Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению. Цель - повышение надежности в работе. Ротор выполнен с секторными замкнутыми полостями, частично заполненными металлическим натрием, снабжен боковыми дисками, жестко связанными с ротором, которые выполнены с большим диаметром по сравнению с ротором, установлены с возможностью скольжения по корпусу, и имеют валы и цилиндрические эксцентрично смещенные выступы. Диски установлены в проточках корпуса и сопряжены с ними с возможностью вращательно-качательного движения и периодического перекрытия выпускных каналов, расположенных в крышках корпуса. Ротор снабжен валами, установленными на подшипниках в отверстиях, эксцентрично расположенных на маховиках, последние снабжены прямыми выходными валами, пропущенными через боковые крышки корпуса и установленными в них на подшипниках. Механизм синхронизации движения ротора выполнен в виде неподвижно установленных (ранее указанных) выступов, расположенных эксцентрично на боковых дисках. Эти цилиндрические выступы размещены в прямолинейных пазах корпуса, выполненных в крышках корпуса, и сопряжены с ними. Пазы в роторе сделаны глухими и сопряжены с шарнирами лопаток, выполненными из двух полых сегментов, связанных один с другим соединительной пластиной-пружиной, полости которых частично заполнены металлическим натрием. В глухом пазу установлены подпружиненные уплотнительные планки. Двухсторонние лопатки расположены в глухих пазах ротора между сегментами с возможностью двухстороннего движения и двухстороннего качания с шарнирами, снабжены ограничительными движениями в пазах, выполненными в виде подпружиненных планок, установленных в сегментах. Лопатки имеют на концах клиновидные выточки, сопряженные с ограничителями движения. Каждая камера сгорания выполнена шарообразной формы и снабжена форсункой. 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства как силовой агрегат.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускным и выпускными каналами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения, ротор, лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и механизм синхронизации движения [1] . Причем ротор размещен в полости корпуса эксцентрично ее оси.

Отсутствие устройства компенсации изгонов снижает надежность и долговечность работы двигателя. Шарнирное соединение одного из концов лопаток с ротором приводит к его перегреву, снижению долговечности и быстрому износу подвижных соединений.

Наиболее близким к изобретению является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускными и выпускными каналами, клапанами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения, pотоp, лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и стальные пружины-пластины, установленные в пазах ротора, который размещен в полости корпуса эксцентрично ее оси, механизм движения и маховики [2] . В известном двигателе клапанная система газораспределения весьма сложна и имеет низкую надежность и невысокую эффективность газообмена.

Целью изобретения является повышение надежности работы роторного двигателя внутреннего сгорания.

Это достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускными и выпускными каналами, клапанами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения ротора, лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и стальные пружины-пластины, установленные в пазах ротора, который размещен в полости эксцентрично ее оси, механизм синхронизации движения и маховики, включает ротор, снабженный боковыми дисками, жестко связанными с ротором, которые выполнены с большим диаметром по сравнению с ротором, и установлены с возможностью скольжения по корпусу и имеют валы и цилиндрические эксцентрично смещенные выступы и выполнен с секторными замкнутыми полостями, частично заполненными металлическим натрием, диски установлены в проточках корпуса и сопряжены с ним с возможностью вращательно-качательного движения и периодического перекрытия выпускных каналов, расположенных в крышках корпуса. Ротор снабжен валами, установленными на подшипниках в отверстях, эксцентрично расположенных на маховиках, посредине снабжены прямыми выходными валами, пропущенными через боковые крышки корпуса и установленными в них на подшипниках. Механизм синхронизации движения ротора выполнен в виде неподвижно установленных выступов, расположенных эксцентрично на боковых дисках, причем эти цилиндрические выступы размещены в прямолинейных пазах корпуса, выполненных в крышках корпуса, и сопряжены с ними. Пазы в роторе сделаны глухими и сопряжены с шарнирами лопаток, выполненными из двух полых сегментов, связанных один с другим соединительной пружиной-пластиной, полости которых частично выполнены металлическим натрием.

В глухом пазу установлены подпружиненные употнительные планки, двухсторонние лопатки расположены в глухих пазах ротора между сегментами с возможностью двухстороннего движения и двухстороннего качания с шарнирами, снабжены ограничителями движения в пазах, выполненными в виде подпружиненных планок, установленных в сегментах, а лопатки имеют на концах клиновидные выточки, сопряженные с ограничителями движения, при этом каждая камера сгорания выполнена шарообразной формы и снабжена форсункой.

Выполнение средств подачи топлива с двумя форсунками повышает надежность подачи топлива. Возможность двухстороннего движения лопаток приведет к снижению их теплонапряженности и снизит нагрев шарниров, размещение в полостях ротора и сегментов шарниров металлического натрия после его разогрева и расплавления в процессе работы двигателя позволит снизить теплонапряженность указанных деталей и исключить местный перегрев, тем самым повысить надежность работы и долговечность двигателя.

Выполнение механизма синхронизации в виде выступов на дисках, сопряженных с пазами в корпусе, позволит упростить его конструкции и повысить надежность двигателя.

На фиг. 1 показан двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - вид на механизм синхронизации.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, впускными 3 и выпускными 4 каналами, клапанами 5, форсунками 6, камерами 7 сгорания и рубашкой 8 охлаждения, ротор 9, лопатки 10 с шарниpами 11, уплотнительные планки 12 и стальные пружины-пластины 13, установленные в пазах 14 ротора 9, который размещен в полости 2 эксцентрично ее оси, механизм 15 синхронизации движения и маховики 16.

Ротор 9 выполнен с секторными замкнутыми полостями 17, частично заполненными металлическим натрием, снабжен боковыми дисками 19, жестко связанными с ротором 9, которые выполнены с большим диаметром по сравнению с ротором и установлены с возможностью скольжения по корпусу 1, и цилиндрические эксцентрично смещенные выступы 20.

Диски установлены в проточках 21 корпуса 1 и сопряжены с ними с возможностью вращательно-качательного движения и периодического перекрытия выпускных каналов 4, расположенных в крышках 22 корпуса. Ротор 9 снабжен валами 23, установленными на подшипниках 24 в отверстиях 25, эксцентрично расположенных на маховиках 16, последние снабжены прямыми выходными валами 27, пропущенными через боковые крышки 22 корпуса 1 и установленными в них на подшипниках 28.

Механизм синхронизации движения 15 ротора 9 выполнен в виде неподвижно установленных выступов 20, расположенных эксцентрично на боковых дисках, причем эти цилиндрические выступы размещены в прямолинейных пазах 29 корпуса 1, выполненных в крышках 22 корпуса и сопряженных с ними, пазы 20 в роторе 9 глухие и сопряжены с шарнирами 11 лопаток 10, выполненными из двух полых сегментов 31, связанных один с другим соединительной пружиной, пластиной 13, полости 32, которые частично заполнены металлическим натрием 26. В глухом пазу 30 ротора установлены подпружиненные уплотнительные планки 11, двухсторонние лопатки 10 расположены в глухих пазах 30 ротора между сегментами 31 с возможностью двухстороннего движения и двустороннего качания с шарнирами 11, снабжены ограничителями движения в пазах, выполненными в виде подпружиненных планок 12, установленных в сегментах 31. Лопатки имеют на концах клиновидные выточки 33, сопряженные с ограничителями движения в виде планок 12, при этом каждая камера 7 сгорания выполнена шарообразной формы и снабжена форсункой 34.

Предложенный двигатель работает следующим образом.

После раскрутки от любого известного пускового устройства в четырех изменяемых рабочих объемах 35 - 38 и с необходимым сдвигом по фазе идут двухтактные процессы.

В объеме 35 окончание продувки и начало сжатия впускные клапаны еще открыты. После их закрытия и перекрытия каналов 4 начнется сжатие.

В объеме 36 завершается сжатие и подается с необходимым опережением топливо через форсунки 6 и 34, необходимым для смесеобразования и его воспламенения в оптимальный момент. Впускные клапаны 5 закрыты, после чего начнется расширение сгоревших рабочих газов. Форсунки 6 и 34 могут работать синхронно или со сдвигом по фазе в режиме двухступенчатого впрыска.

В объеме 37 завершается расширение и после открытия боковыми дисками 19 выпускных каналов 4 начнется выпуск отработавших газов. Вслед за ним откроются впускные клапаны 5 и воздух под давлением от нагнетателя через впускные каналы 3 начнет поступать в объем 37, начиная продувку и вытесняя из указанного объема отработавшие газы.

В объеме 38 процесс продувки завершается. Воздух, продолжая поступать от нагнетателя, выдувает остатки отработавших газов из удаленных от клапанов частей рабочего объема 38, охлаждает поверхности корпуса 1, лопаток 10 и ротора 9 и в смеси с остаточными газами выходит через открытые выпускные каналы 4 в атмосферу.

Указанные процессы в описанной последовательности происходят в каждом из рабочих объемов.

Боковые диски 19 осуществляют движение, параллельное плоскости корпуса и не пригорают, совершая указанное движение на поверхностях корпуса и крышек. Установка боковых дисков 19 в проточках 21 корпуса с необходимым минимальным технологическим зазором позволяет снизить трение, а компрессионные уплотнительные кольца 39 позволяют достичь необходимого уплотнения и удаляют образовавшийся нагар с рабочей поверхности боковых дисков 19, жесткость которых достигается необходимой толщиной стенок с использованием специальных марок сталей.

Выступы 20 на дисках 19 удерживают ротор 9 от возможного проворота вокруг своей оси, и тем самым исключают перекосы, скручивание лопаток 10 в пазах шарниров 11, образованных сегментами 31, и возможное из-за этого их заклинивание.

Маховики 16 имеют противовесы 40 и тщательно сбалансированы совместно с ротором 9 так, что центробежные силы ротора 9 и противовесов были взаимно уравновешены. Маховики 16 также обеспечивают равномерность вращения ротора двигателя, способствуют преодолению сопротивлению сжатия при пуске и во время работы и создают возможность преодоления двигателем возможных кратковременных перегрузок, например при трогании автомобиля с места.

При эксцентричной установке в маховики 16 валов 23 ротора можно достичь изменения внешней формы ротора 9 и уменьшения его диаметра, т. е. увеличить рабочие объемы 35 - 38 без увеличения габаритных размеров двигателя. Кроме этого, боковые диски 19 осуществляют подсасывание воздуха перед его сжатием и дополнительное частичное поджатие после перекрытия выпускных каналов 4, что увеличивает наполнение и степень сжатия в рабочих объемах.

Установка в корпусе двух форсунок 6 и 34, двух впускных клапанов 5 и выполнение в нем двух выпускных каналов 4 в сочетании с наддувом воздуха под давлением в рабочие объемы от воздушного нагнетателя позволяет улучшить наполнение, повысить литровую мощность, степень использования рабочего объема двигателя, снизить время впуска топлива и повысить надежность и мощность двигателя.

Корпус двигателя может изготавливаться в виде отливки из алюминиевого высококремнистого сплава с каналами рубашки охлаждения 8 и выполнен путем отливки в металлические формы особенно прочным и жестким, что достигается необходимой толщиной стенок, наличием ребер жесткости на его поверхности. Ротор 9 выполняется из высококремнистого алюминиевого сплава путем отливки в металлические формы.

Ограничители движения лопаток 10 выполнены в виде подпружиненных уплотнительных планок 12, сопряженных с клиновидными выточками 32 в лопатках 10, и предотвращают их выход из пазов шарниров 11. Смазка и отвод тепла от лопаток осуществляется через соответствующие каналы. Лопатки 10 имеют необходимую жесткость, которая достигается достаточной их толщиной и использованием специальных видов сталей.

Маховики 16 с противовесами 40 могут выполняться из чугуна в виде тонкостенного диска со своим выходным валом 27 с облегчающими полостями. Система смазки может выполняться комбинированной. Масло поступает под давлением по каналам к подшипникам 24 и 28 и по каналу ротора 9 - к каналам в лопатках 10.

Кроме этого, наличие двух форсунок позволяет осуществить двухрежимную работу двигателя. Первый рабочий режим осуществляется с минимальным расходом топлива и подачей его через одну форсунку при низких оборотах и наддуве. Второй рабочий режим осуществляется при одновременной работе обеих форсунок, повышенных оборотах и увеличенной подаче топлива. Мощность двигателя при этом значительно увеличивается, что увеличивает степень использования рабочего объема и литровой мощности.

Совместная последовательная работа четырех объемов позволяет скомпенсировать ударное сгорание рабочей смеси тормозящим действием нерабочих процессов, например при сжатии и газообмене в соседних рабочих объемах.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускными и выпускными каналами, клапанами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения, ротор лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и стальные пружины-пластины, установленные в пазах ротора, который размещен в полости эксцентрично ее оси, механизм синхронизации движения и маховики, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, ротор выполнен с секторными замкнутыми полостями, частично заполненными металлическим натрием, снабжен боковыми дисками, жестко связанными с ротором, которые выполнены с большим диаметром по сравнению с ротором, установлены с возможностью скольжения по корпусу и имеют валы и цилиндрические эксцентрично смещенные выступы, диски установлены в проточках корпуса и сопряжены с ними с возможностью вращательно-качательного движения и периодического перекрытия выпускных каналов, расположенных в крышках корпуса, ротор снабжен валами, установленными на подшипниках в отверстиях, эксцентрично расположенных на маховиках, последние снабжены прямыми выходными валами, пропущенными через боковые крышки корпуса и установленными в них на подшипниках, механизм синхронизации движения ротора выполнен в виде неподвижно установленных выступов, расположенных эксцентрично на боковых дисках, причем эти цилиндрические выступы размещены в прямолинейных пазах корпуса, выполненных в крышках корпуса, и сопряжены с ними, пазы в роторе сделаны глухими и сопряжены с шарнирами лопаток, выполненными из двух полых сегментов, связанных один с другим соединительной пружиной-пластиной, полости которых частично заполнены металлическим натрием, а в глухом пазу установлены подпружиненные уплотнительные планки, двусторонние лопатки расположены в глухих пазах ротора между сегментами с возможностью двустороннего движения и двустороннего качания с шарнирами, снабжены ограничителями движения в пазах, выполненными в виде подпружиненных планок, установленных в сегментах, лопатки имеют на концах клиновидные выточки, сопряженные с ограничителями движения, при этом каждая камера сгорания выполнена шарообразной формы и снабжена форсункой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3