Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння

Роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння, який містить корпус із головною циліндричною порожниною, у якій концентрично встановлений ротор-поршень, який має радіальні виступи та радіальні западини на периферійній поверхні, які утворюють із внутрішніми циліндричними стінками корпуса замкнуті сегментні порожнини, камери згоряння з форсунками для подачі палива та свічками запалювання, трилопатеві розділові ротори, установлені в камерах згоряння з можливістю дискретних проворотів на 120° з зупинами, газорозподільні пристрої із впускними та випускними каналами, який відрізняється тим, що кожна камера згоряння виконана у вигляді неповної циліндричної порожнини, яка відкрита в голов C2 2 (19) 1 3 89251 4 встановлена радіально рухома розділова лопатка, використання енергії продуктів згоряння паливнояка прилягає до периферійної поверхні ротораповітряної суміші. поршня. Впускні та випускні канали обладнані кеОднак цей двигун містить велику кількість не рованими клапанами механізму газорозподілу. лінійно розташованих керованих клапанів, що сутСиметрично між парами впускних та випускних тєво ускладнює його конструкцію та вимагає значканалів є пари вихлопних і всмоктувальних кананих витрат енергії на керування роботою двигуна. лів. У кожній такій парі вікно в головну циліндричну Так, у двигуні із чотирма парами камер згоряння порожнину всмоктувального каналу зміщено відповинно бути 16 клапанів, для керування якими носно вікна вихлопного каналу цієї пари в головну потрібно, щонайменше, 4 розподільних вали або циліндричну порожнину по напрямку обертання інших пристроїв, які розміщені по колу навколо ротора-поршня та між цими вікнами встановлена корпуса двигуна. Крім того, згоряння паливнорадіально рухома розділова лопатка, яка прилягає повітряної суміші відбувається одночасно з випусдо периферійної поверхні ротора-поршня. ком продуктів згоряння в сегментну порожнину, що У даному двигуні ротор-поршень обертається приводить до зниження ефективності використаннавколо своєї осі всередині головної циліндричної ня паливно-повітряної суміші, тому що її частина порожнини, здійснюючи наступний цикл роботи в захоплюється продуктами згоряння та виноситься кожній сегментній порожнині, утвореною рельєфіз зони з оптимальними умовами згоряння. ною поверхнею ротора-поршня та внутрішніх стіУ патенті України №25334 на корисну модель, нок головної циліндричної порожнини. Коли виступ 2007p., описаний удосконалений двигун Ярошенко ротора-поршня проходить вікно всмоктувального В.П., який містить корпус із головною циліндричканалу об'єм сегментної порожнини починає збіною порожниною, концентрично встановлений у льшуватися та у ній здійснюється такт всмоктукорпусі ротор-поршень, який має радіальні виступи вання, при якому повітряна суміш через всмоктута радіальні западини на периферійній поверхні, вальний канал надходить у зазначену сегментну які утворюють із внутрішніми стінками корпуса запорожнину, яка збільшується. мкнуті сегментні порожнини. Симетрично за меПотім дана сегментна порожнина відтинається жами головної циліндричної порожнини розміщені, від всмоктувального каналу наступним виступом щонайменше, дві камери згоряння, кожна з яких ротора-поршня та її вміст виштовхується в камеру обладнана парою каналів у виді впускного каналу згоряння через впускний канал камери згоряння та та випускного каналу, за допомогою яких ця камевідкритий впускний клапан у цьому каналі. Клапан ра згоряння сполучається з головною циліндричу випускному каналі цієї камери згоряння закритий ною порожниною. Вікно випускного каналу в голота здійснюється такт стиску повітряної суміші. У вну циліндричну порожнину кожної пари каналів цей час у суміжній камері згоряння відбувається зміщено відносно вікна впускного каналу цієї пари згоряння раніше закачаної в неї паливнов головну циліндричну порожнину по напрямку повітряної суміші, та продукти згоряння через виобертання ротора-поршня. Між цими вікнами пускний канал і відкритий випускний клапан цієї встановлена радіально рухома розділова лопатка, камери надходять у попередню сегментну порожяка прилягає до периферійної поверхні роторанину здійснюючи тим самим робочий хід. Впускний поршня. Попарно та симетрично між парами впусклапан цієї камери згоряння в цей момент закрикних і випускних каналів розміщені вихлопні та тий. усмоктувальні канали. Вікно в головну циліндричну Після проходження гребенем ротора-поршня порожнину всмоктувального каналу в кожній парі із розділової лопатки між впускним і випускним канавпускного та випускного каналу зміщено відносно лами стиснута паливно-повітряна суміш у цій кавікна вихлопного каналу цієї пари в головну цилінмері згоряння займається та продукти згоряння дричну порожнину по напрямку обертання роторанадходять у сегментну порожнину за розділовою поршня. Між цими вікнами встановлена радіально лопаткою через випускний канал і відкритий випусрухома розділова лопатка, яка прилягає до перикний клапан - здійснюється робочий хід. Впускний ферійної поверхні ротора-поршня. Кожна камера клапан цієї камери згоряння в цей момент закризгоряння виконана у виді трьох ізольованих одна тий. від одної секцій з можливістю циклічного дискретКоли цей гребінь проходить вікно вихлопного ного проходження кожною секцією наступних фаз: каналу продукти згоряння цього сегмента витісня- впуск, у якій порожнина з'єднана із впускним ються назовні наступним гребенем, який набігає каналом, на розділову лопатку між усмоктувальним та ви- згоряння, у якій порожнина замкнена, хлопним каналами - відбувається такт вихлопу. - випуск, у якій порожнина з'єднана з випускТаким чином, якщо цей двигун має роторним каналом. поршень із шістьома гребенями та чотирма параУ переважному варіанті реалізації двигуна семи камер згоряння, то за один оборот роторакції камери згоряння утворені внутрішньою поверпоршня здійснюється 24 робочі ходи, за рахунок хнею розподільної циліндричної порожнини та почого забезпечується висока рівномірність крутного верхнями западин між гребенями розподільного моменту. Крім того, процес стиску в цьому двигуні ротора. Розподільний ротор пов'язаний із привоздійснюється в практично повністю очищену від дом циклічних дискретних поворотів на 120° і продуктів згоряння камеру згоряння при початковстановлений у розподільній циліндричній порожвому тиску рівному або близькому до тиску навконині, яка сполучається із циліндричною порожнилишнього середовища, тобто атмосферному, за ною корпуса за допомогою впускного каналу та рахунок чого досягається висока ефективність випускного каналу. При цьому вікно впускного каналу в розподільну порожнину зміщено відносно 5 89251 6 вікна випускного каналу в цю порожнину по наповерхонь утворює безрозривне продовження прямку обертання розподільного ротора. Між цими внутрішньої поверхні головної циліндричної поровікнами розміщена вершина перегородки між зажнини. падинами розподільного ротора, коли він перебуУ такій конструкції функції розділових лопаток ває в стаціонарному положенні. виконують розділові й розподільні ротори, вершиОсновним недоліком даного двигуна є необни яких сковзають безпосередньо по поверхні рохідність використання рухливих розділових лопатора-поршня. Крім того, порожнини камер згорянток для поділу сегментних порожнин ротораня та газорозподільних пристроїв сполучаються із поршня. Забезпечення щільного прилягання цих сегментними порожнинами ротора-поршня безполопаток до поверхні ротора-поршня є складним середньо через широкі вікна з мінімальними газозавданням, рішення якого приведе до суттєвого динамічними втратами при русі газів через ці вікна. ускладнення й подорожчання двигуна. Крім того, у Більше докладно винахід пояснюється за допроцесі роботи лопатки піддаються великим бічпомогою Фіг.1-3, на яких показано двигун, що заяним навантаженням та у той же час повинні вільно вляється, з різними кутовими положеннями ротопереміщатися у своїх гніздах, що вносить додаткора-поршня. ві труднощі в реалізації такої конструкції. Ще одДвигун містить корпус 1 з головною» циліндним недоліком цього двигуна є наявність досить ричною порожниною, у якій концентрично встанодовгих впускних, випускних, вихлопних і всмоктувлений ротор-поршень 2, який має шість радіальвальних каналів, при русі газів по яким відбуваних виступів 3-8 і шість радіальних западин 9-14 ються гідродинамічні втрати, які приводять до на периферійній поверхні, які утворюють із внутрівтрат потужності двигуна. шніми циліндричними стінками корпуса 1 шість Задачею даного винаходу є створення роторсегментних порожнин 15-20 (Фіг.1-3). но-поршневого двигуна внутрішнього згоряння Концентрично навколо головної циліндричної більш простої, надійної та енергетично насиченої порожнини корпуса 1 розташовано чотири камери конструкції, у якій не буде вимагатися застосуванзгоряння 21-24, виконані у виді неповних циліндня розділових лопаток і довгих каналів для руху ричних порожнин, відкритих у головну циліндричну газових потоків. порожнину за рахунок перетинання з нею. Камери Поставлена задача вирішується тим, що двизгоряння обладнані форсунками 25, для подачі гун містить корпус із головною циліндричною попалива, та свічками запалювання 26. У камерах рожниною, у якій концентрично встановлений розгоряння 21-24 установлені трилопатеві розділові тор-поршень, який має радіальні виступи та ротори 27-30, пов'язані з механізмом, який забезрадіальні западини на периферійній поверхні, які печує їх провороти на 120° з остановами. Провоутворюють із внутрішніми циліндричними стінками роти розділових роторів синхронізовані з обертанкорпуса замкнуті сегментні порожнини. Корпус ням ротора-поршня так, що, коли виступ роторамістить також камери згоряння з форсунками, для поршня сковзає по бічній поверхні розділового подачі палива, та свічками запалювання, у яких ротора - останній залишається нерухливим, а коли установлені з можливістю дискретних проворотів під розділовим ротором перебуває западина ротона 120° з остановами трилопатеві розділові ротора-поршня - розділовий ротор провертається нари. Між камерами згоряння встановлені газорозвколо своєї осі та його вершина без зазору сковзає подільні пристрої із впускними та випускними капо поверхні западини ротора-поршня. налами. Двигун відрізняється тим, що: Аналогічним образом концентрично навколо - кожна камера згоряння виконана у виді непоголовної циліндричної порожнини корпуса 1 і в вної циліндричної порожнини, яка відкрита в голопроміжках між камерами згоряння 20-23 розміщевну циліндричну порожнину за рахунок перетинанно чотири газорозподільні пристрої 31-34, також ня з нею, виконані у виді неповних циліндричних порожнин, - бічні поверхні лопатей розділових роторів вивідкритих у головну циліндричну порожнину корпуконані ввігнутими з радіусом кривизни, рівним раса 1 за рахунок перетинання з нею. Газорозподідіусу кривизни головної циліндричної порожнини, льні пристрої 31-34 обладнані випускними канала- кожний розділовий ротор установлений так, ми 35 і впускними каналами 36. У порожнинах що в положенні останова одна з його бічних повегазорозподільних пристроїв 31-34 установлені рхонь утворює безрозривне продовження внутрітрилопатеві розподільні ротори 37-40, пов'язані з шньої поверхні головної циліндричної порожнини, механізмом, який забезпечує їх провороти на 120° - кожний газорозподільний пристрій виконаний з остановами. Провороти розподільних роторів у виді неповної циліндричної порожнини, яка відксинхронізовані з обертанням ротора-поршня тарита у головну циліндричну порожнину за рахунок кож, як це описано вище для розділових роторів. перетинання з нею, Бічні поверхні лопатей розділових роторів 27- кожний газорозподільний пристрій містить 30 і розподільних роторів 37-40 виконані ввігнутитрилопатевий розподільний ротор, установлений з ми з радіусом кривизни, рівним радіусу кривизни можливістю дискретних проворотів на 120° з остаголовної циліндричної порожнини. При цьому кожновами, ний ротор 27-30 і 37-40 установлений так, що в - бічні поверхні лопатей розподільних роторів положенні останова одна з його бічних поверхонь виконані ввігнутими з радіусом кривизни, рівним утворює безрозривне продовження внутрішньої радіусу кривизни головної циліндричної порожниповерхні головної циліндричної порожнини корпуни, са 1. Газорозподільні пристрої 31-34 можуть бути - кожний розподільний ротор установлений також обладнані продувними каналами 41-44. так, що в положенні останова одна із його бічних 7 89251 8 Ротор 2 пов'язаний з валом відбору потужності нова перебувають розподільні ротори 37 і 39 на 45. Фіг.1, розподільні ротори 37-40 на Фіг.2, розподіУ процесі роботи ротор-поршень 2 обертаєтьльні ротори 38 і 40 на Фіг.3. ся всередині головної циліндричної порожнини У статичному положенні розподільні ротори корпуса 1. Виступи 4-8 ротори-поршні 2 сковзають 27-30 розділяють порожнини камер газорозподільпо внутрішній циліндричній поверхні головної циних пристроїв на порожнині А і В, ізольовані від ліндричної порожнини корпуса 1 і прилягають до сегментних порожнин ротора-поршня 2. неї так, щоб виключити або звести до мінімуму У той момент коли виступ ротора-поршня 2, газообмін між сегментними порожнинами 15-20. що сковзає по бічній поверхні розподільного ротоКожний з розділових роторів 27-30 робить ра, повністю виходить за межі цієї бічної поверхні, провороти з остановами, синхронізовані з оберпочинається проворот розподільного ротора (див. танням ротора 2 так, щоб у будь-який момент часу ротори 40 і 42на Фіг.1, ротори 37 і 39 на Фіг.2), при або одна з вершин розділового ротора або одна з якому вершина розподільного ротора без зазору його бічних поверхонь прилягала до поверхні росковзає по поверхні западини ротора-поршня 2. тора 2 без перетікання газу через зону контакту. Розподільний ротор 2 провертається на 120° і зуБільш детально цей процес можна описати в такий пиняється в той момент, коли початок наступного спосіб. У стані останова кожний з розділових ротовиступу ротора-поршня 2 досягає порожнини, у рів 27-30 займає таке положення, що одна з його якій розміщений цей розподільний ротор, і далі бічних поверхонь утворює безрозривне продоввиступ сковзає по бічній поверхні цього розподільження внутрішньої поверхні головної циліндричної ного ротора. Під час проворота розподільного ропорожнини корпуса 1 і по ній сковзає один з вистутора він разом зі стінками камери газорозподільнопів 4-8 ротори 2. У стані останова перебувають го пристрою утворює: розділові ротори 28 і 30 на Фіг.1 і 3, розділові ро- зростаючу камеру С тори 27 і 29 на Фіг.2. - ізольовану камеру D, У стані останова розділові ротори 27-30 розді- спадну камеру Е. ляють порожнини камер згоряння на порожнині F і Двигун, показаний на Фіг.1-3 має симетричну G, ізольовані від сегментних порожнин ротораконструкцію, завдяки чому в діаметрально протипоршня 2. Сегментні порожнини 15-20 ротора 2 лежних його елементах відбуваються ідентичні разом із внутрішніми стінками головної циліндричпроцеси. Так, положення роторів у газорозподільної порожнини корпуса 1 і бічними поверхнями них пристроях 32 і 34 і процеси в них завжди бурозділових і розподільних роторів утворюють задуть ідентичними. Це справедливо також для друмкнуті порожнини М. гої пари газорозподільних пристроїв 31 і 33, пари У той момент коли виступ ротора-поршня 2, камер згоряння 21 і 23, пари камер згоряння 24 і який сковзає по бічній поверхні розділового рото26. Далі будуть описані процеси, які стосуються ра, повністю виходить за межі цієї бічної поверхні, тільки одного із представників таких пар, чого буде починається проворот розділового ротора (див. досить для розуміння роботи двигуна в цілому. ротори 27 і 29 на Фіг.1 і 3, ротори 28 і 30 на Фіг.2), Розділовий ротор 30 камери згоряння 24 на при якому вершина розділового ротора без зазору Фіг.1 перебуває в статичному стані та по його бічсковзає по поверхні западини ротора-поршня 2. ній поверхні сковзає виступ 8 ротора 2. Камера Проворот здійснюється на 120° і закінчується в той згоряння 24 розділена на дві ізольовані порожнини момент, коли початок наступного виступу ротораF і G. Порожнина F заповнена порцією свіжого поршня 2 досягає камери згоряння та далі цей повітря, у яку через форсунку 25 впорскується виступ сковзає по бічній поверхні розділового ропорція палива для створення паливно-повітряної тора, який у цей момент переходить у статичне суміші. Порожнина G під високим тиском заповнеположення. Під час проворота розділового ротора на продуктами згоряння порції паливно-повітряної він разом зі стінками камери згоряння утворює: суміші. - зростаючу камеру Н. Після камери згоряння 24 розташований газо- ізольовану камеру К, розподільний пристрій 34 з розподільним ротором - спадну камеру L (об'єм якої зменшується). 40. На Фіг.1 показано положення розподільного Одночасно утворяться зростаючі камери Р і ротора 40 у початковій стадії провороту на 120°, спадні камери N, обмежені суміжними поверхнями коли одна з його вершин вже почала ковзання по ротора 2, розділового ротора та головної циліндповерхні западини 14. Випускний 35, впускний 36 і ричної порожнини корпуса 1. продувний 42 канали газорозподільного пристрою Аналогічно кожний з розподільних роторів 3734 відкриті, у зростаючій порожнині D відбувається 40 робить провороти з остановами, синхронізовані продування та заповнення свіжої порції повітря, а з обертанням ротора 2 так, щоб у будь-який моспадна порожнина Е заповнена порцією свіжого мент часу або одна з вершин розподільного ротоповітря та це повітря починає переходити в зросра або одна з його бічних поверхонь прилягала до таючу порожнину Р сегментної порожнини 14. поверхні ротора 2 без перетікання газу через зону Спадна порожнина N сегментної порожнини 14 контакту. Більш детально цей процес можна опизаповнена відпрацьованими продуктами згоряння, сати в такий спосіб. У стані останова кожний з роякі передавлюються в зростаючу порожнину С зподільних роторів 37-40 займає таке положення, газорозподільного пристрою 34. що одна з його бічних поверхонь утворює безрозРозділовий ротор 27 на Фіг.1 робить проворот ривне продовження внутрішньої поверхні головної і одна з його вершин сковзає по поверхні западини циліндричної порожнини корпуса 1 і по ній сковзає 9, розділяючи її на порожнини N та Р. Порожнина один з виступів 4-8 ротори-поршні 2. У стані остакамери згоряння 21 розділена ротором 27 на зрос 9 89251 10 таючу порожнину Н, замкнуту порожнину К и спадНа Фіг.3 показано положення елементів двигуну порожнину L. Порожнини N і Н сполучаються на в той момент, коли ротор-поршень змістився між собою та заповнені повітрям для приготування вперед ще на кут близько 24°. Розділовий ротор наступної порції паливно-повітряної суміші. У по30 у камері згоряння 26 перебуває в статичному рожнині К відбувається процес згоряння паливностані. Порожнина F заповнена свіжою порцією поповітряної суміші, ініційований за допомогою свічвітря та в порожнину відбувається упорскування ки запалювання 26, у процесі якого порожнина К палива через форсунку 25. Сегментна порожнина заповнюється продуктами згоряння під високим 20 заповнена відпрацьованими продуктами зготиском. Порожнини L і Р також заповнені продукряння, які транспортуються до газорозподільного тами згоряння паливно-повітряної суміші під висопристрою 34 для подальшого випуску. ким тиском, отриманими від згоряння попередньої Розподільний ротор 40 газорозподільного припорції паливно-повітряної суміші в цій камері згострою 34 на Фіг.3 перебуває в нерухливому стані. ряння. Тиск продуктів згоряння на ділянку западиПорожнина А газорозподільного пристрою 34 ни 9, яка обмежує порожнину Р, створює силу R, практично вільна від відпрацьованих продуктів напрямок дії якої зміщено від осі ротора 2, у резгоряння, а в порожнину В завершується нагнітанзультаті чого виникає крутний момент, який приня свіжої порції повітря. водить ротор 2 у рух, тобто відбувається робочий Розділовий ротор 27 камери згоряння 21 пехід. Ідентичні процеси відбуваються в діаметральребуває в середній стадії провороту на 120°. У но розташованій камері згоряння 29, у результаті зростаючу порожнину Н перепускається свіжа чого крутний момент подвоюється. порція повітря з спадній порожнини N сегментної Газорозподільний пристрій 31 розташований порожнини 15, а в порожнині К завершується пропісля камери згоряння 21. Розподільний ротор 37 цес згоряння паливно-повітряної суміші та заповна Фіг.1 нерухливий і утворює порожнини А і В. У нення цієї порожнини продуктами згоряння під порожнині А відбувається продування від продуквисоким тиском. Продукти згоряння, які заповнютів згоряння та підготовка до прийому свіжої порції вали спадну порожнину L, перетікають у зростаюповітря. У порожнину В цей час нагнітається свіжа чу порожнину Р сегментної порожнини 15 і здійспорція повітря. нюють робочий хід, як описано вище. На Фіг.2 показано положення елементів двигуРотор 37 газорозподільного пристрою 31 на на в той момент, коли ротор-поршень провернувся Фіг.3 перебуває в завершальній фазі провороту на вперед на кут близько 23°. Розділовий ротор 30 у 120°. Відпрацьовані продукти згоряння з спадної камері згоряння 26 перебуває в процесі проворопорожнини N сегментної порожнини 16 надходять та, продукти згоряння під високим тиском з порожу зростаючу порожнину 3 газорозподільного принини L надходять у порожнину Р сегментної порострою 31 і випускаються звідти. Порожнина D віжнини 19 і здійснюють робочий хід, як це було льна від відпрацьованих продуктів згоряння, а описано вище. Свіжа порція повітря з спадної попорція свіжого повітря з спадної порожнини Е перожнини N передавлюється в порожнину, яка збірепускається в зростаючу порожнину Р сегментної льшується, Н камери згоряння. У порожнині К відпорожнини 16. бувається процес згоряння паливно-повітряної При подальшому обертанні ротора-поршня суміші, ініційований свічкою запалювання 26, і ця описані вище процеси циклічно повторюються. За порожнина заповнюється продуктами згоряння під один оборот ротора-поршня у двигуні відбувається високим тиском. 12 парних робочих хода рівномірно розподілених у Розподільний ротор 40 газорозподільного причасі, за рахунок чого досягається висока рівномірстрою 34 на Фіг.2 завершує проворот на 120°. З ність крутного моменту. Обертові ротори камер порожнини С завершується випуск відпрацьованих згоряння та газорозподільних пристроїв забезпепродуктів згоряння та продування, а в порожнину чують поділ сегментних порожнин ротора-поршня D починається накачування свіжої порції повітря. без застосування розділових лопаток із недолікаПорожнина Р сегментної порожнини 20 майже доми властивимиостаннім. Нарешті, газообмін між сягла свого максимального об'єму та заповнена функціональними елементами двигуна відбувасвіжою порцією повітря. Після продувки цієї пороється через короткі широкі вікна, газодинамічні жнини свіжим повітрям вона наприкінці процесу втрати в які зведені до мінімуму. випуску буде заповнена практично чистим повітВинахід не обмежений описаним вище прикрям. ладом і включає будь-які вдосконалення та модиРозділовий ротор 27 камери згоряння 21 пефікації, які можуть бути зроблені фахівцем у меребуває в статичному стані. У порожнину F через жах формули винаходу. Наприклад, двигун може форсунку 25 впорскується паливо, а порожнина G містити іншу кількість камер згоряння та газороззаповнена продуктами згоряння під високим тисподільних пристроїв або мати ротор-поршень із ком. іншою кількістю виступів і западин, двигун може Ротор 37 газорозподільного пристрою на Фіг.2 бути обладнаний звичайними засобами для проперебуває в статичному стані й утворює порожнидування камер газорозподільних пристроїв, засони А і В. Порожнина А практично вільна від продубами для поліпшення якості підготовки паливноктів згоряння та підготовлена до прийому свіжої повітряної суміші, засобами для оптимізації пропорції повітря. У порожнину в цей момент часу цесу згоряння паливно-повітряної суміші та інших завершено або завершується нагнітання свіжої подібних засобів. порції повітря. 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89251 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601