Роторный двигатель внутреннего сгорания
ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Известен ряд роторных двигателей (патенты: RU 2411377, RU 2360135, RU 2161708, RU 2527808, №2193676 на РДТ-1, №2478803 на РДТ-3), устройства которых содержат общие с предлагаемым устройством признаки. В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности и общим признакам роторный двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2411377, МКИ F02B 53/08, F02B 55/16, F01C 1/46, 2011 г.).
Недостатками устройства являются: сложность конструкции при недостаточной эффективности вследствие того, что секции корпуса и лопасти (далее - заслонки) имеют сложные формы, что создает технологические трудности при их изготовлении. Подъем заслонок происходит в результате воздействия ротора, а опускание - под действием пружин. При повышении оборотов двигателя время для опускания заслонки сокращается. Учитывая инерцию, для гарантированного опускания заслонки на высоких оборотах двигателя требуется значительное усилие пружины, что создает дополнительные потери на трение. Кроме того, пружины размещены в зоне высоких температур, что может привести к их неработоспособности.
Целью изобретения является создание простого по конструкции, экономичного и надежного роторного двигателя без недостатков, указанных выше, который найдет широкое применение в разных сферах народного хозяйства.
Указанная цель достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, состоящий из двух секций с цилиндрическими соосными полостями сжатия и расширения, перегородку, крышки, закрепленные на корпусе, вал, закрепленный в крышках по центру полостей корпуса посредством подшипников с возможностью вращения, роторы, закрепленные на валу, выполненные в виде дисков цилиндрической формы, содержащие вырез, поворотные заслонки, постоянно поджатые к наружным поверхностям роторов, систему подачи топлива, систему зажигания, отличается тем, что две заслонки размещены на одном валу симметрично относительно продольной оси вала, закрепленного между крышками с возможностью поворота, и жестко закреплены на нем, при этом одна из них находится в контакте с одним ротором, другая - с другим, устройство уплотнения указанных заслонок с роторами содержит пластину, размещенную в пазу, выполненном в заслонке со стороны ротора, и постоянно поджатую закрепленной на противоположной поверхности заслонки пружиной посредством штифта, размещенного в сквозном отверстии заслонки, входящего в полость паза, радиальные уплотнения заслонок содержат пластину со скосом, размещенную в пазу, выполненном в секторе корпуса со стороны заслонки, и ряд отверстий, выполненных со стороны внутренней цилиндрической поверхности сектора корпуса таким образом, что скос пластины находится в зоне отверстий, боковые уплотнения роторов содержат сектор, размещенный в кольцевой проточке крышки и постоянно поджатый к ротору посредством штифтов, размещенных в сквозных отверстиях крышки, пружинами, закрепленными с наружной стороны крышки.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:
Фиг. 1 - Роторный двигатель внутреннего сгорания, согласно изобретению, в разрезе по оси вала.
Фиг. 2 - то же, что и на Фиг. 1, вид со стороны крышки,
Фиг. 3 - то же, что и на Фиг. 1, уплотнения заслонок,
Фиг. 4 - то же, что и на Фиг. 1, секция 1, начало всасывания,
Фиг. 5 - то же, что и на Фиг. 1, секция 2, начало рабочего хода,
Фиг. 6 - то же, что и на Фиг. 1, боковые уплотнения роторов,
Фиг. 7 - то же, что и на Фиг. 1, секция 1, начало нагнетания,
Фиг. 8 - то же, что и на Фиг. 1, секция 2, начало выхлопа.
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, состоящий из двух секций - секции сжатия 1 (Фиг. 1) (далее - секция нагнетания) и секции расширения 2 (далее - секция рабочего хода) с цилиндрическими полостями одного диаметра, перегородку 3, крышки 4 и 5, закрепленные на внешней стороне секций 1 и 2 корпуса, вал 6, закрепленный в крышках 4 и 5 по центру полостей корпуса посредством подшипников 7 с возможностью вращения, два ротора 8 и 9 с одинаковым профилем, выполненные в виде дисков цилиндрической формы, содержащие вырез, закрепленные на валу 6 посредством шпонок 10, поворотные заслонки 11, 12, 13, 14 (Фиг. 2), постоянно поджатые к наружным поверхностям роторов 8, 9, систему подачи топлива, систему зажигания.
Роторы 8, 9 содержат две цилиндрические поверхности, образованные вокруг оси вращения ротора - наружную и поверхность выреза, переходы между которыми содержат по две цилиндрические поверхности - выпуклую и вогнутую, при этом все четыре поверхности переходов имеют одинаковый радиус.
Заслонки 11, 12 размещены на одном валу 15 симметрично относительно продольной оси вала 15, закрепленного между крышками 4, 5 с возможностью поворота, и жестко закреплены на нем. При этом заслонка 11 находится в контакте с ротором 8, заслонка 12 - в контакте с ротором 9. Роторы развернуты на валу относительно друг друга на угол, при котором начало подъема одной заслонки совпадает с началом опускания другой. Устройство уплотнения заслонок 11, 12 с роторами 8, 9 содержит пластину 16 (Фиг. 3), размещенную в пазу, выполненном в заслонке со стороны ротора, постоянно поджатую пружиной 17, закрепленной на противоположной поверхности заслонки, посредством штифта 18, размещенного в сквозном отверстии заслонки, входящего в полость паза.
Радиальные уплотнения заслонок 11 и 12 содержат пластину 19 со скосом, размещенную в пазу, выполненном в секторе корпуса со стороны заслонки, и ряд отверстий 20, выполненных со стороны внутренней цилиндрической поверхности секции корпуса таким образом, что скос пластины находится в зоне отверстий. Секция нагнетания содержит ротор 8 (Фиг. 4), поворотную заслонку 11, закрепленную на валу 15, поворотную заслонку 13, закрепленную на оси 21, размещенной между перегородкой 3 и крышкой 4, окно 22 для всасывания и выпускной канал 23. Секция рабочего хода содержит камеру предварительного сгорания 24 (Фиг. 5) (далее - камера сгорания) с каналом 25, ротор 9, поворотную заслонку 12, закрепленную на валу 15, поворотную заслонку 14, закрепленную на оси 26, размещенной между перегородкой 3 и крышкой 5, и выхлопное окно 27. Камера сгорания 24 сообщается с внутренней полостью корпуса 2.
Поворотные заслонки 13 и 14 (Фиг. 2) постоянно поджаты посредством пружин 28 к соответствующим роторам. Боковые уплотнения роторов содержат сектор 29 (Фиг. 6), размещенный в кольцевой проточке крышки и постоянно поджатый к ротору посредством штифтов 31, размещенных в сквозных отверстиях крышки, пружинами 30, закрепленными с наружной стороны крышки.
Двигатель содержит систему подачи топлива и систему зажигания (не показаны). Свеча зажигания размещена на торце корпуса камеры сгорания 24. Форсунка для впрыска топлива размещена с другой стороны камеры сгорания 24. Выпускной канал 23 камеры нагнетания соединен с каналом 25 камеры сгорания 24. Канал 25 содержит обратный клапан (не показан), размещенный перед форсункой. Один конец вала 4 служит для отбора мощности, другой - для привода топливного насоса и устройства системы зажигания.
Устройство работает следующим образом. Рабочая камера в секции образуется при вращении ротора, когда вырез ротора входит в цилиндрическую полость секции корпуса. При этом замкнутый объем камеры ограничен поверхностью выреза в роторе, цилиндрической поверхностью полости секции корпуса, плоскостью перегородки 3, плоскостью соответствующей крышки и поверхностью заслонки, примыкающей к секции. Объем увеличивается при вращении ротора до начала выхода выреза ротора из цилиндрической полости секции корпуса. При дальнейшем вращении ротора объем рабочей камеры уменьшается и исчезает при выходе выреза ротора из секции корпуса.
Для запуска двигателя вращают вал 4 (Фиг. 4), в данном случае - по часовой стрелке, вручную или иным способом. При этом вращается ротор 8 и объем рабочей камеры в секции нагнетания увеличивается, происходит всасывание воздуха из окружающей среды. При дальнейшем вращении вала 4 (Фиг. 7) объем рабочей камеры уменьшается и воздух, сжимаясь, поступает через канал 22, канал 25 (Фиг. 8) и обратный клапан в канале 25 в камеру сгорания 24. Выход из камеры сгорания 24 в полость секции во время накачки камеры сгорания закрыт наружной поверхностью ротора 9.
По окончании накачки воздуха в камеру сгорания 24 впрыскивается топливо и поджигается рабочая смесь посредством свечи зажигания. При входе выреза в роторе 9 (Фиг. 5) в полость секции образуется камера рабочего хода и выход из камеры сгорания 24 в полость секции открыт. Горящие газы под давлением устремляются в камеру рабочего хода и так как объем камеры закрыт, давят на переднюю поверхность выреза ротора, создавая крутящий момент.
При выходе переднего выреза ротора 9 (Фиг. 8) из полости секции начинается вытеснение отработавших газов из камеры рабочего хода через выхлопное окно 27. Роторы 8 и 9 обладают инерцией, поэтому дополнительный маховик не нужен. Далее процесс повторяется. За один оборот вала реализуются четыре такта: всасывание и рабочий ход одновременно, накачка камеры сгорания 24 и выхлоп одновременно.
Так как заслонки 11 и 12 (Фиг. 2) жестко закреплены на валу 15, подъем-опускание их происходит под воздействием то одного, то другого ротора, что гарантирует работу заслонок на высоких оборотах двигателя. Положение заслонок 11, 12 на валу 15 обеспечивает свободное вращение роторов 8, 9 с минимальными зазорами между роторами и заслонками. Зазоры выбираются уплотнительными устройствами, содержащими пластину 16 (Фиг. 3). Пружина 17 и штифт 18, расположенный по центру пластины 16, обеспечивают ее равномерный прижим к поверхности ротора. Радиальные уплотнения заслонок 11, 12 обеспечиваются при повышении давления в рабочей камере, которое воздействует на скос пластины 19 через отверстия 20, прижимая пластину 19 к цилиндрической поверхности заслонки.
Изобретение может найти применение в моторостроении, так как может быть взято за основу для создания роторного двигателя внутреннего сгорания с высоким крутящим моментом, что позволит в ряде устройств обойтись без редукторов, коробок скоростей.
Двигатель найдет широкое применение в транспорте, в быту и в других сферах народного хозяйства. Особенности конструкции и малое количество деталей предполагают его высокую надежность, малый вес, высокий КПД, сравнительно низкую стоимость.