РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания.
Техническим решением, принятым в качестве ближайшего аналога, является «Роторный двигатель», содержащий корпус с каналами для охлаждающей жидкости, насосы, установленные последовательно друг за другом внутри цилиндрических отверстий корпуса, ступени компрессора, зажигания и силового каскада, последовательно образованные внутри корпуса насосами, причем указанная ступень компрессора содержит не менее одного насоса, расположенного рядом с всасывающей частью корпуса, причем газы, входящие в цилиндр, сжимаются первым насосом; указанная ступень зажигания содержит второй насос и средство зажигания, расположенное на корпусе, при этом сгорание газов, проходящих через указанный второй насос, происходит при активации зажигания; указанная ступень силового каскада содержит третий насос, кинематически связанный со вторым насосом, и выходной вал, соединенный, по меньшей мере, с третьим насосом, посредством чего выходной вал приводится во вращение под воздействием на третий насос указанными сжигаемыми газами, поступающими из второго насоса (патент US 3693601 на изобретение, F01C 11/00, F02B 75/02Б, 1971).
Признаками полезной модели, совпадающими с существенными признаками ближайшего аналога, является наличие в двигателе внутреннего сгорания корпуса с каналами для охлаждающей жидкости, машины сжатия, выполненной в виде винтового компрессора с впускными и выпускными каналами, камеры сгорания, расширительной машины, выполненной в виде винтового детандера с впускными и выпускными каналами, кинематически связанной с машиной сжатия, вала отбора мощности.
Техническим результатом полезной модели является увеличение удельной мощности двигателя и повышение коэффициента полезного действия.
Причинами, препятствующими достижению указанного технического результата, является отсутствие в двигателе конструктивных элементов, обеспечивающих полноту сгорания топливовоздушной смеси и допустимую рабочую температуру для всех элементов двигателя. При использовании в качестве камеры сгорания полостей винтового насоса, в которых сжигается топливовоздушная смесь, затруднено эффективное распыление и сгорание топлива без остатка, а также отвод тепла от горячих зон двигателя.
В основу полезной модели поставлена техническая задача разработки конструктивных элементов двигателя, обеспечивающих полноту сгорания топливовоздушной смеси и охлаждение его элементов.
Поставленная техническая задача решена тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с каналами для охлаждающей жидкости, машину сжатия, выполненную в виде винтового компрессора с впускными и выпускными каналами, камеру сгорания, расширительную машину, выполненную в виде винтового детандера с впускными и выпускными каналами и кинематически связанную с машиной сжатия, вал отбора мощности, согласно полезной модели, камера сгорания выполнена в виде отдельного агрегата, соединенного с каналами компрессора и детандера, содержащего не менее чем одно устройство для подачи топлива, отверстия для подачи сжатого воздуха, не менее чем одно воспламеняющее устройство, каналы для охлаждающей жидкости, патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости, причем рабочий объем камеры сгорания не меньше объема, необходимого для полного сгорания топлива. Согласно полезной модели, роторы машины сжатия имеют внутренние каналы для охлаждающей жидкости, а подвод и отвод охлаждающей жидкости производится через отверстия, расположенные на внешних поверхностях роторов. Согласно полезной модели, роторы расширительной машины имеют внутренние каналы для охлаждающей жидкости, а подвод и отвод охлаждающей жидкости производится через отверстия, расположенные на внешних поверхностях роторов.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и техническим результатом, который достигается, существует следующая причинно-следственная связь: выполнение камеры сгорания в виде отдельного агрегата, содержащего не менее чем одно устройство для подачи топлива, отверстия для подачи сжатого воздуха, не менее чем одно воспламеняющее устройство, позволяет обеспечить полное сгорание топлива с минимальными образованиями сажи, что повышает удельную мощность и коэффициент полезного действия двигателя, причем рабочий объем камеры сгорания не меньше объема, необходимого для полного сгорания топлива. Выполнение в камере сгорания стенок с каналами для охлаждающей жидкости и патрубков для подвода и отвода охлаждающей жидкости позволяет увеличить количество топливовоздушной смеси и температуру его сгорания, при этом обеспечивается защита камеры от перегрева при работе двигателя. Конструкция роторов машины сжатия и расширительной машины с выполнением внутренних каналов для охлаждающей жидкости, обеспечивает необходимое охлаждение роторов при работе двигателя и предотвращает их коробление, износ или заклинивание. Каналы размещаются непосредственно под винтовыми поверхностями роторов, подвергаемых нагреву.
Полезная модель проиллюстрирована графическим материалом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез роторного двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - продольный разрез камеры сгорания; на фиг. 3 - продольный разрез ротора двигателя; на фиг. 4 - разрез А-А фиг. 3.
Роторный двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса 1 с каналами для охлаждающей жидкости 2, впускным отверстием 3 и выхлопным отверстием 4, роторов 5 и 6 машины сжатия, роторов 7 и 8 машины расширения, которые установлены на подшипниках 9, закрепленных в корпусе 1, камеры сгорания 10, соединенной посредством патрубка 11 с выпускным каналом машины сжатия и соединенной посредством патрубка 12 с впускным каналом машины расширения. В изображенном варианте исполнения роторного двигателя внутреннего сгорания роторы 5 и 7 расположены на общем валу 13, являющимся валом отбора мощности, роторы 6 и 8 расположены на общем валу 14, валы 13 и 14 кинематически связаны с помощью шестерен 15 и 16, установленных на их участки. (Фиг. 1).
Камера сгорания состоит из корпуса 17, в стенках которого выполнены каналы 18 для охлаждающей жидкости, соединенные с патрубками 19 и 20 для подачи и выхода охлаждающей жидкости. К камере сгорания присоединены устройство подачи топлива 21, например, в виде патрубка с форсункой, патрубок 22 подачи сжатого воздуха, соединенный с отверстиями 23, выполненными в стенках камеры сгорания, воспламеняющие устройства 24, например, свечи зажигания, выходной патрубок 25 (Фиг. 2)
На фиг. 3 в разрезе показаны ротор 6 машины сжатия и ротор 8 машины расширения, выполненные в виде общего вала 14, причем, внутри ротора 8 выполнены каналы 26 для охлаждающей жидкости, соединенные с отверстиями 27 и 28 для подвода и отвода охлаждающей жидкости.
На фиг. 4 показан поперечный разрез по А-А ротора 8 с каналами 26, которые размещены вблизи рабочих поверхностей витков ротора.
Реализация описанного технического решения происходит следующим образом: при вращении роторов 5 и 6 в машине сжатия образуются полости, куда через впускное отверстие 3 всасывается воздух и при дальнейшем вращении сжимается. Далее сжатый воздух через патрубок подачи сжатого воздуха 11 (Фиг. 1) поступает к отверстиям 23 (Фиг. 2). Через отверстия 23 сжатый воздух поступает в камеру сгорания 10 в виде тонких струй, образуя зону с вихрями, чем обеспечивается стабилизация процесса горения. Так же в эту зону подается распыленное топливо через устройство подачи топлива 21. Распыленное топливо перемешивается с воздухом и испаряется. Поджог топливовоздушной смеси осуществляется воспламеняющими устройствами 24. Сгоревшая смесь по патрубку 25 попадает в расширительную машину. Разогретый газ расширяется, воздействуя на роторы 7 и 8 расширительной машины, что приводит их во вращение. Совершив работу при расширении, газ удаляется через выхлопное отверстие 4. При работе двигателя через каналы 2 в корпусе 1, через каналы 18 в камере сгорания 10 и через каналы 26 в роторах прокачивается охлаждающая жидкость, чем обеспечивается допустимая рабочая температура для всех узлов двигателя.