Роторний двигун внутрішнього згорання

Изобретение относится к области моторостроения, в частности к конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в технике, применяющей двигатели внутреннего сгорания. Уже известен роторный двигатель (патент США № 4203410, Η «л. 123-205, опубл. 1980), который содержит две, отделенные друг от др уга поперечной перегородкой, секции для впуска-сжатия и расширениявыпуска соответственно, соединенные перепускным отверстием в корпусе, заключенные в них цилиндрические части ротора, жестко связанные общим валом, и рабочую полость в каждой секции, разделяемую на камеры переменного объема четырьмя радиальными поршнями с закругленными верхними концами, вставленными в соответствующие им радиальные пазы в роторе, под углом 90 град, друг к другу, и способными выдвигаться из него под действием пружинного устройства поджатия, сопрягаясь при этом со стенками своей рабочей полости. Недостатком этого известного устройства-аналога является то, что предложенное устройство перепуска сжатой смеси из секции впуска-сжатия в секцию расширения-выпуска требует первоначального сжатия горючей смеси со, степенью значительно превышающей рабочую степень сжатия, вследствие больших потерь сжатого объема горючей смеси при ее перепуске, а так же то, что сжатие горючей смеси в объеме ограниченном сектором четверти окружности ротора, потребляли наличия в рабочих полостях короткого и глубокого участка с крутым расширением и сужением его верхней стенки, что требует большого усилия поджатия поршня, описанным β двигателе, пружинным устройством прижатия, во избежание проскакивания его внешнего торца в зоне резкого расширения данного участка, рабочей полости, и значительно затрудняет обратное вдавливание сильно поджатого поршня, при движении его в зоне резкого сужения этого участка рабочей полости, вызывая при этом воздействие на сильно выдвигаемый поршень больших поперечных ударных нагрузок. Что уменьшает надежность и работоспособность данной конструкции двигателя. Так же известен роторный двигатель, патент США № 3487816, кл. 123-8,15, опубликованный в 1970 г., который содержит, по меньшей мере, две отделяемые в корпусе друг от друга поперечной перегородкой с перепускным каналом, секции служащие соответственно для впуска-сжатия и расширения-выпуска горючей смеси, и заключенные в них цилиндрические части ротора, имеющие возможность поверхностного контакта секторной части своей цилиндрической поверхности ротора с корпусом, и жестко связанные между собой общим валом, а так же рабочую полость в каждой секции, разделяемую на камеры переменного объема поршнем с острым внешним торцом, установленным в радиальном пазу своей цилиндрической части ротора с возможностью выдвигаться из него, под действием пружинного устройства поджатия, и сопрягаться при том со стенками рабочей полости в своей секции, кроме того, в обеих цилиндрических частях ротора выполнены короткие дуговые полости с впускными отверстиями, способные сообщаться между собой через перепускной канал в поперечной перегородке на время перепуска сжатой смеси между секциями. Недостатком этого устройства-прототипа является то, что взаимное расположение рабочих полостей в секциях с совмещенными водной радиальной плоскости их началами, и, соответственно, их концами способствует увеличению длины системы полостей для перепуска сжатой горючей смеси из секции впускасжатия в секцию расширения-выпуска, на протяженность сектора поверхностного контакта цилиндрической поверхности ротора с корпусом, что ухудшает легкость быстрого перепуска сжатой смеси и увеличивает ее отсекания этими полостями объем после окончании процесса перепуска. Наличие дуговых полостей с впускными отверстиями, в теле цилиндрических частей ротора, совмещаемых с перепускным каналом в перегородке между секциями в процессе перепуска, способствует неполному перепуску сжатой смеси, так как часть ее объема, по окончании перепуска остается в дуговой полости цилиндрической части ротора в секции впуска сжатия, и требует первоначального сжатия горючей смеси со степенью превышающей рабочую степень сжатия, А объем сжатой до рабочей степени горючей смеси, заключаемый по окончании перепуска в перепускном канале в перегородке между секциями может подвергнуться воздействию прорвавшихся к нему газов при воспламенении горючей смеси, что уменьшает надежность устройства перепуска. Кроме того поршни с острыми торцами имеют низкую уплотняющую способность. Конструкция рабочей полости в секциях, с довольно резким наклоном своих краев к сектору поверхностного контакта цилиндрической поверхности частей ротора с корпусом способствует проскакиванию поршней в начале рабочей полости и возникновению большой поперечной ударной нагрузки на поршень в конце рабочей полости. А также то, что нерегулируемое, в зависимости от давлении газов на площадь внешнего торца поршня, пружинное устройство прижатия требует установки довольно сильной пружины соответствующей моменту максимального давления газов в рабочей полости, приводящее к излишним потерям на трение и вдавливание поршней, особенно в секции впуска-сжатия, где скос внешнего торца направлен в сторону камеры сжатия. В качестве прототипа выбран роторный двигатель (патент Германии № 863727, кл. 46а5, 2, 1953), который содержит корпус с рабочей полостью разделенной поперечной перегородкой на секцию впуска-сжатия и секцию расширения-выпуска, ротор состоящий из двух цилиндрических частей жестко связанных общим валом, каждая из которых заключена в соответствующую ей секцию с возможностью поверхностного контакта своих торцевых частей и секторной части цилиндрической поверхности с сопряженными с ними рабочими поверхностями полости, имеет радиальный паз, выполненный в одноплоскостном взаимопротивоположном направлении относительно радиального паза в другой цилиндрической части ротора. С установленным в каждом из радиальных пазов поршнем с закругленным внешним торцом, и под действием пружинного устройства поджатия имеющим возможность радиального перемещения и разделения полостей в своих секциях на камеры переменного объема служащие соответственно для впуска и сжатия в одной секции и расширения-выпуска в другой, С сообщенным с камерой сжатия в секции впуска-сжатия, и с камерой расширения в секции расширения-выпуска перепускным каналом выполненным в своей цилиндрической части ротора. С выполненной последовательно на каждой из боковых сторон поперечной перегородки, дуговой канавки, и отверстием соединяющим окончание первой и начало второй из них. С возможностью совмещения каждой из дуговы х канавок с перепускным каналом в своей цилиндрической части ротора на период перепуска сжатой смеси между секциями. Кроме того, с предусмотренными в другом варианте исполнения двигателя, двумя взаимопротивоположно направленными поршнями в каждой секции, установленными в сквозном диаметральном пазу своей цилиндрической части ротора и кинематически связанными между собой пружинным устройством поджатия. К недостаткам данного устройства-прототипа относится то, что взаимное расположение поршней относительно друг друга и взаимное f чсположение рабочих полостей в секциях, при котором их начала, а так же их окончания, совмещены в одних радиальных плоскостях, способствует значительному увеличению протяженности системы дуговых канавок в поперечной перегородке между секциями, которая занимает, в данной конструкции, половину длины окружности ротора, что ухудшает легкость быстрого перепуска сжатой смеси из одной секции в другую. А так же в совокупности с наличием перепускного канала с впускным отверстием в теле цилиндрической части ротора секции впуска-сжатия, увеличивает объем отсекаемой после перепуска сжатой смеси, что требует увеличения первоначальной степени ее сжатия. Кроме того значительный объем сжатой до рабочей степени горючей смеси, запираемой после ее перепуска в системе дуговы х канавок в поперечной перегородке между секциями, может подвергнуться воздействию прорвавшихся к нему воспламененных газов горючей смеси из камеры расширения, что уменьшает надежность устройства перепуска в двигателе. Кроме того пружинное устройство поджатия поршней, имеет низкую надежность для поршней с закругленным внешним торцом, и требует установки довольно сильной пружины, особенно в секции расширения-выпуска, соответствующей моменту максимального давления газов на площадь ее внешнего торца, что приводит к большим потерям на трение и обратное вдавливание поршней. Кроме того в варианте двигателя с двумя взаимопротивоположно направленным поршнями в каждой его секции, воспламененная горючая смесь продолжительной период остается в постоянном объеме, что уменьшает надежность и работоспособность двигателя. Цель изобретения - создание двигателя внутреннего сгорания с наиболее высоким КПД и экономичностью, за счет продолжительного воздействия давления газов воспламененной горючей смеси, направленного только вдоль траектории вращения его ротора, при сохранении возможности высокой степени сжатия горючей смеси, а так же имеющего более надежную и работоспособную конструкцию чем у прототипа. Поставленная цель достигается благодаря тому, что роторный ДВС, содержащий корпус с полостью, разделенной поперечной перегородкой на секцию впуска-сжатия и секцию расширения-выпуска, которые сообщены между собой перепускным каналом, выполненным в поперечной перегородке, ротор с радиальными пазами, состоящий из двух жестко связанных между собой Общим валом цилиндрических частей, размещенных в соотве тствующи х им секциях с возможностью поверхностного контакта своих торцевых частей и секторной части своей цилиндрической поверхности с сопряженными с ними рабочими поверхностями секций полости, устройство поджатия, радиальные поршни с закругленными внешними торцами, кинематически связанные с устройством поджатия и установленные в радиальных пазах ротора с возможностью их радиального перемещения и образования в полости камер переменного объема, соответственно, впуска, сжатия, расширения и выпуска, с начальными и конечными участками периодически сообщающимися между собой, имеет следующие конструктивные отличия: 1) устройство поджатия выполнено в виде полостей изменяемого объема, ограниченных поверхностями соответствующи х радиальных пазов ротора и поршней, сообщенных через радиальные канавки в поршнях в секции впуска-сжатия с камерой сжатия, а в секции расширения-выпуска с камерой расширения, и дополнительно снабжено пружиной установленной в глухом отверстии в роторе, кинематически связанной с поршнем посредством цилиндрического штока присоединенного одним концом к внутреннему торцу поршня и сопряженного с соответствующим ему цилиндрическим отверстием в роторе: 2) оси радиальных пазов и радиальных поршней в них, в обеих цилиндрических частях ротора выполнены в одной радиальной плоскости и в одном направлении, а полости изменяемого объема, образуемые в радиальных пазах под внутренними торцами поршней, имеют возможность периодически сообщаться между собой через перепускной канал в поперечной перегородке и связывать при этом, через радиальные канавки в поршнях, камеру переменного объема для сжатия горючей смеси с камерой переменного объема для расширения горючей смеси: 3) ширина перепускного канала в перегородке между секциями занимает сектор соответствующий продолжительности процесса перепуска сжатой горючей смеси из камеры сжатия секции впуска-сжатия в камеру расширения секции расширения-выпуска: 4) рабочие поверхности секций полости развернуты одна относительно другой так, что конечный участок камеры сжатия секции впуска-сжатия опережает начальный участок камеры расширения секции расширения выпуска в сторону вращения ротора на угол занимаемый сектором ширины перепускного отверстия в перегородке между секциями: 5) в цилиндрической части ротора секции впуска-сжатия имеется разрядное отверстие, или разрядная канавка в ее торцовой поверхности, выполненная с возможностью совмещения своего входа с перепускным каналом, сразу порле окончания процесса перепуска в нем, и имеющая выход в камеру всасывания горючей смеси. На фиг. Τ изображен общий вид двигателя в продольном разрезе, в момент осуществления перепуска сжатой горючей смеси из камеры сжатия в камеру расширения, с вырезом в цилиндрических частях ротора показывающим движения смеси при ее перепуске через перепускной канал, по радиальным пазам в поршнях и в полостях изменяемого объема под ними, кроме того изображено поперечное сечение двигателя в месте сопряжения поперечной перегородки между секциями с торцовой поверхностью цилиндрической части ротора секции впуска-сжатия; на фиг.2 - поперечные сечения секций впуска-сжатия и расширения-выпуска двигателя. Предложенный двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса 1, внутри которого заключен ротор, состоящий из двух цилиндрических частей 2 и 3, жестко связанных между собой общим валом, вокруг которых расположены, отделенные друг от др уга поперечной перегородкой 4, секции рабочей полости, включающие в себя по две камеры переменного объема 5, 6 и 7. 8, служащие соответственно для воспроизведения процессов впуска-сжатия и расширения-выпуска горючей смеси. Данные камеры переменного объема образуются в результате их герметичного отделения в секциях рабочей полости посредством зоны поверхностного контакта цилиндрической поверхности части ротора с сопряженной с ней рабочей поверхностью полости 9, и радиальными поршнями 10, 11, установленными в равных им по длине радиальных пазах, выполненных в соответствующи х цилиндрических частях ротора, с возможностью их радиального перемещения и поджатия своим внешним торцом к рабочей поверхности полости. Поршни 10 и 11 имеют на своей боковой поверхности радиальную канавку 12, соединяющую полость изменяемого объема 13, образуемую под каждым поршнем, в соответствующем радиальном пазу, при его выдвижении из тела цилиндрической части ротора в секции · впуска-сжатия с камерой переменного объема 6-для сжатия горючей смеси, а в секции расширения-выпуска с камерой переменного объема 7 - для расширения в ней воспламененной горючей смеси. Рабочие поверхности секций впуска-сжатия и расширения-выпуска развернуты относительно друг друга так, что конечный участок камеры сжатия 6 опережает начальный участок камеры расширения 7 в сторону вращения ротора на угол определяемый радиальным углом между поршнем 10 и конечным участком камеры сжатия 6 в момент определяемый конечным объемом сжатия до необходимой степени горючей смеси в камере сжатия 6. А в поперечной перегородке 4 выполнен перепускной канал 14, ширина которого соответствуе т сектору угла опережения конечным участком камеры сжатия 6 начального участка камеры расширения 7, и который выполнен с возможностью совмещения с ним одновременно обеих полостей изменяемого объема 13, образуемых под поршнями, на протяжении процесса перепуска сжатой смеси. К внутреннему торцу поршней 10, 11 подсоединены цилиндрические штоки 15, вставленные в сопряженные с ними цилиндрические отверстия в роторе и поджатые пружинами 16 с усилием необходимым только для первоначального выдвижения поршней из ротора, в начальных участках секций рабочей полости, а в секции расширения-выпуска еще и достаточным для преодоления обратного воздействия на поршень 11 усилия разряжения среды, возникающего в камере расширения 7 при запуске двигателя до начала процесса перепуска. В цилиндрической части ротора 2 имеется разрядное отверстие 17, с выходом в камеру впуска 6, выполненное с возможностью совмещения своего входа с перепускным каналом 14 в момент воспламенения сжатой горючей смеси в камере расширения 7 свечей 18, Впуск горючей смеси производится через впускное отверстие 19, а выпуск отработанных газов через выпускное отверстие 20. Описанный выше роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении ротора объем камеры переменного объема 5 увеличивается, всасывая через впускное отверстие 19 горячую смесь. После перехода поршнем 10 сектора занимаемого зоной поверхностного контакта окружной поверхности ротора с рабочей поверхностью полости 9 объем поступившей горючей смеси оказывается в камере переменного объема 6, где он начинает сжиматься, одновременно с поступлением в камеру переменного объема 5 новой порции горючей смеси. При сжатии горючей смеси в камере переменного объема 6, часть ее по радиальной канавке 12 в поршне 10 поступает в подпоршневую полость изменяемого объема 13, где воздействием своего давления на площадь внутреннего торца поршня поджимает его внешним закругленным торцом к рабочей поверхности полости с усилием, соответствующим давлению газов в камере переменного объема 6 и компенсирует его воздействие на неприжатую часть площади внешнего торца поршня. При этом, во избежание чрезмерного усилия поджатия поршня, избыток площади его внутреннего торца отобран площадью поперечного сечения подсоединенного к нему штока 15. Сжатие горючей смеси в камере переменного объема 6 продолжается до тех пор, пока полости изменяемого объема 13 под поршнями 10, 11 одновременно не совместятся с перепускным каналом 14. Через который объем сжатой до необходимой степени горючей смеси вытесняемый из соединенных радиальной канавкой 12, уменьшающихся камеры переменного объема 6 и полости изменяемого объема 13 под поршнем 10, всасывается в соединенные радиальной канавки 12 увеличивающиеся полость изменяемого объема 13, под поршнем 11, и камеру переменного объема 7. В которой по окончании процесса перепуска сжатой горючей смеси и выхода подпоршневых полостей изменяемого объема 13 из района их совмещения с перепускным каналом 14, происходит процесс расширения газов смеси воспламененной свечей 18, при котором их воздействие на поршень 11 сообщает ротору рабочий ход. При этом поршень 11 удерживается в поджатом положении давлением газов на площадь его внутреннего торца, аналогично поршню 10. А в камерах переменного объема 5 и 6 продолжаются процессы всасывания и сжатия горючей смеси. По окончании процесса расширения, с проходом по инерции поршнем 11 сектора зоны поверхностного контакта окружной поверхности ротора с рабочей поверхностью полости 9, оставшиеся отработанные газы оказываются уже в уменьшающейся камере переменного объема 8, откуда полностью вытесняются с новым рабочим ходом ротор. При окончании процесса перепуска сжатой горючей смеси, вход разрядного отверстия 17 совмещается с перепускным каналом 14 выпуска из него в камеру всасывания 5 оставшийся после перепуска объем сжатой смеси, во избежание его там воспламенения от воздействия прорвавшихся к нему газов из камеры расширения 7 и высокой температуры в двигателе.