Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до двигунобудування і може бути використаний для зміни ступеня стиску у роторнопоршневому двигуні з розділеними секціями для стиску і розширення робочого тіла і окремою камерою згоряння сферичної форми та для підвищення його економічності. Відома схема роторно-поршневого двигуна по патенту України №13145 з порожниною, розділеною принаймні на дві секції, одна з яких є компресорною, а інша - робочою. У кожній секції такого двигуна встановлені жорстко закріплені на його валу ротори-поршні, виконані у формі плоских кулачків із криволінійною робочою поверхнею, більша частина якої є циліндричною поверхнею, концентричною поверхні порожнини корпуса, а менша частина виконана у виді плавного виступу, контактуючого з поверхнею порожнини корпуса. Робоча поверхня роторів кінематичне зв'язана з рухливими затворами, жорстко закріпленими на валах, рівнобіжних осі вала двигуна і установленими у впускному і випускному каналах корпуса. Затвори мають циліндричні поверхні які торкаються циліндричних поверхонь каналів корпусу двигуна. Циліндрична поверхня затвора компресорної секції звернена проти, а робочої - по напрямку обертання його вала. В тілі затворів виконані наскрізні канали, розташовані концентричне валам затворів. Порожнини компресорної і робочої секцій повідомлені між собою каналом у простінку між секціями із замикаючим пристроєм, що має привод від вала двигуна. Відомий також варіант цього двигуна (рішення про видачу деклараційного патенту по заявці №2002043208 від 18.12.2002, пат.54813) додатково оснащений другим замикаючим пристроєм послідовно встановленим за цим і такого ж з ним устрою, але зі зміщеним за часом дії приводом так, що момент відкриття додаткового замикаючого пристрою збігається з початком створення порожнини розширення робочої секції, а камера згоряння сферичної форми розташована між цими замикаючими пристроями. Недоліком цього двигуна є постійний об'єм камери згоряння, що не дозволяє змінювати його при зміні навантаження двигуна з метою поліпшення його показників. В основу винаходу поставлено задачу забезпечення у відомому роторно-поршневому двигуні зміни об'єму сферичної камери згоряння за рахунок переміщення однієї з її частин при зміні навантаження на нього при одночасному створенні умов для згоряння бідних паливно-повітряних сумішей. Поставлене завдання вирішено таким шляхом. У роторно-поршневому двигуні вн утрішнього згоряння, що має циліндричну порожнину, розділену принаймні на дві секції, одна з яких є компресорною, а інша - робочою, у кожній секції якого встановлені жорстко закріплені на валу двигуна ротори-поршні, виконані у формі плоских кулачків із криволінійною робочою поверхнею, більша частина якої є циліндричною поверхнею, концентричною поверхні порожнини корпуса, а менша виконана у виді плавного виступу, що контактує з поверхнею порожнини корпуса, причому робоча поверхня роторів кінематичне зв'язана з рухливими затворами, закріпленими на валах, які рівнобіжні осі вала двигуна і установленими у впускному і випускному каналах корпуса, при цьому циліндричні поверхні затворів торкаються циліндричних поверхонь каналів корпусу двигуна, циліндрична поверхня затвора компресорної секції звернена проти, а робочої - по напрямку обертання його вала, а в тілі затворів виконані наскрізні канали, розташовані концентричне валам затворів, порожнини компресорної і робочої секцій повідомлені між собою каналом у простінку між секціями із двома замикаючими пристроями, що мають привод від вала двигуна та камерою згоряння сферичної форми, що розташована між цими замикаючими пристроями, камера поділена на дві частини так, що складається з нерухомої півсфери в корпусі двигуна та прилеглої до неї півсфери в рухливій частині. Остання встановлена в корпусі з можливістю повороту на різьбленні і має гладке циліндричне з'єднання з ним. Це з'єднання ущільнене кільцем. Рухлива частина камери згоряння кінематичне зв'язана з вакуумним коректором двигуна. Впускний та випускний канали розташовані навпроти один одного в нерухомій півсфері і дотичні до неї. На фіг.1 показаний поздовжній розріз двигуна. На фіг.2 та фіг.3 - розрізи А-А та Б-Б по фіг.1. У простінку 1, що розташований між секціями 2, 3 двигуна, розташована сферична камера згоряння 4, що з'єднана із секціями отворами 5 та 6. В якості замикаючих пристроїв, що перетинають ці отвори, є золотники 7 та 8, які мають кулачковий привід 9 від вала 10 двигуна. У камері 4 встановлена свіча запалювання 11. Ротори 12 та 13 що жорстко встановлені на валу 10 кінематичне пов'язані з затворами 14, 15. Циліндрична поверхня затвора 15 компресорної секції 3 двигуна звернена проти, а циліндрична поверхня затвора 14 робочої секції 2 - по напрямку обертання вала 10. Одна півсфера камери згоряння 4 розташована в простінку 1 корпусу двигуна, а інша півсфера - в рухливій частині 16 корпусу, що угвинчена в нього на різьбленні 17. Поруч з різьбовою ділянкою 17 на ній мається ділянка гладкого циліндричного з'єднання 18 з ущільнювальним кільцем 19. Впускний та випускний канали камери 4, якими є отвори 5, 6 розташовані в нерухомій півсфері. На фіг. 1 показаний варіант камери згоряння 4 двигуна з каналами 5, 6, які дотичні до її сферичної поверхні. Рухлива частина 16 камери згоряння має жорстко з'єднаний з нею важіль 20, який кінематично зв'язаний з вакуумним коректором двигуна, наприклад, таким яким є відомий вакуумний коректор системи запалювання звичайного двигуна. Він з'єднаний з його впускним каналом й реагує на зміни розрядження в ньому. Двигун працює таким чином. При перепуску стиснутої паливно-повітряної суміші з компресорної секції 3 у камеру згоряння 4 вона проходить скрізь отвір каналу 6 як тільки відповідно кінематиці двигуна в ньому відкриється золотник 8. Після того як він закриється суміш запалюється свічею 11 і після її згоряння виникають гази, які своїм тиском при відкритті золотника 7 здійснюють корисну роботу, тобто поворот ротора 12 двигуна згідно з відомим принципом його роботи. При зміні навантаження на двигун вакуумний коректор за допомогою важеля 20 повертає рухому частин у його камери згоряння 4 на різьбленні 17 змінюючи її об'єм, отже й ступінь стиску. При цьому вона залишається ущільненою за допомогою кільця 19. Оскільки отвори впускного 6 та випускного 5 каналів виконані дотичними до сферичної поверхні камери згоряння 4, в ній створюються умови для обертання паливно-повітряної суміші, що сприяє її розшаруванню. Більш важка її частина (що містить більше палива тому добре запалюється) при цьому розташовується далі від центра обертання, тобто ближче до свічі запалювання 11, а більш легка (бідна на паливо) частина суміші залишається в центрі. Наявність рухливої частини камери згоряння з часткою її порожнини у формі півсфери та з різьбленням і циліндричним ущілювальним поясом, на якому є ущільнювальне кільце, нерухомої частини з часткою її порожнини у формі півсфери в корпусі двигуна в якій розташовані впускний та випускний канали які дотичні до неї, а також кінематичного зв'язку рухли вої частини камери згоряння з вакуумним коректором двигуна - головні відмінні риси винаходу. Пристрій може бути застосовний тільки в двигуні з окремими порожнинами для стиску й розширення робочого тіла й окремою камерою згоряння, яким є даний роторно-поршневий двигун. Тільки в цьому випадку його окрема камера згоряння може бути сферичною, складатися зокрема з двох півсфер і мати два окремих канала для впуску та випуск у паливно-повітряної суміші. Для звичайного ж поршневого двигуна він неприйнятний, тому що і стиск й розширення в ньому відбувається в одній тій самій порожнині а камера згоряння частково утворена стінкою поршня яка не виконується на практиці у вигляді увігнутої півсфери, що дорівнює діаметру поршня, оскільки це призводить до збільшення її площі та росту теплових втрат. Крім того, якщо б така камера й існувала, в ній неможливо було б зробити одну з її частин з півсферою рухливою задля зміни об'єму, оскільки цьому заважала б наявність в ній впускного та випускного клапанів з їхнім приводом . У порівнянні з окремою вихровою камерою згоряння відомих дизельних двигунів, що мають тільки один канал дотичний до її поверхні, який обумовлює зміну напрямку обертання газів при виході з цієї камери, два канали запропонованого двигуна, що розташовані навпроти один одного, виключають зміну напрямку обертання в ній газів, отже й аеродинамічні втрати від цього. Крім того дизельний двигун з окремою вихровою камерою не має замикаючого пристрою сполучного каналу, тому згоряння в ньому продовжується й у надпоршневій порожнині, через поверхні якої втрачається багато тепла згоряння. Відкриття випускного каналу після згоряння зменшує ці втрати, а оскільки цей канал дотичний до поверхні камери згоряння з протилежного боку від вп ускного каналу, в ній завдяки цьому продовжується обертання газів й їх розшарування без зміни напрямку їх р уху. Це сприяє збереженню більш великої тривалості дії відцентрової сили, тому більш важкі гази, що не згоріли і мають меншу температуру, сильніше переміщуються до стінок камери, а більш легкі гарячі продукти згоряння знаходяться біля її центру. Це також сприяє зменшенню втрат тепла через стінки й підвищує ККД двигуна. Зміна об'єму камери згоряння за рахунок переміщення її рухливої частини на різьбленні дозволяє змінювати ступінь стиску відповідно зміні навантаження на двигун. При малому навантаженні ступінь стиску може бути більше, а при її збільшенні ступінь стиску може зменшуватися, що забезпечить згоряння суміші без детонації на економних режимах. Крім того, рухлива частина камери згоряння спрощує очищення її від нагару та покращує ремонтопридатність двигуна оскільки може бути знята, дозволяє змінювати її об'єм не тільки при зміні навантаження, але й при зміні октанового числа палива. Обертання паливно-повітряної суміші завдяки відповідному розташуванню каналів, що входять в камеру згоряння, сприяє її розшаруванню, тобто спалюванню в такій камері бідних сумішей, що підвищить економічні показники двигуна.