Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння

1. Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння, який містить корпус з внутрішньо циліндричною порожниною і боковими кришками, в якій концентрично встановлений ротор-поршень, що має бокові поверхні, радіальні виступи і радіальні впадини на периферійній поверхні, створюючий з корпусом сегментні порожнини, причому бокові поверхні ротора-поршня щільно прилягають до бокових кришок, радіальні виступи периферійної поверхні ротора-поршня щільно прилягають до внутрішньої циліндричної поверхні порожнини корпусу, розміщену за межами внутрішньої циліндричної порожнини камеру згоряння, що з'єднується з внутрішньою циліндричною порожниною за допомогою вхідних і вихідних каналів, забезпечених керуючими золотниками, випускні і впускні канали, розділові лопатки, встановлені з можливістю радіального переміщення в пазах корпусу і вн утрішніх поверхнях бокових кришок між вхідними і вихідними каналами камер згоряння і між випускними і впускними каналами, що контактують з периферійною поверхнею ротора-поршня, пов'язані з механізмом управління і створюють з радіальними впадинами ротора-поршня, внутрішньою поверхнею циліндричного корпусу і боковими кришками корпусу робочі сегментні порожнини, який відрізняється тим, що C2 (54) РОТОРНО-ПОРШНЕВИЙ ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ 31909 лені у внутрішній циліндричній порожнині корпусу між вхідним і вихідним каналами і підпружинені в напрямі ротора-поршня розділові лопатки, розташовані між впускним і випускним каналами з можливістю радіального переміщення (пат. США № 3040530, 1962). Корпус забезпечений також камерою згоряння. Ротор-поршень і розділові лопатки розділяють внутрішню порожнину на чотири камери, в кожній з яких здійснюються такти впускання, нагнітання, робочого ходу і випуск у ДВЗ. Недоліком такої конструкції є наявність значного тертя між розділовими лопатками і поверхнею ротора, що приводить до інтенсивного зносу їх поверхонь і, як наслідок, зумовлює низький ресурс роботи двигуна. Найбільш близьким до даного винаходу є роторний двигун внутрішнього згоряння, який містить корпус з внутрішньою циліндричною порожниною і боковими кришками, в якій концентрично встановлений ротор-поршень, що має бокові поверхні, два радіальних виступи і дві радіальні впадини, причому бокові поверхні ротора-поршня щільно прилягають до бокових кришок, радіальні виступи ротора-поршня щільно прилягають до внутрішньої циліндричної поверхні порожнини корпусу. Камера згоряння розміщена за межами внутрішньої циліндричної порожнини і з'єднується з нею за допомогою вхідного і вихідного каналів, забезпечених керуючими золотниками. Двигун містить також впускні і випускні канали, дві розділові лопатки, встановлені у вн утрішній циліндричній порожнині корпусу між вхідним і вихідним каналами і між впускним і випускним каналами з можливістю радіального переміщення (пат. США № 3579733, МКВ F02B, 1996). Розділові лопатки з радіальними впадинами ротора-поршня, внутрішньою поверхнею циліндричної порожнини корпусу і боковими кришками утворюють робочі порожнини. Двигун забезпечений механізмом управління розділовими лопатками, який відводить і підводить розділові лопатки синхронно з обертанням ротора так, що забезпечується їх щільний контакт з поверхнею ротора, однак без значного механічного навантаження між контактуючими поверхнями. При роботі цього двигуна одночасно відбувається робочий хід в прилеглій до камери згоряння робочій камері, такт випуску в слідуючій по ходу обертання ротора робочій порожнини, такт стиснення в іншій прилеглій до камери згоряння робочій порожнини, і такт випуску в попередній робочій порожнині. Як тільки тиск в робочій порожнині, де відбувається робочий хід, порівняється з тиском в робочій порожнині, де відбувається такт стиснення, відбувається одночасне закриття вихідного каналу камери згоряння і відкриття вхідного каналу камери згоряння. У цей момент ще не сталося повне очищення камери згоряння і в ній ще є помітний надлишковий тиск. Це означає, що подальше дотиснення повітря або паливо-повітряної суміші відбувається за рахунок гальмування ротора, а свіжа порція паливо-повітряної суміші буде забруднена продуктами згоряння, що залишилися в камері згоряння від попереднього циклу. У результаті в роботі двигуна спостерігається помітна нерівномірність крутного моменту, а також відбувається зниження енергетичної ефективності дви гуна загалом через погіршення умов згоряння суміші в камері згоряння. Задачею даного винаходу є усунення вказаних недоліків і створення роторно-поршневого ДВЗ, в якому такт стиснення здійснюватиметься в практично повністю очищеній від продуктів згоряння камері згоряння при початковому тиску рівному або близькому до атмосферного тиску. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому роторно-поршневому двигуні внутрішнього згоряння, який містить: корпус з внутрішньою циліндричною порожниною і боковими кришками, в якій концентрично встановлений ротор-поршень, що має бокові поверхні, радіальні виступи і радіальні впадини на периферійній поверхні, які створюють з корпусом сегментні порожнини, причому бокові поверхні роторапоршня щільно прилягають до бокових кришок, радіальні виступи периферійної поверхні роторапоршня щільно прилягають до внутрішньої циліндричної поверхні порожнини корпусу; розміщену за межами внутрішньої циліндричної порожнини камеру згоряння, що з'єднується з внутрішньою циліндричною порожниною за допомогою вхідних і ви хідних каналів, забезпечених керуючими золотниками, випускні і впускні канали, розділові лопатки, встановлені з можливістю радіального переміщення в пазах корпусу і вн утрішніх поверхонь бокових кришок між вхідними і вихідними каналами камер згоряння і між випускними і впускними каналами, що контактують з периферійною поверхнею ротора-поршня, створюють з радіальними впадинами ротора-поршня, внутрішньою поверхнею циліндричного корпусу і боковими кришками корпусу робочі сегментні порожнини і пов'язані з механізмом управління, який відрізняється тим, що двигун забезпечений другою камерою згоряння, ідентичною першій камері згоряння і ізольованою від неї, перша камера згоряння з'єднується з внутрішньою циліндричною порожниною корпусу за допомогою першого вхідного і першого вихідного каналів, забезпечених керуючими золотниками, а друга камера згоряння з'єднується з внутрішньою циліндричною порожниною корпусу за допомогою другого вхідного і другого ви хідного каналів, забезпечених керуючими золотниками. При такому виконанні камери згоряння діють в протифазі: коли в першій камері відбувається згоряння паливо-повітряної суміші і продукти згоряння здійснюють робочий хід, у другу камеру нагнітається свіжа порція повітря або паливо-повітряної суміші. Після закінчення робочого ходу перша камера через відповідну робочу порожнину і випускний канал з'єднується з навколишнім середовищем і практично повністю звільняється від продуктів згоряння. Після цього в неї починається нагнітання свіжої порції повітря або паливо-повітряної суміші, а стиснута паливо-повітряна суміш у другій камері запалюється. Для забезпечення рівноцінних умов роботи обох камер кутові координати першого і другого вхідних каналів камер згоряння однакові, а також кутові координати першого і другого вихідних каналів камер згоряння однакові. При цьому кутові 2 31909 координати випускних каналів однакові, а також кутові координати впускних каналів однакові. Переважним є роторно-поршневий двигун, який містить ротор-поршень з як найменше чотирма радіальними виступами, чотирма радіальними впадинами на периферійній поверхні і двома парами камер згоряння. Більш переважним є роторно-поршневий двигун, який містить ротор-поршень з 6 радіальними виступами і 6 радіальними впадинами, і 8 камер згоряння. У загальному випадку роторно-поршневий двигун може містити ротор-поршень з N радіальними виступами і N радіальними впадинами, і n камер згоряння, за умови, що N³4 і n³4. Більш детально винахід пояснюється за допомогою креслень, на яких показаний приклад реалізації двигуна з шістьма робочими сегментними порожнинами і чотирма парами камер згоряння: Фіг. 1 - поперечний перетин двигуна; Фіг. 2 - перетин А-А двигуна по камерах згоряння; Двигун складається з корпусу 1 ста тора з внутрішньою циліндричною порожниною і боковими кришками (на фіг. не видно) (фіг. 1). У циліндричній порожнині корпусу 1 концентрично встановлений ротор-поршень 2, що має бокові поверхні, радіальні виступи 3 і радіальні впадини 4. Бокові поверхні ротора-поршня щільно прилягають до бокових кришок, а радіальні виступи З ротора-поршня 2 щільно прилягають до внутрішньої поверхні циліндричної порожнини корпусу 1 статора. На корпусі 1 поза його циліндричною порожниною рівномірно по колу встановлені чотири пари камер 5 згоряння 6¢ і 6¢¢, які можуть бути забезпечені каналами для уприскування палива (фіг. 2). Камера 6¢ з'єднується з внутрішньою циліндричною порожниною корпусу за допомогою першого вхідного 7¢ і першого вихідного 8¢ каналів. Камера 6¢¢ з'єднується з внутрішньою циліндричною порожниною корпусу за допомогою другого вхідного 7¢¢ і другого вихідного каналів 8¢¢. Для забезпечення рівноцінних умов роботи обох камер 6¢ і 6¢¢ кутові координати першого вхідного каналу 7¢ у вн утрішню циліндричну порожниною корпусу 1 і кутові координати другого вхідного каналу 7¢¢ у вн утрішню циліндричну порожниною корпусу 1 загалом співпадають і кутові координати першого вихідного каналу 8¢ у внутрішню циліндричну порожниною корпусу 1 і кутові координати другого ви хідного каналу 8¢¢ у внутрішню циліндричну порожниною корпусу 1 також загалом співпадають. Відкриття і закриття вхідних 7 і вихідних 8 каналів здійснюється в залежності від кута повороту ротора-поршня 2 відповідно до заданого алгоритму, наприклад, за допомогою золотникових газорозподільних механізмів, які можуть бути традиційними або будь-якими іншими і в даній пропозиції не описуються. Корпус 1 також забезпечений впускними 9 і випускними 10 каналами, розташованими попарно рівномірно по колу корпусу 1 між парами 5 камерами згоряння. У пазах корпусу 1 між вхідними 7 і вихідним 8 каналами і між впускними 9 і випускними 10 кана лами встановлені з можливістю радіального переміщення розділові лопатки 11. Ці лопатки 11 щільно прилягають до периферійного профілю роторапоршня і розміщені в пазах корпусу і бокових кришок, внаслідок чого вони разом з радіальними впадинами 4 ротора-поршня 2, внутрішньою поверхнею циліндричної порожнини корпусу 1 і боковими кришками корпусу 1 розділяють робочі порожнини 12 на дві частини. Управління розділовими лопатками 11 здійснюється за допомогою механізму, який їх підіймає і опускає в залежності від кута повороту роторапоршня 2 так, щоб лопатки 11 ковзали по радіальних виступах 3 і радіальних впадинах 4 ротора 2 і забезпечували розділення сусідніх робочих порожнин з мінімальними витоками. Цей механізм може бути традиційним або будь-яким інакшим і в даній пропозиції не описується. Всі пари елементів, які повинні забезпечувати розділення сусідніх робочих порожнин, забезпечені ущільненнями, які в даній пропозиції не розглядаються і не описуються. Крім того, двигун забезпечений звичними системами забезпечення його роботи: системою живлення, карбюраторною або інжекційною, системою змазки, системою електрозабезпечення, вихлопною системою та іншими стандартними для ДВЗ системами і пристроями, які в даній пропозиції не описані. Нарешті, описана конструкція може бути одним з блоків двигуна, що складається з декількох таких блоків, що мають загальний вал і загальні системи забезпечення. У спрощеному уявленні робота двигуна відбувається таким чином. Ротор-поршень 2 обертається в циліндричній порожнині корпусу 1 і по його виступах 3 і впадинах 4 ковзають розділові лопатки 11, внаслідок чого об'єми всіх робочих порожнин циклічно змінюються між мінімальним і максимальним значеннями. У будь-який момент часу в одній з камер кожній з пар 5 камер згоряння відбувається згоряння робочої суміші. Продукти згоряння під високим тиском через відкритий вихідний канал 8 поступають в слідуючу за розділовою лопаткою 11 сегментну робочу порожнину, де, завдяки наявності тангенціального складового тиску продуктів згоряння, виникає крутний момент, прикладений до ротора-поршня. Вхідний канал 7 цієї камери в даний момент закритий. Іншими словами, в даній робочій порожнині відбувається такт робочого ходу. Аналогічні процеси в цей же час відбуваються в діаметрально протилежно розташованих камерах згоряння, що викликає пару сил обертаючого моменту. У цей же час у др угу камеру цієї пари камер згоряння через відкритий вхідний канал 7 нагнітається свіжа паливо-повітряна суміш з робочої порожнини, яка розташована до цієї камери згоряння. Вихідний канал цієї камери в цей час закритий. Тобто в цій камері здійснюється такт стиснення. Коли об'єм цієї робочої порожнини наблизиться до мінімального, тобто при завершенні такту стиснення, в суміжній робочій порожнині завершується такт робочого ходу і вона з'єднується з випускним каналом 10, через який і відбувається випуск відроблених газів, які далі витісняються через випускний канал 10. Одночасно закривається вхідний 3 31909 канал 7 цієї другої камери. Потім стисла в цій другій камері паливо-повітряна суміш запалюється, вихідний канал 8 цієї камери відкривається і тепер вже у другій камері і з'єднаній з нею робочій порожнині відбувається робочий хід. Аналогічно відбувається перемикання золотників в першій камері, тобто відкривається вхідний канал 7 і закривається вихідний канал 8, і в цю першу камеру нагнітається свіжа паливо-повітряна суміш, яка була засмоктана з впускного каналу 9 під час попереднього циклу. Засмоктування свіжої паливо-повітряної суміші в робочі відбувається після проходження виступів 3 розділових лопаток 11, розташованих проміж впускних 9 и випускних 10 каналів. У зображеному на фіг. 1 варіанті двигун має шість радіальних виступів, шість радіальних впадин і чотири камери згоряння. За одне обертання ротора-поршня відбувається 12 здвоєних робочих ходів зі зсувом 30°. Для порівняння: в шостицилін дровому чотиритактному ДВЗ за одне обертання колінчастого вала відбувається три робочих ходи зі зсувом 120°. У відомому роторно-поршневому двигуні за патентом США № 3579733 за одне обертання вала відбувається два робочих ходи. Отже, двигун, що пропонується, забезпечуватиме більш високу рівномірність крутного моменту. Крім того, на відміну від двигуна за патентом США № 3579733, кожна камера пари камер згоряння в кінці робочого ходу з'єднується з випускним каналом, внаслідок чого тиск відроблених газів в ній буде близький до атмосферного. Отже, витрати енергії на стиснення свіжої паливоповітряної суміші в цьому двигуні будуть знижені в порівнянні з цими витратами в двигуні за патентом США № 3579733. При цьому знижується забруднення свіжої суміші продуктами згоряння, що сприяє поліпшенню згоряння палива і підвищенню енергетичної ефективності двигуна по винаходу. Фіг. 1 4 31909 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5