РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ROTARY PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для привода транспортных средств и различных силовых установок.
5
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ротор с профилированной рабочей поверхностью, частично взаимодействующей с поверхностью корпуса, камеру расширения, камеру сгорания, выполненную в стенке корпуса и соединенную посредством зева с камерой расширения, подпружиненный отсекатель, установленный в направляющем пазу, выполненном в стенке корпуса, а также источники топлива и сжатого воздуха, сообщенные с камерой сгорания (см. патент РФ №2015375, МПК F02B 53/00, опубл. 30.06.1994).
В известной конструкции рабочий объем образуется поверхностями ротора, отсекателя и корпуса, при этом отсекатель находится в постоянном контакте с профилированной поверхностью ротора. Усилие, необходимое для обеспечения герметичности линейного контакта отсекателя и ротора, должно быть достаточно большим, чтобы избежать прорыва газов в смежный рабочий объем двигателя. Это, наряду с изменением контактных напряжений по углу приложения и усилию (с учетом профилированной поверхности ротора), приводит к повышенному износу контактных поверхностей ротора и отсекателя, что снижает ресурс и надежность двигателя в целом.
6
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство для привода компрессора, выполненное в виде корпуса с торцевыми крышками и расположенного в нем ротора. В корпусе двигателя выполнен паз на длину ротора, в который установлен упор, приводимый с помощью кулачкового привода, по разные стороны от упора расположены два коллектора для выпуска продуктов сгорания. Ротор двигателя выполнен с цилиндрическим уступом и имеет окно и радиальные каналы для подачи воздуха в камеру сгорания, которая представляет собой рабочий объем двигателя, образованный между упором и цилиндрическим уступом ротора при повороте последнего на угол, равный углу окна. В торцевых крышках выполнены впускные коллекторы и камеры для сжатого высокотемпературного воздуха, подаваемого от воздушного компрессора по трубопроводу. В крышках выполнены также отверстия для подачи воздуха в окно ротора и отверстия для воздушного торцевого уплотнения. Подача топлива в камеру сгорания производится с помощью форсунки от топливного насоса (см. патент РФ №2143571, МПК F02B 53/14, опубл. 27.12.1999).
Недостатком известного технического решения является то, что для сжатия воздуха применяется внешний компрессор, что в целом усложняет конструкцию двигателя, кроме того, в данной конструкции впрыск топлива возможен только после отсечения впускных каналов, в результате чего при работе двигателя воспламенение рабочей смеси с последующим повышением давления сгорания происходит в постоянно увеличивающемся объеме камеры сгорания, т.е. увеличение объема камеры сгорания препятствует на начальном этапе нарастанию давления (давления на цилиндрический уступ ротора), что приводит к заметному снижению мощности двигателя, особенно на высоких частотах вращения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение конструкции, обеспечение достаточной мощности двигателя на высоких частотах вращения, а также увеличение надежности и долговечности двигателя.
Для решения поставленной задачи в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с торцевой крышкой, расположенный в корпусе ротор с цилиндрическим выступом, камеру сгорания, представляющую собой часть рабочего объема двигателя, каналы для подачи воздуха и выпуска продуктов сгорания, подпружиненный упор-поршень, установленный в пазу, выполненном в корпусе, кулачковый механизм для привода упора-поршня, в стенке корпуса выполнена предкамера, соединенная с рабочим объемом двигателя и камерой сгорания с помощью снабженных управляющими золотниками входного и выходного каналов, расположенных по разные стороны от упора-поршня, выполненного со сквозным отверстием, при этом кулачковый механизм установлен в указанном отверстии и выполнен в виде кулачкового вала, расположенного параллельно ротору и соединенного с ним кинематической связью, кроме того, в предкамере установлены топливная форсунка и свеча зажигания, а на рабочих поверхностях цилиндрического выступа ротора и упора-поршня установлены пластины.
Такая совокупность существенных признаков позволяет упростить конструкцию роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечить достаточную мощность двигателя на высоких частотах вращения, а также увеличить надежность и долговечность двигателя.
Наличие в стенке корпуса предкамеры, где происходит процесс смешения сжатого воздуха с топливом и воспламенение рабочего заряда от искры, обеспечивает поступление в камеру сгорания уже воспламененной смеси, которая сразу же воздействует на выступ ротора, что позволяет избежать потери мощности двигателя.
Установка кулачкового механизма, выполненного в виде кулачкового вала, расположенного параллельно ротору и соединенного с ним кинематической связью в сквозном отверстии упора-поршня, позволяет обеспечить быструю и плавную посадку упора-поршня на поверхность ротора, за счет чего увеличивается надежность и долговечность двигателя в целом.
Наличие на рабочих поверхностях цилиндрического выступа ротора и упора-поршня пластин обеспечивает компрессию двигателя и исключает возможность прорыва газов, что также отражается на надежности и долговечности двигателя.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе;
фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
фиг.3-11 - показан принцип работы роторно-поршневого двигателя.
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрическим выступом 2. С одной стороны корпус 1 имеет торцевую стенку, а с другой герметично закрыт крышкой 3. Внутри корпуса 1 на цилиндрическом выступе 2 установлен ротор 4, выполненный с цилиндрическим выступом 5. Ротор 4 поджимается крышкой 3 к торцевой стенке корпуса 1 при помощи болтов 6. Ротор 4 должен свободно вращаться на выступе 2 корпуса 1, при этом не допускается его радиальное и осевое перемещение. Между внутренней стенкой корпуса 1 и ротором 4 образован рабочий объем 7 двигателя.
Корпус 1 имеет выступающую часть 8, в которой выполнен паз 9. В пазу 9 установлен упор-поршень 10, подпружиненный пружиной 11, прижимающей его к поверхности ротора 4.
Упор-поршень 10 выполнен со сквозным отверстием 12, в котором установлен кулачковый вал 13, расположенный параллельно ротору 4. Вал 13 и ротор 4 соединены кинематической связью, например, при помощи зубчатых колес, ремня или цепи (на чертеже не показано), при этом один оборот кулачкового вала 13 соответствует одному обороту ротора 4.
В выступающей части 8 корпуса 1 выполнена предкамера 14 в виде замкнутой полости, которая может иметь сферическую, цилиндрическую либо иную соответствующую оптимальному рабочему процессу двигателя форму. В предкамере 14 установлены свеча зажигания 15 и топливная форсунка 16.
Предкамера 14 посредством входного канала 17 и выходного канала 18, расположенных по разные стороны от упора-поршня 10, соединена соответственно с рабочим объемом 7 двигателя и с камерой сгорания 19, представляющей собой часть рабочего объема двигателя, которая образована между обращенными друг к другу боковыми сторонами упора-поршня 10 и цилиндрического выступа 5 в момент прохождения выступом 5 канала 18 (см. фиг.9).
В выступающей части 8 корпуса 1 выполнен канал 20 выпуска отработавших газов и впускной канал 21, связанный с атмосферой.
Каналы 17, 18, 20 и 21 снабжены управляющими золотниками 22, 23, 24 и 25 соответственно. Привод указанных золотников может осуществляться как от ротора 4 двигателя, так и независимо от него.
Упор-поршень 10 в нижней части имеет отверстие 26 овальной формы для того, чтобы при возвратно-поступательном перемещении упора-поршня 10 не происходило перекрытие канала 17. Канал 17 может быть вынесен за пределы двигателя и сообщаться с рабочим объемом 7 через отверстия в боковой стенке корпуса 1 или в крышке 3.
На рабочих поверхностях цилиндрического выступа 5 и упора-поршня 10 установлены пластины 27, выполняющие функцию компрессионных колец.
Роторно-поршневой двигатель работает следующим образом.
На фиг.3 показано завершение процесса выпуска отработавших газов с одновременным впуском воздуха. Золотники 24, 23 и 25 открыты.
При приближении выступа 5 ротора 4 к упору-поршню 10 золотники 24, 23 и 25 закрываются, упор-поршень 10 под воздействием кулачка кулачкового вала 13 начинает приподниматься вверх, пропуская под собой выступ 5 (фиг.4).
Во время прохода выступа 5 ротора 4 под упором-поршнем 10 открывается золотник 22, ведущий в предкамеру 14. Весь рабочий объем 7 и предкамера 14 заполнены воздухом (фиг.5).
Сразу же после прохода выступа 5 ротора 4 упор-поршень 10 опускается и начинается процесс сжатия. Сжимаемый воздух через открытый золотник 22 поступает в предкамеру 14, а через форсунку 16 в предкамеру 14 впрыскивается топливо (фиг.6).
При подходе выступа 5 ротора 4 к упору-поршню 10 золотник 22 закрывается. Большая часть сжатого воздуха оказывается в предкамере 14, упор-поршень 10 начинает приподниматься вверх, пропуская под собой выступ 5, при этом оставшийся в рабочем объеме 7 воздух будет сильно разреженным (фиг.7).
Во время прохода выступа 5 ротора 4 за упор-поршень 10 в предкамеру 14 через свечу зажигания 15 подается электрический разряд, поджигающий рабочую смесь. Золотник 23 открывается, при этом воспламененная смесь удерживается от попадания в камеру сгорания 19 только боковой поверхностью выступа 5 (фиг.8).
При повороте ротора 4 еще на несколько градусов, когда боковая поверхность выступа 5 ротора 4 перестает блокировать предкамеру 14, воспламененная топливовоздушная смесь начинает поступать в камеру сгорания 19. В этот момент упор-поршень 10 уже должен быть опущен (фиг.9).
Начинается процесс расширения под действием возрастающего давления сгорания на выступ 5 ротора 4. Ротор 4 поворачивается, совершая рабочий ход (фиг.10).
При подходе выступа 5 ротора 4 к упору-поршню 10 последний приподнимается вверх, пропуская выступ 5, при этом золотники 24 и 25 открываются (фиг.11).
Сразу же после прохода выступа 5 упор-поршень 10 опускается и начинается новый цикл работы двигателя: через золотник 24 отводятся отработавшие газы, одновременно с этим через золотник 25 поступает воздух. Оставшееся от предыдущего цикла в предкамере 14 небольшое количество отработавших газов через открытый золотник 23 смешивается с поступающим в рабочий объем 7 через открытый золотник 25 воздухом (фиг.3).
Таким образом, полный рабочий цикл роторно-поршневого двигателя осуществляется за три оборота ротора 4, при этом процессы впуска воздуха и выпуска отработавших газов протекают одновременно в переменных рабочих объемах 7 двигателя.
Двигатель может работать также по дизельному циклу при установке соответствующей топливной аппаратуры.
Заявляемое техническое решение позволяет упростить конструкцию роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечить достаточную мощность двигателя на высоких частотах вращения, а также увеличить надежность и долговечность двигателя.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.