Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння дк-2-8/265

' 1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, состоящий из двух торцовых крышек, соединительного диска, двух колец управления клапанами закрытия реактивного сопла камер сгорания, двух блоков поршней, в которых расположены клапаны закрытия реактивного сопла и каналы выпуска газов из камер сгорания, двух роторов, в теле которых выполнены камеры сгорания, отличающийся тем. что два кинематически связанных блока поршней и роторов жестко установлены на одном валу и разделены соединительным диском, образуют вращающуюся систему, для вращения которой используется реактивная сила энергии газов от горения топлива в камерах сгорания цилиндров, в которые осуществ ляется непрерывная подача горючей смеси под давлением. 2. Двигатель по п 1, отличающийся тем, что центры блоков поршней смещены относительно центров роторов (ось вращения вала) в диаметрально противоположных направлениях перпендикулярно оси вращения вала, а величина смещения между центрами блоков поршней равна двум эксцентриситетам. 3. Двигатель по пп. 1,2, отличающийся тем, что клапаны закрытия реактивного сопла камер сгорания и клапаны выпуска газов расположены в теле поршней. 4. Двигатель по пп. 1 - 3 , отличающийся тем, что камеры сгорания выполнены в тепе роторов под угпом 45 градусов относительно центра реактивного сопла и условной линии, соединяющей центр ротора, и направлены в сторону вращения вала. 5. Двигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что камера сгорания одного ротора при достижении условной верхней мертвой точки (ВМТ) (нулевого градуса) расположена диаметрально противоположно (180 градусов) относительно камеры сгорания другого ротора, тоже достигшего условной ВМТ -180 градусов. СМ О СО Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с планетарным вращением ротора и может быть использовано в автомобильном, тракторном двигателестроении, а также в других областях машиностроения, Известен роторный двигатель, имеющий корпус с внутренней поверхностью в виде эллипса, с двумя торцевыми крышками, цилиндрический ротор с установленными в нем и радиально движущимися лопатками; камеры сгорания, размещенные в теле ротора, которые образуют с поверхностью ротора и внутренней поверхностью корпуса полости, изменяющие свой объем при вращении ротора от хода сжатия до хода выпуска. Лопатки боковыми поверхностями контактируют с торцевыми крышками, а их вершины, скользящие по внутренней эллипсоидной поверхности корпуса, загнуты в направлении противоположном вращению ротора и имеют на боковых поверхностях канавки, сообщающиеся с камерой, расположенной на стороне низкого давления (э. N 62-29614 В JPJ. Конструкция лопаток не позволяет в достаточной степени изолировать камеры из-за чего происходит утечка рабочего тела, что в свою очередь снижает эффективность двигателя. Известен также двигатель с вращающимся поршнем, состоящий из корпуса с эллиптической1 внутренней поверхностью, ротора с радиальными пазами и разделительными органами, подвижными в пазах и делящими пространство между внутренней эллиптической поверхностью корпуса и наружной поверхностью ротора на несколько полостей, меняющих свой объем при вращении ротора; клапанами, соединяющими рабочие полости с пазами. Из-за недоста точного уплотнения камеры сгорания снижается степень сжатия рабочего тела, возрастают механические и динамические нагрузки (наличие коленвала}, что а свою очередь со О см см Фиг. 1 22988 5 22988 Фиг. 4 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000 м Ужгород, вул Гагаріна, 101 {03122)3-72-89 (03122)2-57-03 УКРАЇНА (19) UA 01,22988 0 » С2 3 (51) 6F02B53/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) РОТОРНО-ПОРШНЕВИЙ ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ ДК-2-В/265 (21)97052211 (22) 14,05.1997 (24) 15 02 2001 (46) 15 02 2001, Бюл №1.2001р (72) Касьян Станіслав Петрович, Касьян Ігор Станіславович (73) КАСЬЯН СТАНІСЛАВ ПЕТРОВИЧ, КАСЬЯН ІГОР СТАНІСЛАВОВИЧ (56) Патент США №4215533. (57) 1 Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, состоящий из двух торцовых крышек, соединительного диска, двух колец управления клапанами закрытия реактивного сопла камер сгорания, двух блоков поршней, в которых расположены клапаны закрытия реактивного сопла и каналы выпуска газов из камер сгорания, двух роторов, s теле которых выполнены камеры сгорания, отличающийся тем. что два кинематически связанных блока поршней и роторов жестко установлены на одном валу и разделены соединительным диском, образуют вращающуюся систему, для вращения которой используется реактивная сила энергии газов от горения топлива 8 камерах сгорания цилиндров, в которые осуществ ляется непрерывная подача горючей смеси под давлением. 2 Двигатель по п 1, отличающийся тем, что центры блоков поршней смещены относительно центров роторов (ось вращения вала) в диаметрально противоположных направлениях перпендикулярно оси вращения вала, а величина смещения между центрами блоков поршней равна двум эксцентриситетам. 3. Двигатель по пп. 1,2, отличающийся тем, что клапаны закрытия реактивного сопла камер сгорания и клапаны выпуска газов расположены в теле поршней 4 Двигатель по пп. 1 - 3 , отличающийся тем, что камеры сгорания выполнены в тепе роторов под углом 45 градусов относительно центра реактивного сопла и условной линии, соединяющей центр ротора, и направлены в сторону вращения вала. 5 Двигатель по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что камера сгорания одного ротора при достижении условной верхней мертвой точки (ВМТ) (нулевого градуса) расположена диаметрально противоположно (180 градусов) относительно камеры сгорания другого ротора, тоже достигшего условной ВМТ -180 градусов. СМ О СО Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с планетарным вращением ротора и может быть использовано в автомобильном, тракторном двигателестроении, а также в других областях машиностроения Известен роторный двигатель, имеющий корпус с внутренней поверхностью в виде эллипса, с двумя торцевыми крышками, цилиндрический ротор с установленными в нем и радиально движущимися лопатками, камеры сгорания, размещенные в теле ротора, которые образуют с поверхностью ротора и внутренней поверхностью корпуса полости, изменяющие свой объем при вращении ротора от хода сжатия до хода выпуска. Лопатки боковыми поверхностями контактируют с торцевыми крышками, а их вершины, скользящие по внутренней эллипсоидной поверхности корпуса, загнуты в направлении противоположном вращению ротора и имеют на боковых поверхностях канавки, сообщающиеся с камерой, расположенной на стороне низкого давления (з N 62-29614 В JPJ Конструкция лопаток не позволяет в достаточной степени изолировать камеры из-за чего происходит утечка рабочего тела, что в свою очередь снижает эффективность двигателя. Известен также двигатель с вращающимся поршнем, состоящий из корпуса с эллиптической4 внутренней поверхностью, ротора с радиальными лазами и разделительными органами, подвижными в пазах и делящими пространство между внутренней эллиптической поверхностью корпуса и наружной поверхностью ротора на несколько попостей, меняющих свой объем при вращении ротора; клапанами, соединяющими рабочие полости с пазами. Из-за недостаточного уплотнения камеры сгорания снижается степень сжатия рабочего тела, возрастают механические и динамические нагрузки (наличие коленвалаь что в свою очередь 00 О) см см 5Г 22988 снижает эффективность и надежность конструкции (з N 2 598 746 FR] Наиболее близким к предлагаемому является расширительный двигатель роторного типа, содержащий корпус, многогранный ротор, образующий с внутренней эпитрохоидной поверхностью корпуса несколько камер переменного объема, неподвижный коленчатый вал, установленный в корпусе, выходной вал, впускной и выпускной каналы Для сообщения вращения используется энергия рабочего тела С увеличением степени сжатия и давления сгорания резко возрастают механические и динамические нагрузки на механизм вращения эксцентриковых валов, что снижает надежность конструкции Из-за малой эффективности системы газообмена ограничивается удельная мощность двигателя [п N 4 215 533, US] Задача изобретения роторно-поршневого двигателя ДК-2-8/265 состоит в том, что два кинематически связанных блока поршней и роторов установлены на одном валу и разделены соединительным диском, образуют вращающуюся систему, для вращения которой используется реактивная сипа энергии газов от горения топлива а камерах сгорания цилиндров, в которые осуществляется непрерывная подача топлива (горючей смеси) под давлением Изобретение позволяет повысить эффективную работу и мощность Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом двигателе, центры блоков поршней смещены относительно центров роторов (ось вращения вала) в диаметрально противоположных направлениях перпендикулярно оси вращения вала, а величина смещения между центрами блоков поршней равна двум эксцентриситетам, клапаны закрытия реактивного сопла камер сгорания и клапаны выпуска газов расположены в теле поршней, камеры сгорания выполнены в теле роторов под углом 45 градусов и направлены в сторону вращения вала и, что камера сгорания одного ротора при достижении условной ВМТ (нулевой градус) расположена диаметрально противоположно, т е смещена на 180 градусов относительно камеры сгорания другого ротора, тоже достигшего условной ВМТ (180 град) На фиг 1 изображен продольный разрез, на фиг 2 - поперечный разрез двигателя, на фиг 3 кинематическая связь блока поршней и ротора, на фиг 4 - разрез поршня с клапаном и выпускным каналом Корпус двигателя состоит из двух торцовых крышек (1), соединительного диска (2), двух колец (3) управления клапанами (4) закрытия реактивного сопла камер сгорания (5), соединенных между собой стяжными болтами Торцовые крышки имеют выточенные внутренние кольца (7) для уплотнения вращающихся цилиндров Центры колец смещены на величину эксцентриситета в направлении перпендикулярном оси вращения вала Торцовые крышки имеют каналы (8) для непрерывной подачи топлива в цилиндры (9) под давлением Ротор (10) выполнен в виде цилиндра с четным количеством (п) впадин-сегментов, в которых расположены камеры сгорания (5) под углом 45 градусов к условной линии соединяющей центр реактивного сопла с центром ротора На концах выступов впадин устанавливаются уплотнительные клапаны~пластины (11) Ротор имеет полость (13) для охлаждения Блок поршней (14) имеет вид цилиндра с внутренними выступами-сегментами (поршнями (15)) Число поршней п + 1 нечетное и на один больше, чем впадин у ротора В поршнях размещены клапаны (4) закрытия реактивного сопла и каналы (16) выпуска газов после сгорания топлива в камере сгорания Для уплотнения вращающихся цилиндров (9), образованных между поршнями и впадинами ротора, в блоках поршней и роторах с боковых сторон проточены канавки (17) Кольцо (3) управления клапанами (4) цилиндрического типа и состоит из двух половин, устанавливается между торцевой крышкой (1) и соединительным диском (2) и имеет по всему внутреннему диаметру проточки разными радиусами, по которым движутся ролики клапанов закрытия реактивного сопла Вал (18) двигателя, на котором монтируются два ротора (10) разделенные соединительным диском (2). устанавливается на два радиальноопорных подшипника (19) Вал имеет каналы (20), по которым масло поступает на смазку подшипников и в полость охлаждения (13) ротора Предлагаемый двигатель не имеет коленвала, эксцентрикового вала, топливных насосов, форсунок, что обеспечивает надежность в работе и упрощает конструкцию Высокая степень сжатия обеспечивает низкий расход топлива и работу двигателя на различных сортах топлива без изменения конструкции и перенастройки Принцип работы двигателя ДК-2-8/265 основан на использовании реактивной силы тяги, полученной при истечении газов из камер сгорания, выполненных в тепе роторов После запуска двигателя кинематически связанные роторы и блоки поршней начинают вращаться в одном направлении В процессе вращения ротора и блока поршней происходит периодическое изменение объемов цилиндров за счет смещения центра блока поршней относительно центра ротора (оси вращения вала) в направлении перпендикулярном оси вращения вала Центры блоков поршней смещены относительно оси вращения вапа на величину эксцентриситета, но в диаметрально противоположных направлениях Расстояние между центрами блоков поршней равно двум величинам эксцентриситета Совмещение поршня с впадиной ротора, при достижении условной ВМТ (нулевого градуса), осуществляет закрытие камеры сгорания (конец процесса сжатия) и создает максимальное давление сжатия горючей смеси в камере сгорания, что обеспечивает протекание термодинамических процессов Периодическое совмещение поршней и впадин ротора происходит с отставанием на сорок градусов до условной ВМТ Одновременно в диаметрально противоположном цилиндре образованном между поршнями и впадинами ротора, идет процесс наполнения цилиндра горючей смесью, когда цилиндр проходит канал (8) непрерывной подачи топлива Система обеспечивает непрерывную подачу горючей смеси под давлением от 0 до 10 кг/см , с помощью эжектора что способствует равномерному распределению топлива 22988 по всему объему камеры сгорания и увеличению времени подготовки горючей смеси к воспламенению После наполнения цилиндра и достижении максимального давления сжатия Рс в камере сгорания происходит самовоспламенение горючей смеси за двадцать градусов до нулевого градуса Горение топлива в камере сгорания протекает при постоянном объеме V=const от двадцати градусов до нулевого и до двадцати градусов после нулевого градуса Время сгорания топлива, теоретическое, при п=3000 оборотов в минуту составляет 0,002 сек После воспламенения топлива в камере сгорания резко возрастает максимальное давление Рг сгорания и может достигать 1000 кг/см и выше Высокое давление сжатия Рс и высокое давление Pi сгорания обеспечивается уплотнением вращающихся цилиндров (9) и камер сгорания (5) с боковых сторон торцевыми крышками (1) и соединительным диском (2), в которых выточены внутренние кольца (7), а в блоках поршней и роторах проточены канавки (17) Закрытие реактивного сопла камеры сгорания и канала (16) выпуска газов, расположенных в поршнях (15), осуществляется клапанами (4), которые управляются кольцом (3) В процессе движения цилиндра с максимальным давлением Рг в камере сгорания при V=const, через двадцать градусов после нулевого градуса в одном блоке поршней, и после ста восьмидесяти градусов в другом блоке поршней, открываются клапаны (4) и происходит истечение газов из камер сгорания (5) через реактивное сопло (Лавапя) и каналы (16) выпуска, которые закрыты во время наполнения цилиндров, процесса сжатия и горения топлива Газы под высоким давлением устремляются из камер сгорания через реактивное сопло и выпускной канал (16) в атмосферу, создают реактивную силу тяги (крутящий момент), которая вращает роторы и вал отбора мощности (вал, на котором жестко установлены роторы) Камеры сгорания вращающейся системы двигателя, в которых протекают термодинамические процессы, смещены на сто восемьдесят градусов Поэтому максимальный крутящий момент М ф создает реактивная сила тяги 2-х рабочих цилиндров, умноженная на радиус расположения камер сгорания относительно оси вращения вала В предлагаемом двигателе ДК-2-6/265 максимальная величина давления сгорания Рг практически неограничена и не оказывает влияния на ухудшение механических и динамических напряжений из за отсутствия кривошипно-шатунного механизма Вследствие вращения роторов и блоков поршней, в одном направлении, отсутствуют ВМТ и ударные нагрузки А повышение значений степени сжатия и индикаторного КПД и, соответственно, снижение расхода топлива на лошадиную силу в час приводит к улучшению экономичной работы Улучшение работы двигателя происходит из-за обеспечения 2-х тактного цикла, увеличения степени сжатия, давления сгорания, числа оборотов, повышения индикаторного КПД непрерывной подачи топлива в цилиндры под давлением На изменение крутящего момента М„р, а следовательно мощности двигателя, оказывают следующие параметры 1 F - площадь сечения реактивного сопла 2 N - число оборотов 3 Е • степень сжатия 4 Р« - давление горючей смеси при непрерывной подаче в цилиндры 5 V - объем камеры сжатия Предлагаемый роторно-поршневой двигатель компактный, легкий, прост в изготовлении, пригодный для использования различных сортов жидкого и газообразного топлива, имеет высокую степень сжатия и практически неограниченное максимальное давление сгорания Pz, до 1000 кг/см2 и выше Выхлопные газы имеют низкое содержание вредных примесей, из-за увеличения времени горения происходит полное сгорание топлива, около 95% Двигатель имеет низкую металлоемкость в сравнении с мощностью Работа двигателя возможна в любом положении При выходе из строя одного, двух или больше цилиндров двигатель будет работать с пониженной мощностью, без изменения динамических и тепловых параметров Уменьшение количества трущихся деталей в двигателе приводит к резкому снижению износа Отсутствие копенвала, эксцентрикового вала, топливных насосов, форсунок упрощает технологию изготовления двигателя и техническое обслуживание Предлагаемый двухтактный роторно-поршневой двигатель ДК-2-8/265 отвечает требованиям концепции создания "адиабатного" двигателя, в основу которой заложена идея максимального снижения отвода тепла при полной теплоизоляции камеры сгорания и работающий от самовоспламенения по циклу Дизеля при непрерывной подаче горючей смеси в цилиндры под давлением Самовоспламенение топлива обеспечивает высокая степень сжатия (до 40 и выше), которое сгорает при V = const Для обеспечения закона сгорания топлива при V = const в зоне условной ВМТ, в предлагаемом двигателе топливо (горючая смесь) подается в период наполнения цилиндра с помощью эжектора под давлением Это способствует равномерному распределению горючей смеси по всему объему цилиндра и камеры сгорания и увеличению времени подготовки смеси к самовоспламенению Сгорание топлива ускоряется вследствие повышения температуры и давления в процессе сжатия и самовоспламенения топлива в камере сгорания Техническое обоснование 16 и 18 цилиндровых двигателей заключается в том, что технологическое изготовление ротора и блока поршней с вышеуказанным количеством цилиндров (камер сгорания), согласно теоретических расчетов является оптимальным И если учесть, что детали предлагаемого двигателя могут быть изготовлены из металлокерамических композитов, то это открывает ему совершенно невиданные возможности Конструкция двигателя позволяет увеличить степень сжатия, число оборотов, повысить индикаторный КПД, обеспечить непрерывность подачи топлива в цилиндры под давлением Предлагаемый двигатель может быть применен в качестве теплового двигателя с числом оборотов в минуту от 0 до 10000 22988 тШШш> Фиг. 1 22988 Фиг. 2 22988 Фиг. 4 Тираж 50 екэ. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03