Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до двигунобудування і може бути використаний у роторно-поршневому двигуні з розділеними секціями для стиску і розширення робочого тіла і окремою камерою згоряння сферичної форми для спрощення устрою та 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 кінематично зв'язана з рухливими затворами, жорстко закріпленими на валах, паралельних осі вала двигуна і установленими у впускному і випускному каналах корпуса. Циліндрична поверхня затвора компресорної секції звернена проти, а робочої - по напрямку обертання вала двигуна, затвори торкаються циліндричних поверхонь роторів-поршнів і порожнин корпуса. 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. Недоліком даного двигуна є те, що згоряння відбувається в порожнині робочої секції яка при цьому збільшується. Це супроводжується втратами тепла згоряння, отже й потужності двигуна. Відомий також такий двигун додатково оснащений другим замикаючим пристроєм послідовно встановленим за згаданим й такого ж 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 (деклараційний патент України №54813А). Тобто це двигун з окремою сферичною камерою згоряння в сполучному каналі та більш складним замикаючим пристроєм для послідовного її з'єднання з порожниною компресорної і робочої секцій. Недоліком цього двигуна є відносно складний устрій такого замикаючого пристрою та значні аеродинамічні втрати через складну форму та довжину каналів в ньому. В основу винаходу поставлено задачу забезпечення у відомому роторно-поршневому двигуні зменшення аеродинамічних втрат за рахунок спрощення устрою його замикаючого пристрою. Поставлене завдання вирішено таким шляхом. Роторно-поршневий двигун 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 кінематично зв'язана з рухливими затворами, закріпленими на валах, які паралельні осі вала двигуна і установленими у впускному і випускному каналах корпуса так що циліндрична поверхня затвора компресорної секції звернена проти, а робочої - по напрямку обертання вала двигуна, затвори торкаються циліндричних поверхонь роторів-поршнів і порожнин корпуса, в їхньому тілі виконані наскрізні канали, розташовані концентричне їх валам, а порожнини секцій повідомлені між собою сполучним каналом у простінку між секціями з окремою сферичною камерою згоряння та замикаючим пристроєм для послідовного її з'єднання з порожниною компресорної і робочої секцій, що має привод від вала двигуна, має замикаючий пристрій, який являє собою золотник, виконаний у формі усіченого конуса зі сферичним поглибленням у більшій своїй основі, що є частиною поверхні сферичної камери згоряння. Поглиблення поблизу свого дна має канали, які по черзі співпадають із сполучним каналом двигуна при зворотно-обертальному русі конуса навколо своєї осі. Для цього один з каналів золотника розташований під кутом до сполучного каналу при збігу з ним протилежного каналу золотника. Конусний золотник може бути виконаний з антифрикційного матеріалу, наприклад, вуглегра фітової композиції. Кінематичний зв'язок конусного золотника з валом двигуна може являти собою кулачковий механізм, що складається з важеля, жорстко закріпленого на меншій основі конуса, який має палець на іншому своєму кінці, що входить у криволінійний паз кулачка, який жорстко закріплений на валу двигуна. На фіг.1 показаний поздовжній розріз двигуна. На фіг.2 та фіг.3 - розрізи А-А та Б-Б по фіг.1, на фіг.4 та фіг.5 розріз В-В по фіг.1 відповідно у положенні коли відкрите сполучення камери згоряння лише з компресорною секцією двигуна та при повністю закритому положенні замикаючого пристрою. У простінку 1, що розташований між секціями 2, 3 двигуна, розташована сферична камера згоряння 4, що з'єднана із секціями отворами каналів 5 та 6. В якості замикаючого пристрою, що перетинає ці отвори, є золотник 7, виконаний у формі усіченого конуса. У більшій своїй основі він має сферичне поглиблення, що є частиною поверхні сферичної камери згоряння 4. У камері 4 встановлена свіча запалювання 11. Ротори 12 та 13 що жорстко встановлені на валу 10, кінематично 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. Кінематичний зв'язок конусного золотника 7 з валом двигуна 10 може являти собою кулачковий механізм, що складається з валу 16, жорстко закріпленого на меншій основі конусного золотника 7 разом з важелем 17, який має палець 18 на іншому своєму кінці, що входить у криволінійний паз кулачка 19, який жорстко закріплений на валу 10 дви гуна. На фіг.1 показаний варіант камери згоряння 4 двигуна з каналами 5, 6, які дотичні до її сферичної поверхні. Конусний золотник 7 показаний в положенні коли він з'єднує камеру згоряння 4 з порожниною робочої секції 2. В цьому випадку канал 5 збігається з каналом 20 у золотнику 7. Другий канал 21 в ньому розташований з протилежної сторони золотника 7 під кутом до каналу 6, тобто закриває його. (Це може бути коли канали 5, 6 лежать на одній осі, а канали 20 і 21 - під кутом друг щодо друга чи навпаки, коли канали 5, 6 розташовані під кутом, а канали 20, 21 - на одній осі, а також коли всі канали 5, 6 і 20, 21 попарно розташовані під кутом друг щодо друга, але у всякому разі один з каналів золотника розташований під кутом до сполучного каналу при збігу з ним протилежного каналу золотника). Коли ж канал 21 збігається з каналом 6, канал 5 закритий (фіг.4), тобто камера згоряння 4 з'єднана тільки з порожниною компресорної секції 3. В положенні золотника 7, коли його канали 20 і 21 не збігаються з каналами 5 і 6 (фіг.5) камера згоряння 4 повністю роз'єднана з порожнинами 2, 3 двигуна. 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 відкриється золотник 7, тобто з каналом 6 співпаде канал 21 золотника 7 (фіг.4). Це відбудеться завдяки тому, що кулачок 19, повертаючись разом з валом 10 за допомогою свого криволінійного паза перемістить палець 18 важеля 17 і поверне золотник 7 у це положення. Після того як він закриється (фіг.5) суміш запалюється свічею 11 і після її згоряння виникають гази, які своїм тиском при відкритті золотника 7 в порожнину секції 2 (фіг.1) здійснюють корисну роботу, тобто поворот ротора 12 двигуна згідно з відомим принципом його роботи. Наявність золотника, виконаного у формі усіченого конуса зі сферичним поглибленням у більшій своїй основі, що є частиною поверхні сферичної камери згоряння поблизу дна якого є канали, що по черзі співпадають із каналом у простінку між секціями при зворотно-обертальному русі конуса, який кінематично зв'язаний з валом двигуна, навколо своєї осі - головні відмінні риси винаходу. Цей замикаючий пристрій значно простіше чим найближчий аналог, оскільки має тільки один золотник замість двох поршней. Замість двох окремих їх приводів використовується один. Канали камери згоряння в моменти з'єднання з порожнинами секцій двигуна залишаються прямолінійними і більш короткими, що зменшує їхній аеродинамічний опір. Спрощений устрій сприяє полегшенню замикаючого пристрою, отже зменшенню інерційних навантажень на нього. Якщо золотник 7 виконаний з вуглеграфітової композиції, то це по-перше виключає необхідність використання рідкого мастила для зменшення його тертя, тим більше що висока температура в камері згоряння ускладнює таке змазування, а по-друге знижує втрати тепла через її стінки внаслідок меншої теплопровідності цього матеріалу ніж, наприклад, металевого корпусу двигуна. Це в деякій мірі дозволить підвищити його економічність. Оскільки отвори впускного 6 та випускного 5 каналів виконані поблизу дна сферичного поглиблення у золотнику 7, тобто ці канали дотичні 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 краще 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. Це сприяє спалюванню в такій камері бідних паливно-повітряних сумішей, тобто також зменшує витрати палива. Показаний пристрій може бути застосовний тільки в двигуні з окремими порожнинами для стиску й розширення робочого тіла, яким є даний роторно-поршневий двигун. Тільки в цьому випадку замикаючий пристрій відокремлює камеру згоряння від порожнини стиску компресорної секції та від порожнини розширення робочої секції. Для звичайного ж поршневого двигуна він неприйнятний, тому що і стиск й розширення в ньому відбувається в одній тій самій порожнині.