Роторний двигун внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема, до будівництва дви гунів. Прототипом винаходу є роторний двигун внутрішнього згоряння Карбовнічего, що складається з корпусу, з виконаними в ньому камерами згоряння, отворами для впуску свіжого заряду і випуску продуктів згоряння і циліндричної порожнини, усередині якої встановлений ротор з виконаними на ньому першою порожниною для впуску і стиску свіжого заряду і першою порожниною для розширення робочого тіла, у корпусі також установлені шибери, що розділяють кожну порожнину в роторі на дві ізольовані частини, у корпусі також виконані впускні і випускні канали, що з'єднують кожну камеру згоряння з порожнинами на роторі, причому на роторі додатково виконана друга порожнина для впуску і стиску свіжого заряду симетрично щодо вісі обертання ротора, і діаметрально протилежно першій порожнині для впуску і стиску свіжого заряду, додатково виконана друга порожнина для розширення робочого тіла, симетрично щодо вісі обертання ротора і діаметрально протилежно першій порожнині для розширення робочого тіла, а впускні і випускні канали забезпечені клапанами, розміщеними в корпусі двигуна [1]. Недоліком прототипу є розташування камер згоряння на статорі двигуна і їхнє відділення від порожнин ротора, де відбувається розширення робочого тіла, клапанами й каналами, що не технологічно, оскільки необхідність продувки камер згоряння обумовлює неминучість наявності в цей момент пасивної фази роботи двигуна, причому прототип із двома камерами згоряння працездатний за умов, або почергово! їхньої продувки, що у два рази зменшує його питому потужність і дисбалансує роботу обертаючих моментів на роторі, або подовжує тривалість повного циклу спрацьовування двигуна до двох обертів ротора, що істотно знижує його коефіцієнт корисної дії. У прототипі з чотирма камерами згоряння вдається уникнути дисбалансу в роботі обертаючих моментів за рахунок можливості почергового спрацьовування різних пар камер згоряння, однак повний цикл спрацьовування двигуна також реалізується за два оберти ротора. Очищення камер згоряння в карбюраторному варіанті двигуна, що вимагає в них і в порожнинах розширення робочого тіла розрядження у фазі проходження початку відповідної порожнини від випускного каналу з камер згоряння до випускного отвору в навколишню атмосферу, і наступного стиску до нескінченно малих розмірів обсягів повітря, замкнених між кінцями кожної порожнини й шиберами, у фазі її проходження між зазначеними отворами й шиберами, істотно протидіє обертанню ротора, створюючи дисбаланс, що знижує його моторесурс. Працездатність прототипу, що має фазу примусового, або самочинного запалення стиснутої газової суміші в камерах згоряння при одночасно зачинених впускних і випускних клапанах, викликає згоряння при одночасно зачинених впускних і випускних клапанах, викликає сумнів. Неминучість відкриття випускних клапанів до запалення стиснутої газової суміші, призводить до її розширення при заповненні обсягу сполучних каналів і простору між торцями зазначених порожнин і шиберами, істотно знижує ступінь стиску, а як наслідок і питому потужність двигуна. Крім того, продукти згоряння втрачають енергію на шляху свого руху від камер згоряння до порожнин розширення робочого тіла, що обумовлює зниження коефіцієнта корисної дії двигуна. Особливість принципу дії прототипу полягає в тому, що при реалізації повного робочого циклу за одне обертання ротора, активний процес розширення робочого тіла і пасивний -очшцення відповідних порожнин ротора, відбуваються послідовно, причому період протікання активної фази процесу, теоретично не може перевищувати половини часу повного робочого циклу (половини повного обертання ротора), що істотно обмежує його коефіцієнт корисної дії і робить характер обертання ротора виражено пульсуючим. Таким чином, основним недоліком прототипу є недосконалість технологічності його принципу дії, жа істотно обмежує коефіцієнт корисної дії й зносостійкість двигуна. Задачею дійсного винаходу є створення двигуна, позбавленого недоліків прототипу, за допомогою вдосконалення принципу його роботи, що забезпечує збільшення коефіцієнта корисної дії й підвищення зносостійкості. Задача вірішується тим, що в роторному двигуні внутрішнього згоряння, що містить ротор, який обертається усередині просторово фіксованого статора, виконаного зі складових частин, розташованих совісно ротору, які входять з ним у дотик через шар змащення, дві бічні площини ротора мають поглиблення у формі секторів тіл обертання навколо вісі ротора, що чисельно відповідають приєднаним до статора рухомим клапанам, місце розташування, розмір, конфігурація й спрямованість переміщень яких дозволяє їм просторово сполучатися і входити у взаємний дотик зі зверненими в їхній бік поглибленнями ротора, розділяючи кожне поглиблення на дві суміжні частини, що утворюють з лицьової сторони ротора камери впуску пальної суміші і її стиску, і зі зворотної сторони -камери згоряння і випуску відпрацьованих газів, причому, поглиблення ротора, що складають камери впуску пальної суміші і її стиску, розміщені відповідно з лицьового, а камери згоряння і випуску відпрацьованих газів - зі зворотного боку ротора, усередині якого виконані сполучні канали, призначені для подачі стиснутої пальної суміші, які з'єднують поглиблення ротора, розташовані по різні його сторони через насоси-засувки, а також порожнини для випуску відпрацьованих газів, при цьому рухомі клапани, які розміщені з лицьової сторони ротора, забезпечені внутрішніми каналами і пристроями для регулювання подачі пальної суміші в камери впуску, а р ухомі клапани, розміщені зі зворотногб боку ротора, обладнані пристроями для примусового запалення пальної суміші безпосередньо в камерах згоряння, ротор двигуна забезпечено внутрішніми каналами, які з'єднують пари замкнених порожнин, утворених у місцях його примикання до статора, відповідно, першу - біля вісі обертання і другу - навколо зовнішньої, найбільш віддаленої від вісі обертання поверхні ротора, ці порожнини також зв'язані трубами, приєднаними до статора, .що при обертанні ротора обумовлює циркуляцію під дією відцентрової сили охолоджувального змащення в замкненому контурі: Сукупність ознак винаходу забезпечує раніше не відомий технічний результат підвищення коефіцієнта корисної дії і зносостійкості двигуна шляхом використання поглиблень у роторі, що виконують функції камер стиску пальної суміші, розміщених з лицьового, і камер згоряння й випуску відпрацьованих газів, із зворотного боку ротора, причому, подача пальної суміші з камер стиску в камери згоряння по внутрішніх каналах, регулюється насосами-засувками, а внутрішній простір поглиблень ротора розділяється приєднаними до статора рухомими клапанами, чисельно їм відповідними, що дозволяє здійснювати процеси впуску, стиску пальної суміші, її згоряння, випуску відпрацьованих газів і очищення двигуна від продуктів згоряння одночасно, забезпечує реалізацію робочого циклу за одне обертання ротора, при цьому активна фаза згоряння пальної суміші може наближатися до періоду повного обертання ротора, практично виключаючи пульсації при його обертанні, що при використанні принципу циркуляційного руху о холоджувального змащення під дією відцентрових сил при обертанні ротора в замкненому контурі, забезпечує підвищення повноти згоряння і зниження питомої витрати палива, рівня шуму і вібрації двигуна, підвищення коефіцієнта його корисної дії та моторесурса. На Фіг.1 зображена схема принципового пристрою роторного двигуна вн утрішнього згоряння в аксонометричній проекції з 1/4 перетином; на Фіг. 2 - схема сполучень основних елементів роторного двигуна в умовно поєднаних перетинах; на Фіг, 3 - покрокова послідовність (1-8) взаємного положення поглиблень ротора (4,4’), при їхньому переміщенні щодо фіксованих рухомих клапанів (11,11’); на Фіг. 4 - покрокова послідовність (I-8) взаємного положення поглиблень ротора (5,5’) при їхньому переміщенні щодо фіксованих рухомих клапанів (12,12’). Роторний двигун внутрішнього згоряння, (Фіг.1, 2.), складається з ротора (1), у виді пластини циліндричної форми, що обертається усередині статора, виконаного з двох складових частин (2, 3), розміщених совісно ротору, з'єднаних між собою і жорстко зафіксованих у просторі. Обидві бічні площини ротора мають по два поглиблення у формі секторів тіл обертання навколо вісі ротора, розміщені, відповідно з лицьової (4, 4і) і з оборотної (5,5') його сторін. Поглиблення ротора (ПР), розміщені на різних його сторонах, попарно (4,5 і 4',5') з'єднані між собою каналами (6,6і і 7,7і) через пару поршневих насосів - засувок (8,8і). Внутрішні площини статора (2,3), звернеш вбік ротора (1), взаємно рівнобіжні і входять у дотик із ним через шар змащення, яким заповнений зазор між ними. Обидві площини статора (2,3), звернені вбік ротора (1), мають по парі виїмок із лицьовий (9,9’) і оборотної (10,10’) його сторін. Виїмки використовуються, як напрямні для двох пар рухомих клапанів (РК), розташованих із лицьовий (11,11’) і оборотної (12,12’) його сторін. РК (11,11’ і 12,12') можуть зворотно - поступально переміщатися в напрямку рівнобіжному вісі обертання ротора (1) під дією важелів (13,13' і 14,14'), що входять у зачеплення з парою замкнутих направляючих борозен (15,15і), які розташовані на бічній поверхні ротора (1) і виконують функцію натискних пристроїв. Форма, розміри і місце розташування тієї пари РК, що звернена вбік ротора (11,11’ і 12,12'), відповідає формі, розміру й місцю розташування ПР (4,5 і 4',5’), що дозволяє їм просторово сполучатися й входити в щільний дотик через шар змащення. Кожен РК (11,11’), розташований з лицьової сторони ротора (1), має всередині свого тіла канали (16,16’) для подачі пальної суміші (ПС) через пару нерухомих патрубків (17,17’), з'єднаних із системою живлення двигуна. Кожен з РК (12,12’), розташованих із зворотного боку ротора (1), обладнано джерелом примусового запалення (18,18і). Кожен насос-засувка (8,8і) являє собою циліндричну порожнину (19,19’) у тілі ротора (1), розміщену рівнобіжно вісі його обертання, усередині якої розташовано поршень-засувку (ПЗ) (20,20і), що під дією з'єднаних із ним натискних важелів (21,21’) робить зворотно-поступальний рух. Важелі (21,21’) входять у зачеплення з замкненим пазом (22), розташованим у тілі статора (2) із лицьової його сторони, конфігурація якого дозволяє виконувати функцію натискного пристрою. ПЗ (20,20і) мають усередині свого тіла канали (23,23’), для зв'язку-розділу ПР (5,5') і порожнин (19,19’), через канали (6,6’). З лицьової сторони, совісно, до ротора (1) жорстко приєднаний вал привода (24), що просмикнутий в отвір (25) статора (2). Зі зворотного боку, совісно, до ротора (1) жорстко приєднаний вал (26), трубчастої форми, внутрішня порожнина, якого сполучається з ПР (5,5’) за допомогою пари радіально розміщених порожнеч (27,27’). Вал (26) просмикнутий в отвір (28) статора (3) і приєднаний до системи випуску відпрацьованих газів двигуна. Системи змащення й охолодження двигуна-об'єднано і вони складаються з мережі наскрізних сполучених каналів (29), розміщених у тілі ротора (1), які об'єднують замкнуті концентричні порожнини, утворені між поверхнями ротора (1), що примикають до статора (2,3), відповідно біля вісі обертання (30,30’) і навколо зовнішньої його поверхні (31). Порожнини (30,30’ і 31’) із боку статора (1), сполучені між собою трубами (32), з'єднаними відповідно з мастильними фільтром (33) і радіатором (34). Усі елементи двигуна, позначені на фіг.1. відповідною цифрою, розміщені по різні сторони від вісі обертання ротора (1) симетрично стосовно елементів, позначених тією же цифрою з індексом ('). Описана конструкція в зборі являє собою єдиний модуль, на основі якого може збиратися двигун, що складається з декількох таких модулів. Покрокова послідовність взаємного положення ПР (4,4’) при їхньому переміщенні щодо фіксованих РК (11,11’), розташованих відповідно з лицьової сторони ротора (1) і статора (2), показана на фіг. 3. із збереженням скорочень прийнятих по тексту й нумерації вузлів і деталей двигуна на фіг.1, 2. Послідовність приведення його в дію припускає наступну схему роботи систем і механізмів: 1. У вихідному положенні крапки к.1 і к.Г ПР (4,4! ) сполучені з площиною, фронтальна проекція якої (фіг. 31.) виглядає, ж лінія а. Стрілкою показаний напрямок обертання ротора (1) при фіксованому положенні РК (11,11і). За допомогою стартера (який умовно не показаний), ротор (1) обертається по стрілці (фіг. 1.). РК (11,11і), розташовані з лицьової сторони статора (2), під дією важелів (13,13’), що сковзають по замкнутим направляючим борознам (15,15’) бічної поверхні ротора, введені всередину ПР (4,4’), розташованих на лицьовій його стороні, щільно притискаючись до їхніх поверхонь (фіг.3-1.), і залишаються в такім положенні при обертанні ротора (1) у межах секторів А, А’, до сполучення к.2, к.2’ із площиною, фронтальна проекція якої (фіг. 3-2.) виглядає, ж лінія б. По каналах (16,16і) через отвори, якими вони закінчуються, всередину ПР (4,4')5 жі утворюють камери попереднього стиску, подається ПС, під дією розрядження, що виникає внаслідок збільшення їхнього обсягу при обертанні ротора (і). Після сполучення к.2 і к.2’ із лінією 6, РК (11,11’) виходять з ПР (4,4’) (фіг. 3-3.) під дією важелів (13,13’) і залишаються в такім положенні при переміщенні к.2 і к.2' у межах сектора Б, Б' при обертанні ротора (1) (фіг.3-4.). РК (11,11’) знову входять в ПР (4,4’) у положенні сполучення к.1, к.1’ із лінією а (фіг.3-5.). При виході з ПР (4,4’), РК (11,11’) роблять зворотний рух по відношенню до патрубків (17,17’), перекриваючи вхідні отвори каналів (16,16’), що приводить до припинення подачі ПС, у період від моменту проходження к.2, к.2’ у межах секторів Б, Б', і до сполучення к.1, к.1' з лінією а, (фіг.3-3, 3-4.) при обертанні ротора (1) по стрілці, і їхньому відкриттю з поновленням подачі ПС при наступному входженні РК (11,11’) в ПР (4,4’) (фіг.3-5.). 2. Подальше обертання ротора (1), у період від моменту сполучення к.1, к.1’ із лінією а (фіг.3-5.), до наступного проходження к.2, к.2’ секторів А, А' ї їхнього сполучення з лінією 6 (фіг. 3-6.), приводить до стиску ПС в ПР (4,4% внаслідок зменшення їхнього обсягу й подачі її (ПС) у циліндричні порожнини (19,19’) насосів засувок (8,8і). При сполученні к.2, к.2’ із лінією 6 (фіг.3-6.), в наслідок поступального переміщення ПЗ (20,20’), відбувається закриття каналів (6,6’), що подають ПС з ПР (4,4’) у циліндричні порожнини (19,19’), що є камерами стиску насосів - засувок (8,8’). ПЗ (20,20’) приводяться у зворотно - поступальний рух важелями (21,21і) при їхньому ковзанні по замкнутому направляючому пазу (22) статора (2). При наступному переміщенні к.2, к.2’ у межах секторів Б, Б’ (фіг. 3-7.), РК (11,11і) виходять з ПР (4,4% припиняючи подачу в усередину ПС, і знову входять в усередину ПР (4,4’) із поновленням її подачі, по досягненні к.1, к.11 лінії а (фіг. 3-1.). Таким чином, при обертанні ротора (1) у межах секторів А і А', по один бік РК (11,11’) відбувається розрядження й подача ПС в усередину обсягів ПР (4,4’), звернених до к.1, к.1’ і виконуючих функцію камер подачі ПС. Одночасно, по іншу сторону РК (11,11’), усередині обсягів ПР (4,4’), звернених до к.2, к.2' і виконуючих функцію камер стиску, відбувається ущільнення раніше поданої у них ПС (фіг. 3-1, 3-2.). При русі к.2, к,2' відповідно в межах секторів А і А1 (фіг. 3-1, 3-2.), канали ротора (6,6і) і порожнини (19,190 насосів засувок (8,80 сполучаються між собою. При цьому ПС з ПР (4,40 попадає в порожнини (19,19’). Послідовність взаємного положення ПР (5,5’) і РК (12,12’), розміщених відповідно зі зворотного боку ротора (1) і статора (3), показано на фіг. 4., зі збереженням скорочень прийнятих по тексту й нумерації вузлів і деталей на фіг. 1.,2. По досягненні ротором (1) положення сполучення к.2, к.2’ із лінією б (фіг. 3-2. і 3-6.), яка відповідає вихідному взаємному положенню ПР (5,5’) і РК (12,12’), розміщених відповідно на зворотному боці ротора (1) і статора (3) коли к,3, к.3' збігаються з лінією а (фіг. 4-1.), починається поступальний рух ПЗ (20,20’), що приводить до перекриття каналів (6,6’) і стиску ПС у порожнинах (19,19’). У положенні максимального стиску ПС, відбувається просторове сполучення вихідних отворів каналів (23,23’) ПЗ (20,20’) із вхідними отворами каналів (7,7) ротора (1), по яких ПС подається в ПР (5,5’), розташовані на зворотному його боці, які утворюють камери згоряння. Поступальний рух ПЗ (20,20’) і повернення їх у ви хідне положення відбувається в період переміщення к.3, к.3' у межах секторів В, В’ (фіг. 4-4, 4-5.) по стрілці. При русі к.3, к.3' поза межами секторів В, В’ (фіг. 4-2, 4-3.), відбувається зворотне переміщення й фіксація в порожнинах (19,19’) ПЗ (20,20’), що приводить до перекриття каналів (7,7’) і відкриття каналів (6,6’). 3. При сполученні к.3, к.3’ із лінією б (фіг. 4-2.), відбувається спрацьовування джерел примусового запалення (18,180, розміщених усередині РК (12,120, або самочинне запалювання ПС від стиску. Запалення ПС у камерах згоряння ПР (5,5’) приводить до виникнення в них надлишкового тиску, що надає обертальний момент системі ротор — статор двигуна. Оскільки статор (2,3) жорстко фіксований у просторі, надлишковий тиск приводить до розширення обсягу камер згоряння (5,5’) і як наслідок, обертанню ротора (1), що переміщає к.3 і к.3' у межах секторів А, А’ (фіг. 4-3.) по стрілці. Через вал (24), ротор (1) передає обертальний рух приводу двигуна. 4. При сполученні к.4, к.4' із лінією б (фіг. 4-4.), РК (12,120 здійснюють зворотний рух з ПР (5,50 під дією важелів (14,140, що сковзають по замкнутим направляючим борознам (15,15’) ротора (1), і залишаються в такім положенні при переміщенні к.3, К.31 у межах секторів В, В1 до сполучення к.3 і к.3’ із лінією а (фіг. 4-5.). У такий спосіб здійснюється початкова стадія виходу відпрацьованих газів - їхнє вільне витікання з ПР (5,5’) по порожнечах (27,27’) через внутрішню порожнину вала (26). По завершенні переміщення к.3, к.3' у межах секторів В, В' і їхньому сполученні з лінією а, РК (12,12’) здійснюють поступальний рух, перекриваючи ПР (5,5’) (фіг. 4-6.). При подальшому переміщенні к.3, к.3’ у межах секторів Г, А і Г‘, А по один бік РК (12,12’), звернений до к.3, к.3', відбувається запалення ПС від джерел примусового запалення (18,18’), або від стиску (фіг. 4-7.), а по інший його бік, звернений до к.4, к.4’ здійснюється повне очищення камер згоряння від відпрацьованих газів -примусове їхнє виштовхування під дією РК (12,12’) з ПР (5,5’) через порожнечі (27,27’) у внутрішню порожнину вала (26), і далі в навколишню атмосферу (фіг. 3-8.). Система охолодження й змащення двигуна працює в такий спосіб: Усі канали (29), порожнини (30,30і і 31), труби (32) і внутрішні зазори між ротором (1) і статором (2,3) заповнюються змащенням. При обертанні ротора (1) під дією відцентрової сили, нагріте мастило циркулює по каналах (29) ротора (1), переважно в радіальному напрямку, від порожнин (30,30і), до порожнини (31). Далі, через отвори в складових частинах статора (2,3), що утворюють порожнину (31), по приєднаним до них трубам (32), нагріте мастило циркулює в напрямку до порожнин (30,30') за рахунок різниці в них тиску. При цьому мастило, яке циркулює по замкненому контурі, що складається з каналів (29), порожнин (30,30' і 31) і труб (32), очищається мастильним фільтром (33) і охолоджується мастильним радіатором (34).