РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Роторный двигатель внутреннего сгорания
Предложение относится к двигателестроению и предназначено для использования при создании мотоциклов, автомобилей, колесных и гусеничных тягачей, речных и морских катеров. Кроме того, предложение может быть применено при проектировании
водяных, топливо- маслоперекачивающих насосов, садово-огородных
i агрегатов, генераторных установок, компрессоров.
Из распространенных конструкций роторных двигателей (РД) наиболее перспективными считаются РД с рабочими элементами, совершающими однозначное, в частности, вращательное движение. При этом под рабочим элементом подразумевается группа деталей, воспринимающая создающееся в рабочей камере давление газов и трансформирующая его во вращательное движение.
Известны РД с уплотняющими задвижками, движущимися возвратно-поступательно в роторе (см., например, патент США №4178902 F 02 В 53/00, 1979), либо щарнирно-закрепленными в секторных полостях ротора (см., например, авт.свид.СССР №1255718 F 01 С 1/38, 1986).
Недостатки подобных РД связаны в одном случае со значительными знакопеременными нагрузками от масс уплотняющих задвижек, что обуславливает повьппенные износы и наклепы поверхности корпуса, а также усиленную вибрацию, а в другом случае - с низкой эффективностью уплотнения мест сопряжения
шарниров с корпусом и ротором, что предопределяет высокие термические и механические нагрузки этих сопряжений и, как следствие, сокращение срока службы РД.
Наиболее близким к предложенному является РД внутреннего сгорания, содержащий корпус в виде полого диска с тороидальной полостью по периферии, дисковый ротор, размещенный внутри корпуса и выполненный с поперечным сечением/ совпадающим по форме с поперечным сечением корпуса, плоские поршни,
расположенные в периферийных областях ротора, уплотняюи{ие задвижки, установленные в углублениях корпуса с возможностью
попеременного выдвижения из них и обратного утапливания посредством кулачковфго привода и создания временных камер сгорания и сжатия, выхлопные и впускные патрубки, выполненные в стенках корпуса по обе стороны от каждой из уплотняющих задвижек (см. заявку ФРГ №3321461 F 02 В 53/02, 1985).
Недостатки указанного РД заключаются в сложной реализации органа управления уплотняющими задвижками и невысоких допустимых нагрузках на тонкие, ничем не подпираемые порщни. Этими недостатками в конечном счете объясняется ограниченная область практического использования известного РД.
Задачей предложения является упрощение конструкции РД с повышением технологичности его изготовления, эксплуатационной надежности и долговечности, поддержание симметричности приложения нагрузок на элементы конструкции независимо от их износа, а также снижение ударных нагрузок на ротор при воздействии на него задвижек.
2
.1 Поставленная задача решается тем, что в РД, содержащем
корпус в виде полого диска с полостью тороидальной или иной Форг/1ы вращения, дисковый f)OTop, размещенный внутри Kotiiiyca и выполненный с максимальным поперечным сечением, совпадающим с поперечным сечением корпуса, по крайней мере, два поршня, расположенных в периферийных областях максимального поперечного сечения ротора, по крайней мере, одну пару уплотняюш;их задвижек, установленных с диаметрально противоположных сторон корпуса с возможностью выдвижения под действием соответствующих механизмов и взаимодействия с поверхностью ротора с образованием временных камер сгорания и сжатия, ресивер с впускными и выпускными клапанами, выхлопные и впускные
патрубки, расположенные по обе стороны от одной из уплотняюш;их
задвижек пары, - уплотняющие задвижки выполнены с возможностью
обратного утапливания под действием обода ротора, при этом
впускные и выпускные клапаны ресивера размещены по обе стороны
другой из уплотняющих задвижек пары, а ротор выполнен с, по крайней мере, двумя кулачковообразными выступами, имеющими одинаковую конфигурацию, образованную плавно изменяющимися диаметрами участков поверхности ротора, предназначенных для взаимодействия с соответствующими задвижками.
Решению поставленной задачи способствует ряд частных существенных признаков изобретения.
В бензиновом исполнении в камеру сгорания через корпус пропущены клапан подачи топлива прямого впрыска и свеча зажигания.
3 В дизельном исполнении в камеру сгорания через корпус
пропущен клапан подачи топлива, выполненный в виде плунжерной пары.
Ротор может быть выполнен с возможностью принудительного вращения для обеспечения работы в режиме компрессора.
На фиг.1 и 2 представлены соответственно продольный и поперечный разрезы предложенного РД двигателя внутреннего сгорания, а на фиг,3,а - 3,д показаны четыре фазы протекающего в нем газодинамического цикла.
РД имеет неподвижный корпус 1 (фиг.1) в виде полого диска
с тороидальной полостью по периферии.
Внутри корпуса 1 размещен дисковый ротор 2, максимальное
поперечное сечение которого совпадает с поперечным сечением корпуса 1. С диаметрально противоположных сторон корпуса 1, например, в его углублениях установлена пара уплотняющих пластин 3, которые могут выдвигаться под действием соответствующих механизмов, в частности спиральных пружин 4, взаимодействовать с поверхностью ротора 2 и образовывать временные камеры сгорания и сжатия, а при контакте с периферийными областями (ободом) ротора 2 снова утапливаться в углубления корпуса 1. В периферийных областях максимального поперечного сечения ротора 2 расположены порщни 5, снабженные поршневыми кольцами б или иными уплотнительными элементами для обеспечения компрессии в тороидальной полости. Ротор 2 выполнен с, по крайней мере, двумя кулачковообразными выступами, имеющими одинаковую конфигурацию, образованную плавно изменяющимися диаметрами участков поверхности ротора, предназначенных для взаимодействия с соответствующими
4
задвижками 3. По обе стороны от одной из уплотняющих задвижек
(левой на фиг.1) расположены выхлопные патрубки 7 для отвода выхлопных газов из камеры сгорания и впускные патрубки 8 для подачи атмосферного воздуха в камеру сгорания. По обе (опоны другой из уплотняющих задвижек 3 (правой на фиг.1) размещены впускные клапаны 9 и выпускные клапаны 10, обеспечивающие соответственно подачу воздуха из камеры сжатия в ресивер 11, предназначенный для аккумулирования сжатого воздуха, и вывод сжатого воздуха из ресивера 11 в камеру сгорания.
В дизельном исполнении в камеру сгорания через корпус 1 пропущен клапан подачи топлива 13, выполненный в виде плунжерной пары. В бензиновом исполнении в камеру сгорания через корпус 1 пропущены клапан подачи топлива 2 прямого впрыска и свеча зажигания 13. Клапаны 9,10, 12 и свеча зажигания 13 имеют привод дли введения их в действие в нужный момент. Камера сгорания и камера сжатия обозначены на фиг.1 соответственно позициями 14 и 15.
Работа данного РД внутреннего сгорания происходит следующим образом.
При вращении ротора 2 внутри корпуса 1 против часовой стрелки уплотняющие задвижки 3, опирающиеся на обод ротора 2, перемещаются в свое крайнее положение, сжимая пружины 4. При этом задвижки 3 переходят из положения, перекрывающего тороидальную полость корпуса 1, в положение, открывающее эту полость для прохождения поршней 5. После прохожденрш поршней 5 задвижки 3 под действием пружины 4 возвращаются в исходное положение, перекрывающее тороидальную полость корпуса 1.
в процессе вращения ротора 2 внутри корпуса 1 протекают четыре фазы газодинамического цикла (фиг.3,а - 3,д).
В положении 1 задвижки 3 находятся близко к крайнему открытому положению. Все клапаны закрыты. В камере сжатия 15 происходит всасывание атмосферного воздуха, в камере сгорания 14 - рабочий ход. В ресивере 11 находится воздух, сжатый во время предыдущего такта.
В положении П задвижки 3 находятся в крайнем открытом положении, все клапаны закрыты. Выхлопной патрубок 7 открыт и в камере сгорания 14 происходит выхлоп. В камере сжатия 15 продолжается всасывание.
В положении  задвижки 3 находятся близко к крайнему открытому положению. В камере сгорания 14 продолжается выхлоп. Все клапаны закрыты. В камере сжатия 15 происходит перемещение воздуха на толщину клапана. После прохождения ротором 2
положения  т.е. после прохождения поршнями 5 положений
задвижек 3, последние под действием пружин 4 перемещаются в свое крайнее закрытое положение и приходят в контакт с вращающимся ободом ротора 2. По мере вращения ротора 2 за задвижками 3 создаются новые замкнутые полс/сти.
В положении IV после прохождения ротором 2 выпусного клапана 10 этот клапан открывается и сжатый воздух из ресивера 11 подается в камеру сгорания 14. Вслед за этим в камеру сгорания 14 подается топливо через клапан подачи топлива 12/ в виде плунжерной пары в дизельном исполнении или прямого впрыска топлива в бензиновом исполнении. Далее /в бензиновом исполнении/ подается искра на свечу зажигания 13. В этой полости камеры
сгорания 14 происходит воспламенение рабочей смеси и начинается рабочий ход. В это время в другой полости камеры сгорания 14 продолжается выхлоп. В полости камеры сжатия 15, ооразовавшейся за другой задвижкой 3, начинается новое всасывание атмосферного воздуха. Таким образом, в данном двигателе протекают одновременно, но в разных полостях все фазы газодинамического цикла.
В положении V задвижки 3 находятся в промежуточном положении. В одной полости камеры сгорания 14 продолжается рабочий ход, в другой - выхлоп. В одной полости камеры сжатия 15 происходит всасывание атмосферного воздуха, в другой - его сжатие. При этом впудкной клапан 9 подачи воздуха в ресивер 11 открыт, выпускной клапан 10 воздуха из ресивера 11 закрыт, в камере сжатия 15 происходит сжатие воздуха, который накапливается в ресивере 11.
За положением V положение 1, но применительно к другому поршню 5. Далее этот пфршень 5 проходит положения IT, IJ.I, IV и V и весь цикл повторяется. Периодическое повторение рассмотренных газодинамических циклов обеспечивает получение на выходном валу полезной механической мощности.
В приведенной схеме за один оборот ротора 2 совершаются два полных газодинамических цикла. При ином количестве поршней 5, задвижек 3 и вспомогательных узлов 7-13 количество циклов за один оборот может быть иным.
Несколько корпусов 1 могут объединяться общим валом, образуя многорядный РД.
7