Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: моторостроение, в частности автомобилестроение. Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с эпитрохоидальной поверхностью, в котором размещается двухгранный ротор, совершающий планетарное движение, а в корпусе выполнена стационарная камера сгорания и имеются близко расположенные друг к другу впускное и продувочно-заполнительное окна. Двигатель работает в комплекте с турбокомпрессором по двухтактному циклу с воспламенением от сжатия. Корпус двигателя выполнен с эпитрохоидальной поверхностью, близкой к кольцевой, и размещение в нем двухгранного ротора при передаточном отношении синхронизирующих шестерен ротора и корпуса, равным 2:1, позволяет повысить экономичность двигателя и увеличить долговечность турбокомпрессора. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено главным образом для использования в автомобилестроении.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий овальный корпус с эпитрохоидальной поверхностью, в котором размещается трехгранный ротор, совершающий планетарное движение, см. книгу Н.С.Ханин и др. Автомобильные роторные поршневые двигатели. Москва, 1964 г. фиг. 30 и фиг. 31. В корпусе этого двигателя установлена свеча зажигания и имеются впускное и выпускное окна, близко расположенные друг к другу, а камеры сгорания выполнены на гранях ротора.

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки. Так как впускное и выпускное окна сообщаются в момент завершения выпуска отработанных газов и начала впуска свежей смеси, это следует из пояснения на упомянутой выше фиг. 31 из позиций 1 и 12, то в результате этого часть отработанных газов с более высоким давлением заходит во впускную систему, а потом часть свежей смеси попадает в выпускную систему, из-за чего ухудшается качество заряда рабочих камер и происходит потери топлива. А из-за того, что в нем камеры сгорания некомпактные и подвижные, в них плохо сгорает топливо. И все это приводит к снижению экономичности двигателя.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий овальный корпус с эпитрохоидальной поверхностью, внутри которого размещается трехгранный ротор, на гранях которого выполнены камеры сгорания. В корпусе этого двигателя имеются впускное и продувочное заполнительное окна, расположенные близко друг к другу, и вмонтированы рядом две форсунки для впрыска топлива, а отработанные газы поступают на турбокомпрессор, который применяется в комплекте с двигателем для подачи воздуха на продувку и заполнение рабочих камер с наддувом, см. Реферативный журнал. Двигатели внутреннего сгорания, N 8, Москва, 1988 г. стр. 51, статья: Усовершенствование роторных ДВС фирмы Mazda (Япония).

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки. В нем трудно организовать горение топлива из-за движения камер сгорания, которые к тому же невозможно выполнить компактными, потому что в нем теоретическая степень сжатия невысокая, равна всего 15,5, а это приводит к ухудшению сгорания топлива и снижению экономичности. А при выполнении непрямоточной продувки рабочих камер в них будет некачественным заряд и вследствие этого экономичность тоже снижается. И к тому же при выполнении продувки рабочих камер работа двигателя по четырехтактному циклу является не целесообразной, а поступление горячих отработанных газов в турбокомпрессор приводит к быстрому разрушению турбины последнего, а следовательно, и к уменьшению его долговечности. В двигателе экономичность снижается также из-за неполного расширения горячих газов вследствие выполнения в нем равными степени сжатия и степени расширения.

Задачей настоящего изобретения является создание роторного двигателя с планетарным движением ротора при равном количестве рабочих тактов на один оборот эксцентрикового вала в сравнении с известным, выполнение в двигателе стационарной компактной камеры сгорания в корпусе и улучшение продувки рабочих камер для получения в них более высокого качества заряда с наддувом, улучшения сгорания топлива, выполнение в двигателе более высокой степени расширения по сравнению со степенью сжатия и достижение в результате этого более высокой экономичности при осуществлении работы двигателя с большей целесообразностью при продувке рабочих камер по двухтактному циклу с воспламенением топлива от сжатия, а также выполнение разбавления горячих отработанных газов продувочным воздухом для их охлаждения перед поступлением на турбину турбокомпрессора с целью увеличения срока службы турбины и повышения долговечности турбокомпрессора.

Задача решается тем, что для создания двигателя реализована схема выполнения корпуса с эпитрохоидальной поверхностью, близкой к кольцевой, при размещении в нем двухгранного ротора с передаточным отношением синхронизирующих шестерен ротора и корпуса, равным 2:1, в которой теоретически достигается очень высокая степень сжатия, равная 140 (см. первую схему ряда - 1 на фиг. 27, указанной выше книги С.Б.Ханин и др.), что позволяет выполнить в корпусе компактную стационарную камеру сгорания и расположить относительно нее выпускное и продувочно-заполнительные окна с противоположной стороны от поперечной оси и со смещением в другую сторону от вертикальной оси. Двигатель целесообразно выполнять как и известный из двух и более секций, так как это облегчает уравновешивание роторов и делает более предпочтительным его выполнение в комплекте с турбокомпрессором, так как в этом случае проще добавлять секции двигателя, чем каждую секцию комплектовать продувочным агрегатом с поршневым или роторным компрессором.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе В-В, выполненном на фиг. 2, на которой он показан в продольном разрезе А-А, выполненном на фиг. 1.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с эпитрохоидальной поверхностью, близкой к кольцевой, в котором размещается двухгранный ротор 2, сидящий свободно на эксцентрике 3 эксцентрикового вала 4. Корпус 1 закрыт торцевыми крышками 5 и 6, причем первая из них выполнена заодно с синхронизирующей шестерней корпуса 7, с которой входит в зацепление синхронизирующая шестерня ротора 8, закрепленная жестко на роторе 2. Диаметр делительной окружности Ф₂ шестерни ротора 8 в два раза больше диаметра делительной окружности Ф₁ шестерни корпуса 7 и с помощью этих шестерен осуществляется синхронизация движения ротора 2 и вращения эксцентрикового вала 4. Ротор 2 уплотняется с помощью торцевых пластин 9 и радиальных пластин 10, соединенных с помощью цилиндрических сухариков 11. Торцевые 9 и радиальные 10 уплотнительные пластины к сопрягающимся поверхностям прижимаются с помощью гофрированных пружин 12. На торцах ротора 2 установлены еще маслосъемные кольца 13, прижимаемые к торцевым крышкам 5 и 6 тоже гофрированными пружинами 12.

Эксцентриковый вал 4 опирается на подшипники скольжения 14 крышек корпуса 5 и 6, а в ротор 2 вмонтирован подшипник скольжения 15, которым он опирается на эксцентрик 3 эксцентрикового вала 4, на одном конце которого выполнены шлицы 16 для съема мощности, а на другом имеется шпонка 17 для установки привода вспомогательных агрегатов. Между корпусом 1 и его торцевыми крышками 5 и 6 установлены уплотнительные прокладки 18. В корпусе 1 выполнена компактная камера сгорания 19, в которую вмонтирована форсунка 20, форсунок может быть, как в известном, две, и еще в нем имеются выпускное окно 21 и расположенное близко к нему продувочно-заполнительное окно 22. Выпуск отработанных газов в смеси с охлаждающим их воздухом показан стрелкой с крестиком 23, а поступление воздуха в рабочие камеры К-1 и К-2 показан стрелкой с ноликом 24.

Двигатель работает по двухтактному циклу. Из фиг. 1 следует: в данный момент прохождения ротора из рабочей камеры К-1 практически весь сжатый воздух вынесен в камеру сгорания 19, в которую форсункой 20 впрыскивается топливо, а рабочая камера К-2 в это время имеет наибольший объем и поэтому уже прекратилось добавление в нее воздуха 24 для разбавления горячих отработанных газов и в ней образовалась их смесь 23, а после этого начинается ее предварительная продувка также воздухом 24 при уменьшении объема рабочей камеры К-2.

Вращение эксцентрикового вала 4 и ротора 2 происходит в одинаковых направлениях, которые на фиг. 1 отражены стрелками С₁ и С₂. И как видно из фиг. 1, при выходе из показанного там положения ротора 2 в рабочей камере К-1 будет происходить расширение горячих газов не до конечного увеличения ее объема, а до тех пор, пока продольная ось ротора займет промежуточное положение, при котором нижняя радиальная пластина ротора начнет переходить через выпускное окно 21 и из рабочей камеры К-1 будет выпущена часть возможных избыточных отработанных газов, а затем, когда нижняя радиальная пластина 10 пройдет через выпускное окно 21, а верхняя будет проходить через камеру сгорания 19, то от турбокомпрессора воздух 24 будет поступать в продувочно-заполнительное окно 22 для окончательной прямоточной продувки рабочей камеры К-2 и продувки камеры сгорания 19, а из последней он поступит в рабочую камеру К-1, в которой он заполняет возрастающий объем и охлаждает горячие отработанные газы, разбавляя их и образуя с ними смесь 23.

Так как продувочный воздух 24 проходит через рабочую камеру К-2 с повышенным давлением, то она будет заполнена свежим зарядом воздуха 24 с наддувом, а потом, когда его радиальные уплотнительные пластины 10 перейдут через камеру сгорания 19 и продувочно-заполнительное окно 22, в рабочей камере К-2 начнется сжатие оставшегося в ней воздуха, которое закончится тогда, когда эта камера займет положение, показанное на фиг. 1 для рабочей камеры К-1, а после этого все описанные выше процессы в рабочих камерах повторятся, но только с изменением порядка последних.

В корпусе двигателя 1 впускное 21, продувочно-заполнительное окно 22 и камера сгорания 19 выполнены так, что в рабочих камерах достигается большая степень расширения по сравнению со степенью сжатия, причем при повороте эксцентрика 3 на угол 240^o ротор 2 повернется на угол 120^o, меньший в два раза. Из этого следует, что ротор 2 будет вращаться в два раза медленнее эксцентрикового вала 4, что обеспечивается с помощью синхронизирующих шестерен ротора 8 и корпуса 7 с передаточным отношением 2:1. А ввиду того, что теоретически предложенная схема двигателя обеспечивает высокую степень сжатия до 140, а для двигателя внутреннего сгорания она требуется в пределах 6-18, то это позволяет выполнить компактную камеру сгорания 19 и не занимать полностью объем рабочих камер свежим зарядом при их продувке, обеспечить большую степень расширения по сравнению со степенью сжатия и к тому же облегчает принцип реализации двигателя принятой схемы с выполнением стационарной камеры сгорания, а это позволяет осуществить очень качественную продувку рабочих камер и продувку камеры сгорания при окончательной прямоточной продувке и обеспечить заполнение с наддувом рабочих камер, что приводит к повышению экономичности. В двигателе при повороте на один оборот эксцентрикового вала совершается один рабочий такт, т.е. как в двигателе Ванкеля.

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. В корпусе двигателя выполнена стационарная компактная камера сгорания, что улучшает сгорание топлива и приводит к повышению экономичности. И в нем осуществлено разбавление воздухом горючих отработанных газов для их охлаждения перед поступлением на турбину, что приводит к увеличению срока службы последней и повышению долговечности турбокомпрессора, а также способствует уменьшению токсичности выходящих из двигателя газов, и в нем обеспечена двухразовая продувка рабочих камер при заполнении их с наддувом, причем окончательная продувка выполнена прямоточной с продувкой камеры сгорания, что улучшает качество заряда и способствует повышению экономичности двигателя.

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидальной поверхностью, в котором вмонтирована форсунка для впрыска топлива и имеются близко расположенные друг к другу выпускное и продувочно-заполнительные окна, в корпусе размещается ротор, совершающий планетарное движение, отличающийся тем, что корпус двигателя выполнен с эпитрохоидальной поверхностью, близкой к кольцевой, в нем размещен двухгранный ротор с синхронизирующей шестерней ротора, входящей в зацепление с синхронизирующей шестерней корпуса, диаметр делительной окружности которой меньше в два раза по сравнению с шестерней ротора, в корпусе выполнена стационарная компактная камера сгорания, относительно которой выпускное и продувочно-заполнительные окна расположены с противоположной стороны от поперечной оси двигателя и смещены в разные стороны от его вертикальной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2