий фундаментальную раму, блок цилиндров с форсунками и клапанами, кривошипно-шатунный механизм с поршнями, вставленными в цилиндры, маховик, системы: питания, охлаждения, смазки и запуска, механизмы управления/С.Н.Прасолов, М.Б.Амитин, Устройство подводных лодок, М., Воениздат, 1973, с.232-234, рис.96/.
Недостатками четырехтактного дизельного двигателя являются: большой вес, большой расход топлива, тепловые потери, потери на трение в кривошипно-шатунном механизме, вибрация при работе, трудности запуска при отрицательных температурах воздуха, сложность конструкции.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя, а также наличием кривошипно-шатунного механизма, четырехтактным режимом работы, использованием топлива с высокой температурой воспламенения.
Известен также двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров, блок-картерную фундаментальную раму, поддон, крышку цилиндров с форсунками и клапанами, коленчатый вал, шатуны, поршни, вставленные в цилиндры, имеющие продувочные окна, ротационную воздуходувку, маховик, системы: питания, охлаждения, смазки и запуска, механизмы управления /там же, с.236-241, рис.99/.
Двухтактный дизельный двигатель, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатки двухтактного дизельного двигателя, принятого за прототип, те же.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.
Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик дизельного двигателя.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что блок цилиндров, блок-картерная фундаментальная рама, поддон, крышка цилиндров с форсунками и клапанами, коленчатый вал, шатуны, поршни и цилиндры с продувочными окнами заменены цилиндром, выполненным горизонтальным заодно с фундаментальной рамой, закрытым передней и задней крышками, имеющими соответственно выпускные и впускные продувочные окна, расположенные соосно друг другу, первые из которых соединены с выпускными трубами, а вторые с ротационной воздуходувкой и воздушным фильтром, Z-образным ротором с элементами уплотнения, вставленным в цилиндр и выполненным заодно с валом, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, причем на противоположных концах ротора выполнено по два выступа в форме треугольников, обращенных своими вершинами в сторону, противоположную вращению ротора, двумя поршнями с элементами уплотнения, установленными по одному на противоположных сторонах ротора, каждый из которых выполнен в форме сегмента, обращенного своей сферической поверхностью к внутренней поверхности цилиндра, причем оба поршня установлены с возможностью вращения вместе с ротором и радиального перемещения, причем ротор и поршни размещены в поперечной плоскости относительно вала, кроме того, каждый поршень имеет выступ и наклонную направляющую, входящие соответственно в паз и наклонный канал ротора, а на задней поверхности каждого поршня закреплен палец, входящий в профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки, причем сферические и боковые поверхности поршней, зубчатые поверхности выступов ротора и внутренняя поверхность цилиндра образуют две камеры сгорания, имеющие форсунки, соединенные с системой питания, кроме того, на свободных концах вала установлены маховик и ротор ротационной воздуходувки, закреплены ведущие шестерни, входящие в зацепление с ведомыми шестернями привода насоса высокого давления, топливного масляного и водяного насосов, а на передней крышке закреплен стартер, шестерня которого взаимодействует с зубчатым венцом маховика.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид роторно-поршневого дизельного двигателя, на фигуре 2 - вид слева на роторно-поршневой дизельный двигатель, на фигуре 3 - вид справа на роторно-поршневой дизельный двигатель, на фигуре 4 - кинематическая схема двигателя, на фигуре 5 - поперечный разрез роторно-поршневого дизельного двигателя, на фигуре 6 - общий вид ротора, на фигуре 7 - вид на ротор слева, на фигуре 8 - вид на ротор сверху, на фигуре 9 - общий вид поршня, на фигуре 10 - вид на поршень слева, на фигуре 11 - вид на поршень сверху с частичным разрезом, на фигуре 12 - схема системы питания роторно-поршневого двигателя, на фигуре 13 - вид спереди на уплотнительные элементы ротора или поршня, на фигуре 14 - вид сзади на уплотнительные элементы, на фигуре 15 - вид сверху на уплотнительные элементы, на фигурах 16, 17, 18, 19 - схема работы роторно-поршневого двигателя.
Роторно-поршневой дизельный двигатель содержит цилиндр 1 с рубашкой охлаждения 2, размещенный горизонтально и выполненный заодно с фундаментальной рамой 3. Цилиндр закрыт передней 4 и задней 5 крышками, имеющими соответственно выпускные 6 и впускные 7 продувочные окна, первые из которых соединены с выпускными трубами 8, а вторые соединены с выпускными трубами 9 ротационной воздуходувки 10, впускная труба 11 которой связана с воздушным фильтром 12. Внутрь цилиндра вставлен Ζ-образный ротор 13 с элементами уплотнения, представляющими собой Г-образные пластины 14, установленные в пазах 15, и прижимаемые пружинами 16. Ротор выполнен заодно с валом 17, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек. На обеих противоположных сторонах ротора установлены поршни 18, а на противоположных концах выполнено по два выступа 19 в форме треугольников, обращенных своими вершинами в сторону, противоположную вращению ротора. Поршни выполнены в форме сегментов, обращенных сферическими поверхностями к внутренней поверхности цилиндра и установленных с возможностью вращения вместе с ротором и одновременного перемещения в радиальном направлении. Каждый поршень имеет выступ 20 для лучшего уплотнения и наклонную направляющую 21, установленную под углом α к основанию поршня, равным 68 градусам, входящие соответственно в паз 22 и наклонный канал 23 ротора. В зависимости от положения ротора и поршней в цилиндре образуются две продувочные камеры 24 и две камеры сгорания 25. На задней боковой стороне каждого поршня закреплен палец 26, входящий в профилированный паз 27, выполненный на внутренней поверхности задней крышки цилиндра. Чтобы при движении поршней между их основаниями и сторонами ротора не возникало разрежения или повышенного давления, на задней крышке цилиндра выполнены каналы 28, сообщенные с атмосферой трубопроводом, не показанном на чертежах. Камеры сгорания имеют форсунки29, соединенные с системой питания, включающей в себя: топливный бак 30, топливный насос 31, топливный фильтр 32 и насос высокого давления 33 с ручкой 34 управления подачей топлива. Все узлы системы питания соединены между собой трубопроводами 35. Роторно-поршневой дизельный двигатель имеет стандартные системы запуска, охлаждения и смазки. На свободных концах вала установлены: маховик 36, зубчатый венец которого взаимодействует с шестерней 37 стартера 38, ротор 39 ротационной воздуходувки, ведущие шестерни 40,41, 42, входящие в зацепление с шестернями 43 привода насоса высокого давления, топливного, масляного 44, водяного 45 насосов и генератора электрического тока 46.
Работа роторно-поршневого двигателя
1
2
3
4
5
5
4
После проверки исправности роторно-поршневой дизельный двигатель запускается стартером 38, шестерня 37 которого входит в зацепление с зубчатым венцом маховика 36 и начинает вращать вал 17, после чего работает следующим образом. В исходном положении (фиг.18) ротор 13 занимает вертикальное положение. Поршни 13 сдвинуты до конца к ротору 13. Впускные окна 7 и выпускные окна 6 открыты. Воздух через воздушный фильтр 12 засасывается из атмосферы ротационной воздуходувкой 10 и через впускные окна 7 подается во впускные камеры 24, где он вытесняет отработанные газы через выпускные окна 6 и выпускные трубы 8 в атмосферу, заполняя впускные камеры 24 чистым воздухом. Далее ротор 13 поворачивается в направлении, показанном стрелкой (фиг.19). При этом впускные 7 и выпускные 6 окна закрываются, чистый воздух перемещается в камеру сгорания 25. Одновременно с этим воздух начинает сжиматься поршнями 18, которые начинают перемещаться в сторону от оси вращения ротора 13 за счет перемещения пальцев 26 по профилированному пазу 27. За 10-15 градусов поворота вала 17 через форсунки 29 в камеры сгорания 25 насосом высокого давления 33 впрыскивается топливо. Как только ротор 13 займет положение, показанное на фигуре 16, топливо воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на сферические поверхности и торцовые участки поршней 18, а также на площадки выступов 19 ротора 13. При этом силы F и F создают пару сил и приводят ротор 13 во вращение, силы F и F, действующие на сферические поверхности поршней не мешают вращению ротора потому, что направление действия этих сил проходит через центр вращения и не создает пары сил (на фигуре 16 показано пунктиром). Силы F и F в начале рабочего хода будут уравновешивать друг друга потому, что площади, на которые они действуют, равны. Но при повороте ротора 13 поршни 18 станут приближаться к ротору и сила Fстанет уменьшаться, так как площадь, на которую она действует, уменьшается. С другой стороны, сила F будет не уравновешена и станет увеличивать давление газов на ротор, повышая крутящий момент. Достигнув положения, показанного на фигуре 17, ротор 13 и поршни 18 станут открывать впускные 7 и выпускные 6 окна, и процесс начнется сначала. Таким образом за один оборот вала 17 будет происходить четыре рабочих хода. Регулирование мощности и частоты вращения осуществляется путем изменения величины подачи топлива за счет ручки 34.
Положительный эффект: более высокий КПД, большая мощность и крутящий момент при меньших размерах, упрощение конструкции, уменьшение веса двигателя, снижение вибрации из-за отсутствия неуравновешенных вращающихся масс.