РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Данное техническое решение позволяет повысить экономичность, мощность, обороты и большую работу от тепловой энергии. Также может быть использовано в качестве гидравлических вакуумных пневматических насосов.
Из уровня техники известен роторный двигатель по патенту RU 2374464 С2 от 15.10.2007 «Роторный двигатель внутреннего сгорания прямого действия», который содержит ротор в виде двух смещенных относительно друг друга по диаметру или нескольких пар кулачков с профилем в виде дуги окружности с одной и плоскости с другой стороны, цилиндрический корпус с направляющими отверстиями для ползунов прямоугольного сечения, крышки корпуса двигателя, ползуны с поворотным башмаком и пружины возврата ползунов. Четыре полости переменного объема двигателя размещены между ползунами, кулачками ротора и корпусом двигателя. Ползуны с поворотным башмаком разделяют полости сжатия и рабочего хода. Ползуны прижаты к ротору пружинами через коромысла. В четырех полостях переменного объема двигателя все четыре такта цикла происходят одновременно. Недостатком такого движения является трение между ползунами и ротором, износ поверхностей, небольшой рабочий ход, потери рабочего объема на больших скоростях из-за позднего прилегания ползунов, что снижает КПД.
Также известен роторный двигатель по патенту RU 2351779 С2 от 26.04.2007, «Способ работы теплового двигателя и его устройство», имеющий герметичные камеры переменного объема и исполнительный элемент, выполняющий роль поршня, включает четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания, плюс такт впрыска в камеру рабочего хода - камеру сгорания - воды. Впрыск воды производят после завершения процесса горения основной части топливной смеси. Камеры двигателя теплоизолируют от внешней среды. Теплоизоляцию герметичных камер осуществляют способом сосуда Дюара. Перепады температур внутренних поверхностей камер выравнивают, например, путем покрытия их внутренних поверхностей материалом, имеющим наибольший коэффициент теплопроводности, например материалом на основе меди. Перепады температур внутренних поверхностей камер выравнивают способом «тепловой трубки». В камере сгорания теплового роторного двигателя установлены форсунки для впрыска воды. Двигатель состоит из неподвижного корпуса с внутренней криволинейной замкнутой поверхностью с впускными и выпускными окнами и ротора. Ротор установлен на валу и выполнен в виде каркаса с поршнями, которые находятся в постоянном контакте с каркасом ротора и с внутренней криволинейной поверхностью корпуса. Между внутренней криволинейной поверхностью корпуса и поверхностями поршней образованы камеры переменного объема. Внутренняя замкнутая поверхность корпуса выполнена из дуг сопряженных окружностей разных радиусов. Двигатель дополнительно снабжен секторами, подшипниками и торцевыми уплотнительными крышками. К секторам закреплены звенья контроля движения поршней. Поршни закреплены к секторам и находятся в постоянном контакте с поверхностью обоймы. Недостатком такого движения является то, что малый рабочий ход не более 90 градусов увеличивает расход топлива и снижает мощность.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по патенту RU 2386823 С1 от 02.09.2008., который содержит корпус с впускным и выпускным окнами и овальной внутренней рабочей поверхностью, ротор с выдвижными рабочими лопастями, связанный с ним источник сжатого воздуха, топливную форсунку и турбонагнетатель. Рабочие лопасти образуют четыре отсека в корпусе и подлопастные камеры. Двигатель снабжен электропневматической системой выдвижения и фиксации лопастей в пазах ротора, выполненной из электропневматического золотника. Золотник сообщает воздуховодами источник сжатого воздуха с подлопастными камерами ротора. На боковых поверхностях пазов ротора выполнены углубления, в которых смонтированы подпружиненные колодки. Колодки образуют камеры, сообщенные в свою очередь воздуховодами с золотником. Лопасти выполнены в виде пакета подвижных друг относительно друга пластин. Слоев пластин в пакете не менее трех. Средняя пластина выполнена с двусторонними прямоугольными выступами по середине. По обе стороны от средней пластины расположены по две подпружиненные относительно выступов профилированные пластины, выполненные П-образной формы. На корпусе между впускным и выпускным окнами выполнено дополнительное окно со съемной крышкой. Основными характеристиками данного технического решения являются: неподвижный корпус, смещенный к ротору с впускными и выпускными окнами; ротор с выдвижной лопастью;
камеры переменного объема, которые ограничены внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью ротора и лопастями. Вместе с тем прототип обладает следующими недостатками: небольшой рабочий ход увеличивает расход топлива и снижает мощность, постоянный контакт лопасти увеличивает трение, что снижает долговечность двигателя, а также снижает КПД.
Заявляемое техническое решение устраняет указанные выше недостатки, то есть предлагает создание роторного двигателя с увеличением рабочего хода. Управление лопастью и уменьшение количества лопастей, управление компрессией, для осуществления работы от детонации. Техническая задача заявляемой полезной модели:
тепловую энергию максимально преобразовать в механическую, понизить трение, повысить экономичность расхода топлива, повысить мощность двигателя, увеличить долговечность, а также получить более высокий КПД.
Поставленная задача достигается следующим техническим решением: увеличением рабочего хода за счет уменьшения количества лопастей до одной; применением газораспределительного механизма, как правило применяемого в поршневых двигателях, наличием в конструкции двигателя камеры сгорания, отделяемой от камеры переменного объема с помощью клапанов, при этом управление одного клапана осуществляется кулачком, а другой управляется под воздействием сжатой смеси.
Технический результат достигается за счет того, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускными и выпускными окнами, ротор с выдвижной лопастью, повторяющей контур внутренней поверхности корпуса, камеру переменного объема, ограниченную внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью ротора, содержит камеру сгорания, имеющую переменный объем, отделяющуюся клапанами от камеры переменного объема, при этом объем камеры сгорания изменяется поршнем через винтовое соединение в неподвижном корпусе; корпус содержит окна, перекрывающиеся заслонками и клапанами; заслонки управляются посредством тяги под воздействием распределительного вала; впускной клапан камеры сгорания управляется под воздействием сжатой смеси, а управление выпускного клапана осуществляется кулачком распределительного вала; лопасть ротора управляется системой роликов, описывающих контур камеры переменного объема; ротор выполнен в виде полого цилиндра с продольными прорезями для захода лопастей в момент прохождения под вогнутостью корпуса. Количество узлов, включающих камеру переменного объема, лопасть, заслонки, клапаны, может быть любым в зависимости от требуемой мощности.
Решение технической задачи достигается тем, что по сравнению с конструкцией прототипа уменьшение количества лопастей увеличивает рабочий ход. Управление лопастью осуществляется вне камеры переменного объема за счет того, что тяга под действием роликов, описывающих контур камеры переменного объема неподвижного корпуса, воздействует на лопасть, что ограничивает зазор со стенками корпуса. Корпус камеры переменного объема отличается наличием вогнутой стенки, глубина вогнутости которой обуславливается ходом, величиной и расположением ротора. В конструкции двигателя имеется камера сгорания, отделяемая клапанами от камеры переменного объема, имеющая переменный объем, который изменяется поршнем через винтовое соединение в неподвижном корпусе. Использование детонации для работы двигателя позволит увеличить КПД и мощность двигателя за счет использования при детонации обедненной топливно-воздушной смеси.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания характеризуется следующими признаками: неподвижный корпус, смещенный к ротору с впускными и выпускными окнами; ротор с выдвижной лопастью; заслонки; распределительные валы; камера переменного объема ограничены внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью ротора и заслонками; камера сгорания с клапанами, поршень, управляющий компрессией; свеча зажигания.
При этом отличиями от прототипа являются:
- дополнительные окна: корпус имеет четыре окна (у прототипа два);
- камера сгорания, отделяемая клапанами от камеры переменного объема (у прототипа отсутствует камера сгорания), имеющая переменный объем, который изменяется поршнем через винтовое соединение в неподвижном корпусе;
- корпус имеет две заслонки и два клапана (прототип не имеет ни заслонок, ни клапанов);
- заслонки управляются через тяги под воздействием распределительного вала;
- лопасть ротора управляется системой роликов, описывающих контур камеры переменного объема (у прототипа лопасть прижимается к стенке под воздействием электропневматической системы);
- ротор имеет конструкцию полого цилиндра с продольными прорезями - для захода лопастей в момент прохождения под вогнутостью корпуса.
Сущность заявляемой полезной модели поясняют изображения на фиг.1, 2, 3, 4, 5, где:
1 - неподвижный корпус;
2 - контур камеры переменного, объема описываемый роликом;
3 - ротор;
4 - лопасть;
5 - тяга;
6 - ролик;
7 - впускная заслонка;
8 - впускное окно;
9 - распределительный вал впускной заслонки;
10 - выпускное окно;
11 - выпускная заслонка;
12 - распределительный вал выпускной заслонки.
13 - впускной клапан;
14 - выпускной клапан;
15 - поршень;
16 - свеча зажигания;
17 - камера сгорания;
18 - камера переменного объема;
19 - тяги.
Описание работы заявляемого двигателя. Двигатель запускается стартером. Ротор (3), вращаясь, двигает лопасть (4), которая втягивает топливно-воздушная смесь через окно (8). Подходя к смещению корпуса, лопасть (4) втягивается в ротор (3), под воздействием ролика (6) сообщающий лопасти (4) через тягу (5) контур (2) камеры переменного объема (18), не допуская прямого контакта лопасти с внутренней поверхностью корпуса. Пройдя под смещением корпуса, лопасть (4) выдвигается, распределительный вал (9) закрывает впускное окно (8) заслонкой (7), топливно-воздушная смесь сжимается. Под воздействием лопасти (4) сжатая смесь открывает клапан (13) в камеру сгорания (17), клапан закрывается под воздействием сжатой смеси и пружины. Во время прохождения лопасти (4) под камерой сгорания (17) смесь воспламеняется свечой зажигания (16). Тяга лопасти открывает выпускной клапан (14), начиная рабочий такт. Подходя к смещению корпуса, распределительный вал (12) отодвигает заслонку (11), открывая выпускное окно (10). Окно впуска (8) открывается, а клапан (14) камеры сгорания (17) закрывается после прохождения лопасти (5), выталкивающей отработавшие газы. Поршень (15) увеличивает сжатие, подводя к детонации.
Технический результат: уменьшение трения между лопастью и корпусом, увеличение продолжительности рабочего хода, работа на детонации, что позволяет заявляемой модели двигателя тепловую энергию максимально преобразовать в механическую;
понизить трение, повысить экономичность расхода топлива, мощность двигателя, увеличить долговечность, а также получить более высокий КПД.