Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Роторный двигатель внутреннего сгорания предназначен для транспортных средств. Двигатель имеет спаренные и развернутые на 180° корпусы, в которых роторы с рабочим и продувочным поршнями совершают возвратно-качательное движение. В двигателе применен бесшатунный механизм синхронизации движения ротора с поршнями и вращения эксцентрикового вала. Для повышения экономичности двигателя его корпусы выполнены составными, включающими полуцилиндрический керамический корпус двигателя в металлическом обрамлении и металлический корпус компрессора, выполненный заодно с выступами, в которых находятся камеры сгорания, а торцовые крышки выполнены в металлическом обрамлении. В двигателе обеспечены качественная продувка рабочих камер и их внутреннее охлаждение за счет увеличения лобовых размеров продувочного поршня по сравнению с рабочим и увеличения в результате этого объема и количества продувочного воздуха по сравнению с его наличием в рабочих камерах при их максимальном объеме, что улучшает эффективность охлаждения и повышает экономичность двигателя. В двигателе радиальные зазоры рабочих поршней устраняются установкой радиальных уплотнительных пластин не на этих поршнях, а в корпусе двигателя. Кроме того, выполнено лабиринтовым уплотнение компрессорного поршня, что способствует заметному повышению экономичности двигателя. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в транспортной технике.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, торцовые крышки, ротор с рабочим и продувочным поршнями и выемками в теле ротора для перепуска рабочей среды (Патент Франции N 2004816, кл. F 02 B 53/00, 1969). В таком двигателе для повышения компактности можно установить бесшатунный механизм синхронизации движения поршней и вращения эксцентрикового вала.

Однако этот двигатель имеет существенные недостатки, из-за которых не обеспечивается его удовлетворительная экономичность. В нем происходят большие потери тепла из-за его отвода в охлаждающую среду при политропном сжатии и расширении рабочего заряда. Вследствие того, что объем продувочной камеры равен объему рабочей камеры, не происходят качественная продувка последней и ее внутреннее охлаждение из-за малого количества продувочного воздуха. Кроме того, в двигателе происходят большие потери работы на преодоление трения в элементах уплотнения.

Целью предлагаемого изобретения является осуществление сжатия и расширения рабочего заряда в процессах, приближающихся к адиабатным, и уменьшение из-за этого отвода тепла в охлаждающуюся среду, а также повышение качества продувки рабочих камер и осуществление их внутреннего охлаждения путем подачи продувочными поршнями большего объема и количества продувочного воздуха, чем его имеет максимальный объем рабочих камер, кроме того, уменьшение потери работы на преодоление трения элементов уплотнения ротора и поршней.

Цель достигается тем, что корпусы двигателя и торцовые крышки выполнены керамическими в металлическом обрамлении, а лобовые камеры продувочных поршней приняты большими по сравнению с рабочими поршнями, и торцовые уплотнительные уплотнения имеют только ротор и рабочий поршень, при этом радиальный зазор последнего устраняется с помощью радиальных уплотнительных пластин, устанавливаемых в корпусе двигателя для каждой рабочей камеры рядом с выпускным окном, а продувочный поршень выполнен с лабиринтовым уплотнением.

На фиг. 1 показан двигатель, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит два корпуса, включающих полуцилиндрические керамические корпусы 1 и 2 двигателя, встроенные в металлические обрамления 3 и 4, к каждому из которых жестко присоединяются металлические дуговые корпусы компрессоров 5, выполненные заодно с двумя выступами 6, образующими в каждом корпусе две компрессорные камеры 7 и 8, и две рабочих камеры 9 и 10, разделенных соответственно компрессорным 11 и рабочим 12 поршнями, выполненными заодно с роторами 13, раз- мещающихся в корпусах, закрытых с торцов керамическими крышками 15 и 14, выполненными в металлических обрамлениях 16 и 17. При этом металлические обрамления 16 торцовых крышек 14 выполнены заодно с консолями 18, на которых свободно сидят роторы 13, и со смещением от центров 0₁ и 0₁' этих роторов на величину Н и Н', в консолях 18 выполнены отверстия с центром 0₂, в которые устанавливаются подшипники 19, на которые опирается эксцентриковый вал 20, имеющий общий для обоих корпусов эксцентрик 21, на котором свободно сидит промежуточное звено 22 с двумя эксцентриками 23 и 24, развернутыми на 180^о, на которые посажены свободно распорные эксцентрики 25 и 26 с возможностью совершать возвратно-качательное движение в выемках роторов, выполненных со смещением на величину Н в обращенных друг к другу торцах роторов 13. По периферии рабочего поршня 12 и ротора 13 выполнены боковые проточки, суживающиеся к периферии, в которые устанавливаются сопряженные с ними дуговые 27 и прямые 28 уплотнительные пластины рабочего поршня 12 и дуговые уплотнительные пластины 29 ротора 13, поджимаемые к периферии гофрированными пружинами 30. Уплотнение компрессорного поршня 11 выполняется лабиринтовым, а снизу от отделен от ротора 13 боковой уплотнительной пластиной 31, на торцах роторов 13 установлены торцовые маслосъемные кольца 32, а радиальное уплотнение рабочего поршня обеспечивается с помощью радиальных уплотнительных пластин 33, устанавливаемых в каждой рабочей камере в полуцилиндрических керамических корпусах 1 и 2 двигателя на гофрированных пружинах 34 по обеим сторонам выпускного окна 35, сообщающегося с выпускным патрубком 36. Радиальное уплотнение роторов 13 осуществляется при помощи радиальных уплотнительных пластин 37, устанавливаемых на гофрированных пружинах 38 в выступах 6, в которых выполнены камеры 39 сгорания, в которые заходят форсунки 40. На радиальной поверхности ротора 13 рядом с концами продувочного поршня 11 выполнены каналы 41, а корпус компрессора 5 имеет выпускной патрубок 42 и выпускное окно 43, для облегчения в продувочном 11 и рабочем 12 поршнях выполнены пустоты 44 и 45. Дуговые корпусы компрессоров 5 и металлические обрамления 3 и 4 корпусов двигателя 1 и 2 имеют буртики 46 и 47 для крепления к ним торцовых крышек 14 и 15 с обрамлениями 16 и 17. На радиальной поверхности рабочих поршней 12 с выходом на их лобовую поверхность выполнены продувочные каналы 48, являющиеся продолжением камер 39 сгорания в момент сжатия заряда. На заднем конце эксцентрикового вала 20 устанавливается маховик 49 с шестерней 50 маховика. Впуск свежего заряда показан стрелкой 51, движение продувочного воздуха стрелкой 52, а выпуск отработанных газов стрелкой 53.

На фиг. 1 видно, что эксцентрик 21 эксцентрикового вала 20 имеет центр 0₃, эксцентрик 23 промежуточного звена 22 имеет центр 0₄ и их эксцентриситеты 0₂-0₃ и 0₃-0₄, имеющие соответственно обозначения Е₁ и Е₂, должны быть равны между собой, а эксцентриситет 0₄-0₅ Э распорного эксцентрика 25 может быть принят произвольной величины, но предпочтительнее равнен смещению Н эксцентрикового вала 20 относительно центра 0₁ качания ротора 13. Эксцентрик 21 эксцентрикового вала 20 имеет центр 0₃, эксцентрик 23 промежуточного звена 22 имеет центр 0₄, и при работе двигателя осуществляется их вращение с одинаковым числом оборотов в противоположных направлениях.

Двигатель работает следующим образом.

В отраженный на фиг. 1 момент в рабочей камере 10 осуществлено сжатие рабочего заряда и в него форсункой 40 впрыскивается топливо, при сгорании которого газы расширяются и давят на лобовую поверхность рабочего поршня 12, заставляя его отклоняться вправо и этим вызывать вращение эксцентрикового вала 20 в любом заданном направлении благодаря четырехзвенному механизму, отраженному эксцентриситетами 0₂-0₃, 0₃-0₄, 0₄-0₅ и 0₅-0₁, обеспечивающему синхронизацию движения поршней 11 и 12 и вращения эксцентрикового вала 20. Если звено 0₂-0₃ вращается по часовой стрелке вокруг точки 0₂, то звено 0₃-0₄ вращается против часовой стрелки вокруг точки 0₃ с такой же угловой скоростью, а звено 0₄-0₅ совершает колебательное движение относительно точки 0₄, вызывая вращательно-возвратное движене звена 0₅-0₁, принадлежащего ротору 13, относительно точки 0₁, обеспечивая такое же движение поршней 11 и 12 ротора 13. В момент наложения друг на друга звеньев 0₂-0₃ и 0₃-0₄ затрудняется согласованное движение всех звеньев, а выход их из этого положения, которое является промежуточным, обеспечивается работой таких же звеньев в переднем корпусе, как в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания. В отраженный на фиг. 1 момент из другой рабочей камеры 9 происходит выпуск отработанных газов и в нее поступает продувочный воздух по каналу 41 ротора 13 из компрессорной камеры 7, а в другую компрессорную камеру 8 в это время производится впуск свежего заряда, когда продувочный 11 и рабочий 12 поршни начинают двигаться из указанных положений, то они сначала перекрывают впускное 43 и выпускное 35 окна, после этого происходит снижение заряда в рабочей камере 8, в нее подается топливо и происходит продувка рабочей камеры 10. После этого эти поршни начинают двигаться в первоначальное положение, и дальше работа двигателя происходит в описанной последовательности. При таком выполнении двигателя ход поршней меньше 90^о, на чертеже он принят равным 75^о. Это меньше, чем при уплотнении радиального зазора рабочих поршней установкой на них радиальных уплотнительных пластин, но вполне достаточно для хорошей работы двигателя.

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. Выполнение корпусов двигателя керамическими позволяет снизить отвод тепла в охлаждающую среду из-за осуществления в этом случае практически адиабатного сжатия и расширения рабочего заряда, что приводит к повышению экономичности. В двигателе улучшена продувка рабочих камер за счет увеличения подачи воздуха из компрессорных камер, и это позволяет охладить последние изнутри и снизить температуру заряда и способствует повышению экономичности. Выполнение корпусов двигателя и торцовых крышек в металлическом обрамлении обеспечивает лучший отвод необходимого количества тепла от первых к обрамлению и от последнего в окружающую среду, что упрощает систему охлаждения двигателя, одновременно металлическое обрамление защищает хрупкие металлические детали от непосредственных случайных ударов. В двигателе уменьшено трение уплотнения поршней из-за того, что для уплотнения рабочего поршня радиальные уплотнительные пластины устанавливаются в корпусе двигателя и поэтому от движения рабочего поршня исключается действие на них центробежной силы и увеличение нагрузки, а уплотнение компрессорного поршня выполняется лабиринтовым и вследствие этого практически не создающим трения, что приводит к снижению потери работы на преодоление трения и к повышению экономичности двигателя.

Формула изобретения

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий два спаренных корпуса, установленные развернутыми на 90^o, торцевые крышки, роторы с продувочными и рабочими поршнями, выемки в теле ротора для перепуска рабочей среды и механизм синхронизации движения поршней, включающий эксцентриковый вал, отличающийся тем, что спаренные корпуса состоят из керамических полуцилиндрических корпусов двигателя в металлических обрамлениях и жестко соединенных с ними металлических дуговых корпусов компрессоров, выполненных заодно с выступами, а торцевые крышки выполнены керамическими с металлическими обрамлениями, при этом металлические обрамления торцевых крышек выполнены заодно с консолями, на которых свободно насажены роторы с рабочим и продувочными поршнями, причем лобовые размеры продувочных поршней больше, чем у рабочих поршней.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что торцевое уплотнение ротора и рабочего поршня выполнено в виде расточек, суживающихся к периферии и сопряженных с ними, установленных на гофрированных пружинах двух дуговых пластин ротора, дуговой пластины рабочего поршня и двух прямых пластин рабочего поршня трапецеидального сечения, имеющих сопряженные косые срезы, при этом уплотнение радиального зазора рабочего поршня выполнено в виде радиальных уплотнительных пластин, установленных в корпусе двигателя с двух сторон выпускного окна, уплотнение продувочного поршня выполнено лабиринтовым.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2