РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, к роторным двигателям внутреннего сгорания /далее РДВС/.
В настоящее время во многих развитых странах мира широким фронтом ведутся работы по разработке РДВС, которые являются одним из перспективных направлений развития двигателей внутреннего сгорания /ДВС/, с точки зрения веса, габаритов, мощности на единицу веса и др. наиважнейших для любого ДВС параметров.
Известные РДВС реализуют в основном пришит Ванкеля /1/, согласно которому наружная поверхность ротора, вращающегося внутри статора за счет сложного кинематического привода, организует все фазы работы ДВС, в том числе и рабочую камеру сгорания, импульс газов в которой используется для вращения ротора, с которого снимается полезный крутящий момент.
Недостатками вышеуказанных РДВС, несмотря на ряд положительных моментов, указанных выше, являются сложная кинематика привода ротора, более высокие требования к термостойкости и износостойкости материалов ротора и статора, чем у обычного ДВС и т.п.
Известен РДВС /2/, в котором вышеуказанные недостатки частично уменьшены, в частности, сложная система кинематики движения ротора заменена на обычное вращение, что несколько повысило КПД РДВС, однако существенно усложнило ротор.
Недостатком данного РДВС, более надежного в "работе, чем /1/, является технологическая сложность изготовления ротора и небольшие перспективы повышения КПД.
Известен РДВС /3/, в котором конструкцию ротора упростили, разместив на нем только рабочие камеры, все остальное - на статоре, что позволило несколько повысить надежность и КПД РДВС.
Недостатком данного РДВС, несмотря на вышеуказанные улучшения, по прежнему остается уровень КПД и надежности двигателя.
Известна конструкции РДВС (4), в котором газодинамический цикл организован между боковыми сторонами ротора и статора, что позволило существенно повысить надежность РДВС и его КПД.
Недостатком такого типа РДВС является ограниченное количество рабочих камер, которые можно в разумных пределах разместить на боковых поверхностях ротора и статора и, соответственно, ограничение роста КПД РДВС.
Данная конструкция /4/ и выбрана автором в качестве прототипа предложенной конструкции, как наиболее близкая по технической сути и техническому результату.
Задачей, которую автор ставил при создании предлагаемой конструкции полезной модели, являлось дальнейшее повышение КПД РДВС при сохранении достигнутой степени надежности прототипа.
Это достигнуто в конструкции РДВС, который содержит установленный на валу ротор с силовоспринимающими прорезными каналами на наружной поверхности ротора по типу впадин между зубьями шестерни шевронной зубчатой передачи, образующими с внутренней поверхностью охватывающего ротор статора рабочие камеры РДВС, боковые выходы которых совмещены с зеркально расположенными по обе стороны ротора функциональными узлами, обеспечивающими реализуемый в рабочих камерах цикл работы РДВС.
В варианте РДВС в стенках прорезных каналов ротора в сторону вращения выполнены поднутрения для увеличения активной площади воздействия продуктов сгорания.
Существенно новыми признаками предложенного устройства является выполнение ротора с прорезными каналами на наружной поверхности по типу впадин между зубьями шевронной зубчатой передачи, образующих с внутренней поверхностью статора рабочие камеры РДВС;
Существенно новыми признаками в варианте РДВС является выполнение в стенках прорезных каналов ротора в сторону вращения поднутрений для увеличения активной площади воздействия продуктов сгорания.
По мнению автора, предложенная конструкция РДВС будет обладать большим КПД при сохранении достигнутой степени надежности работы РДВС - прототипа.
Конструктивная схема заявляемого РДВС представлена на прилагаемом чертеже.
РДВС представляет собой установленный на валу 1 ротор 2, на наружной поверхности которого расположено четное количество, например шесть, равномерно размещенных по окружности рабочих камер 3, по типу выемок между зубьями шевронного зубчатого колеса, боковые выходы которых совмещены с функциональными узлами реализуемого рабочего цикла РДВС в охватывающем ротор статоре 4.
В цикле, реализованном по типу (впуск рабочей смеси, зажигание смеси + горение с расширением продуктов сгорания и выпуск продуктов сгорания) этими функциональными узлами являются: узел впуска рабочей смеси, содержащий блок 5 управления впуском рабочей смеси и четыре подводящих канала 6 в статоре 4 (по два в каждой боковой стороне статора 4); узел воспламенения, содержащий блок 7 управления воспламенением рабочей смеси, подсоединенный к четырем элементам зажигания 8 (по два на каждой стороне боковой стороне статора 4, обращенной к ротору 2) и узел выпуска отработавших продуктов сгорания в атмосферу, выполненный в виде четырех каналов 9 в статоре 4 (по два в боковых, стенках, или можно два в цилиндрической обечайке по ходу вращения, соединяющих рабочие камеры с атмосферой.
При этом блок 5 управления впуском рабочей смеси соединен каналами 10 и 11 с узлами подачи топлива 12 и сжатого воздуха 13.
Синхронизация работы соответствующих функциональных узлов статора слева и справа от ротора производится узлом синхронизации 14, например кулачкового типа, расположенным на роторе 2 и замыкающим электрические цепи управляющих элементов 5, 7 и 12.
Узел 13 подачи сжатого воздуха может быть как внешним, так и встроенным в РДВС, например, в виде расположенных на валу 1 с обеих сторон статора 4 компрессоров. Для разгона РДВС снабжен стартером 15.
Работа РДВС осуществляется следующим образом.
Производится раскрутка ротора 2 стартером 15. Затем включается узел воспламенения 7.
При этом при вращении ротора 2 каждая его рабочая камера 3 своими боковыми выходами последовательно располагается перед зеркально расположенными в статоре 4 каналами 6 узла впуска рабочей смеси, и производится наполнение ее рабочей смесью с двух сторон, далее перед элементами зажигания 8 узла воспламенения, когда производится воспламенение рабочей смеси и ее горение в камере 3 с образованием расширяющихся продуктов сгорания, результирующая силового воздействия которых направлена в сторону раскрутки ротора 2 за счет формы рабочей камеры, и, наконец, выпуск отработавших газов через каналы 9 в атмосферу.
И далее повторение цикла.
При работе РДВС необходимо уравновешивание силовых воздействий ротора на вал 1. Минимально - это два, разнесенных диаметрально по окружности и вследствие этого уравновешивающих друг друга силовых воздействия, что возможно при реализации двух циклов работы РДВС за один оборот.
Для этого организовано (при трехфазном цикле) шесть рабочих камер 3 на роторе и соответствующее количество функциональных узлов (по два набора) на каждой из внутренних боковых сторон статора 4.
Возможна реализация трех, четырех пяти и более циклов за один оборот ротора но при этом силовые воздействия на вал 1 ротора 2 должны быть полностью уравновешены.
Необходимо отметить, что выполнение в стенках прорезных каналов ротора в сторону вращения поднутрений 16 для увеличения активной площади воздействия продуктов сгорания увеличивает величину раскручивающей составляющей ориентировочно на (5-10)%.
Расположение рабочих камер в предложенной конструкции РДВС на наружной стороне ротора позволило увеличить силовую составляющую вращения а, стало быть, и КПД по отношению к прототипу.
Сочетание повышенного КПД РДВС с простотой и надежностью работы функциональных узлов, размещенных в статоре позволило сохранить простоту и надежность работы РДВС.
В настоящее время автором проводится работа по изготовлению опытного образца предложенного РДВС и его промышленному освоению.
Литература.
1. Советский энциклопедический словарь. Москва. Советская энциклопедия. Изд.4. стр.193
2. Патент России №2117786 от 25.10.94 г. МКИ: F 02 D, 53/08, 53/14.
3. Патент России №2177065 от 9.12.99 г. МКИ: F 02 D, 55/14.
4. Патент России №31406 от 14.02.2003 г. МКИ: МКИ: F 02 D, 55/14.