Роторный двигатель внутреннего сгорания
ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.
Известны роторные двигатели, устройства которых содержат общие с предлагаемым устройством признаки (патенты RU 2411377, RU 2360135, RU 2161708, RU 2527808, 2193676, 2478803).
Наиболее близким по технической сущности и общим признакам является роторный двигатель внутреннего сгорания, который выбран в качестве прототипа (патент RU 2411377, МКИ F02B 53/08, F02B 55/16, F01C 1/46, 2011 г.), содержащий корпус с цилиндрической полостью, крышки, закрепленные на корпусе, вал, закрепленный в крышках по центру полости корпуса посредством подшипников с возможностью вращения, ротор, закрепленный на валу, выполненный в виде диска цилиндрической формы, содержащий вырез, поворотные заслонки, постоянно поджатые к наружной поверхности ротора пружинами, систему подачи топлива, систему зажигания.
Недостатками устройства являются: сложность конструкции при недостаточной эффективности вследствие того, что корпуса секций и лопасти (далее - заслонки) имеют сложные формы, что создает технологические трудности при их изготовлении. Каждая заслонка оснащена пружиной. Подъем заслонок происходит под воздействием ротора, опускание происходит под действием пружин. При повышении оборотов двигателя время для опускания заслонки сокращается. Учитывая инерцию, для опускания заслонки на высоких оборотах двигателя требуется значительное усилие пружины, что создает дополнительные потери на трение, особенно при верхнем положении заслонок, когда пружины максимально сжаты. Кроме того, пружины размещены в зоне высоких температур. Целью изобретения является создание простого по конструкции, экономичного и надежного однороторного 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 с цилиндрической полостью, крышки, закрепленные на корпусе, вал, закрепленный в крышках по центру полости корпуса посредством подшипников с возможностью вращения, ротор, закрепленный на валу, выполненный в виде диска цилиндрической формы, содержащий вырезы, поворотные заслонки, постоянно поджатые к наружной поверхности ротора пружинами, систему подачи топлива, систему зажигания, каждая из двух заслонок, расположенных симметрично, представляет собой двуплечий рычаг, при этом указанные заслонки связаны между собой посредством пружины, воздействующей на рычаги заслонок, поворотная заслонка содержит внутреннюю расточку, поверхностью которой указанная заслонка охватывает корпус камеры сгорания и закреплена на нем с возможностью поворота, сквозной канал или несколько сквозных каналов, входящих в полость расточки со стороны рабочей камеры двигателя, при этом ротор содержит два одинаковых выреза с цилиндрическими поверхностями, образованными вокруг оси вращения ротора, и симметричен по обеим осям, проведенным через центр вращения ротора, боковые уплотнения ротора содержат сектор, размещенный в кольцевой проточке крышки, постоянно поджатый к ротору пружинами, закрепленными с наружной стороны крышки посредством штифтов, размещенных в сквозных отверстиях крышки, 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.
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, вид со стороны крышки на заслонки.
Фиг. 4 - то же, что и на Фиг. 1, профиль ротора.
Фиг. 5 - то же, что и на Фиг. 1, боковые уплотнения ротора.
Фиг. 6 - то же, что и на Фиг. 1, радиальные уплотнения заслонки.
Фиг. 7 - то же, что и на Фиг. 1, профиль заслонки.
Фиг. 8 - то же, что и на Фиг. 1, способ увеличения угла поворота заслонки.
Фиг. 9 - то же, что и на Фиг. 1, вид со стороны крышки в момент начала рабочего хода.
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 (Фиг. 1) с цилиндрической полостью, крышки 2 и 3, закрепленные на корпусе 1, вал 4, закрепленный в крышках 2 и 3 по центру полости корпуса посредством подшипников 5 с возможностью вращения, ротор 6 (Фиг. 2), закрепленный на валу 4, выполненный в виде диска цилиндрической формы, содержащий два одинаковых выреза с цилиндрическими поверхностями, образованными вокруг оси вращения ротора, поворотные заслонки 7, 8 и 9, постоянно поджатые к наружной поверхности ротора пружинами 10 и 11. Корпус 1 устройства содержит два сектора: сектор, к которому примыкает заслонка 7, далее - камера рабочего хода, и сектор, к которому примыкает заслонка 8, далее - камера нагнетания. Заслонки 7, 8, 9 размещены между крышками 2 и 3 вне корпуса 1, причем две из них 7 и 8 расположены симметрично. Каждая из указанных двух заслонок представляет собой двуплечий рычаг, содержит внутреннюю расточку, поверхностью которой одна из них 7 охватывает корпус камеры предварительного сгорания 12 (Фиг. 3) (далее - камера сгорания), содержащий канал 13, сквозной паз 14 на цилиндрической его поверхности, и закреплена на нем с возможностью поворота. Другая заслонка 8 охватывает ось 15, содержащую канал 16, соединенный с камерой сгорания 12, сквозной паз 17 на цилиндрической ее поверхности, и закреплена на ней с возможностью поворота (далее - подъем, опускание). Заслонки 7 и 8 содержат сквозной канал 18 или несколько сквозных каналов в виде отверстий, входящих в полость расточки со стороны рабочей камеры. Заслонки 7 и 8 связаны между собой посредством пружины 10, воздействующей на плечи их рычагов. Длина L (Фиг. 4) в роторе равна расстоянию между пятками заслонок 7, 8 (Фиг. 3), благодаря чему движения вверх-вниз указанных заслонок синхронизированы. Корпус камеры сгорания 12 и ось 15 закреплены между крышками 2 и 3 неподвижно с возможностью регулировки углового положения сквозных пазов 14 и 17 соответственно. Заслонка 9 (Фиг. 2) размещена на оси 20, закрепленной между крышками 1 и 2, закреплена на ней с возможностью поворота и постоянно поджата к ротору 6 пружиной 11, разделяя корпус 1 на два сектора. Устройство содержит окно 21 для всасывания воздуха и окно 22 для выхода отработавших газов. Боковые уплотнения (Фиг. 5) ротора 6 содержат сектор 23, размещенный в кольцевой проточке крышек 2 и 3, постоянно поджатый к ротору 6 пружинами 24, закрепленными с наружной стороны крышек, посредством штифтов 25, размещенных в сквозных отверстиях крышек. Радиальные уплотнения заслонок 7 и 8 содержат пластину 26 (Фиг. 6) со скосом, размещенную в пазу, выполненном в секторе корпуса 1 со стороны заслонки, и ряд отверстий 27, выполненных со стороны внутренней цилиндрической поверхности сектора корпуса таким образом, что скос пластины находится в зоне отверстий. Заслонка (Фиг. 7) содержит цилиндрическую поверхность 28, контактирующую с ротором 6, форма и длина которой позволяют увеличить угол поворота заслонки за счет того, что ротор воздействует на нее в диапазоне меньшего (R1) и большего (R2) плеч (Фиг. 8) относительно оси поворота заслонки. Двигатель содержит систему подачи топлива и систему зажигания (не показаны). Свеча зажигания размещена на торце корпуса камеры сгорания 12. Форсунка для впрыска топлива размещена с другой стороны камеры сгорания 13. Трубопровод, соединяющий канал оси 15 с каналом в корпусе камеры сгорания 12, содержит обратный клапан (не показан) со стороны оси 15 перед форсункой. Один конец вала 4 служит для отбора мощности, другой - для привода топливного насоса и устройства системы зажигания.
Устройство работает следующим образом.
При запуске двигателя (Фиг. 2) приводят во вращение вал 4, в данном случае - по часовой стрелке, вручную или иным способом, в результате чего начинает вращаться ротор 6. При вхождении выреза ротора 6 в цилиндрическую полость одного или другого сектора корпуса 1 образуется замкнутый объем (рабочая камера), ограниченный поверхностью выреза в роторе 6, цилиндрической поверхностью полости сектора корпуса 1, внутренними плоскостями крышек 2, 3 и поверхностью заслонки, примыкающей к сектору, и увеличивающийся при вращении ротора 6 до начала выхода выреза ротора 6 из цилиндрической полости сектора. При дальнейшем вращении ротора объем рабочей камеры уменьшается - до выхода выреза ротора 6 за пределы сектора. Заслонка 7 в паре с корпусом камеры сгорания 12 и заслонка 8 в паре с осью 15 выполняют функцию газораспределительных устройств. Поднимающаяся под воздействием ротора заслонка сжимает рычагом пружину 10 (Фиг. 3) с возрастающим усилием, вплоть до полного ее сжатия, давит на рычаг другой заслонки, опуская ее. Суммарное расстояние между витками пружины компенсирует погрешности изготовления. Такая связь между заслонками гарантирует их перемещения на высоких оборотах двигателя. Началом работы двигателя условно считаем положение деталей, приведенное на Фиг. 3. Заслонка 7 находится в верхнем положении, при котором выход из камеры сгорания 12 через канал 18 заслонки 7 закрыт, поскольку канал 18 заслонки 7 не совпадает с пазом 14 корпуса камеры сгорания 12. Заслонка 8 находится в нижнем положении, при котором канал 18 заслонки 8 совпадает с пазом 17 в оси 15. При дальнейшем вращении ротора 6 объем камеры нагнетания уменьшается. Так как канал 16 оси 15 соединен с камерой сгорания 12, происходит накачка воздухом камеры сгорания 12 через обратный клапан и канал 13, по окончании которой производятся впрыск топлива в камеру сгорания 12 посредством форсунки и воспламенение рабочей смеси. При входе выреза ротора 6 (Фиг. 9) в полость сектора с заслонкой 7 образуется камера рабочего хода, при этом заслонка 7 переходит в нижнее положение. При совмещении канала 18 заслонки 7 с пазом 14 корпуса камеры сгорания 12 горящая смесь устремляется в камеру рабочего хода и, так как она закрыта заслонкой 7, горящие газы, увеличивающиеся в объеме, давят на переднюю поверхность выреза в роторе 6, создавая крутящий момент. При выходе передней поверхности выреза ротора 6 из зоны рабочей камеры задняя поверхность выреза начинает вытеснять продукты горения через выхлопное окно 22, поскольку камера закрыта заслонкой 19. Происходит выхлоп отработавших газов. При дальнейшем вращении ротора 6 передняя поверхность его другого выреза входит в зону камеры нагнетания. Заслонка 19 переходит в нижнее положение, объем камеры нагнетания увеличивается, происходит всасывание воздуха через окно 21. Далее процесс повторяется. Боковые уплотнения ротора обеспечены тем, что секторы 23 (Фиг. 5) постоянно поджаты пружинами 24 посредством штифтов 25. Радиальное уплотнение заслонки работает следующим образом. При возрастании давления в рабочей камере оно воздействует через отверстия 27 (Фиг. 6) на площадь скоса пластины 26, прижимая пластину к поверхности заслонки. Подготовка рабочей смеси производится в камере сгорания 12; топливо подается в камеру сгорания форсункой. Камера сгорания 12 может быть использована в качестве ресивера (как вариант), при этом воспламенение рабочей смеси производится в камере рабочего хода при нижнем положении заслонки 7. Двигатель за один оборот ротора совершает 4 такта: рабочий ход и всасывание - одновременно, выхлоп и накачку камеры сгорания - одновременно.
Изобретение может найти применение в моторостроении, так как может быть взято за основу для создания односекционного 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, сравнительно низкую стоимость.