Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано в отраслях промышленности, выпускающих силовые установки, в том числе для транспортных средств. Двигатель содержит тороидальный ротор, внутри которого выполнена многовитковая спиральная канавка, объем которой является рабочей зоной двигателя, и размещена разделительная звездочка, лопасти которой взаимодействуют со спиральной канавкой. На удаленной от оси тора части ротора выполнен кольцевой вырез, закрытый кожухом по форме выреза. Кожух неподвижен и герметично соединен с ротором с возможностью свободного вращения последнего вокруг оси тора. В кожухе выполнена прорезь под лопасти разделительной звездочки, обеспечивающая свободное вращение разделительной звездочки внутри ротора вокруг своей неподвижной оси. По разные стороны от разделительной звездочки на кожухе выполнены окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов. Ротор снабжен валом отбора мощности. Изобретение позволяет обеспечить повышение технологичности изготовления элементов элементов двигателя, в частности тороидального ротора со спиральными канавками. 4 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами и может быть использовано в отраслях промышленности, выпускающих силовые установки, в том числе для транспортных средств.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий два тороидальных корпуса, образующих круговые камеры, в которых размещены роторы, жестко закрепленные на полуосях, поворотных вокруг центра корпуса. С роторами соединены поршни, скользящие во время вращения роторов вдоль стенок круговых камер, снабженных клапанами, а также окнами всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов (см. патент США N 5009206, НКИ: 123 - 248; МКИ 5: F 02 B 53/00; опубл. 23.04.91).

Недостатками указанного двигателя являются сложность и громоздкость конструкции, высокая материалоемкость, обуславливающая низкую удельную мощность, а также технологическая сложность его изготовления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту N 2096637, зарегистрированному в Государственном реестре изобретений 20.11.1997 года.

Указанный известный двигатель содержит тороидальный ротор с многовитковой спиральной канавкой для прохождения топливной смеси и отработавших газов, разделительную звездочку (радиальное разделительное кольцо, состоящее из секторов), лопасти (сектора) которой взаимодействуют со спиральной канавкой, а ось неподвижна. По разным сторонам от разделительной звездочки размещены окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов. Спиральная канавка выполнена на наружной поверхности (периферии) тороидального ротора, и разделительная звездочка установлена на роторе снаружи и закреплена с возможностью вращения вокруг своей оси на охватывающем ротор тороидальном неподвижном корпусе.

Указанный двигатель является новым словом в двигателестроении, так как его технические характеристики значительно превосходят характеристики известных двигателей внутреннего сгорания. В нем отсутствует система газораспределения, узлы и детали, совершающие возвратно-поступательные движения, он допускает изменение рабочего объема, степени сжатия топливной смеси, степени расширения отработавших газов, имеет высокую удельную мощность.

Однако недостатком указанного двигателя является технологическая сложность его изготовления и, в частности, сложность изготовления спиральных канавок на наружной поверхности тороидального ротора, особенно на наиболее приближенных к оси тора участках, из-за неудобства размещения там рабочего инструмента. Это не позволяет снизить до теоретически возможных габариты двигателя и, следовательно, его удельную мощность.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является обеспечение возможности скорейшего промышленного освоения производства двигателей внутреннего сгорания с указанными преимуществами за счет повышения технологичности изготовления элементов двигателя и, в частности, тороидального ротора со спиральными канавками.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем тороидальный ротор с многовитковой спиральной канавкой для размещения топливной смеси и отработавших газов, разделительную звездочку, лопасти которой взаимодействуют со спиральной канавкой ротора, а ось неподвижна, и расположенные по разные стороны от звездочки окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов, на удаленной от оси тора части ротора выполнены кольцевой вырез и неподвижный кожух по форме выреза, герметично соединенный с ротором с возможностью свободного вращения последнего вокруг оси тора и с разделительной звездочкой с возможностью ее свободного вращения вокруг своей оси, при этом спиральная канавка выполнена внутри тороидального ротора, разделительная звездочка размещена в роторе, а окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов - на кожухе.

Выполнение кольцевого выреза на наружной наиболее удаленной от оси тора части ротора позволяет осуществить нарезку многовитковой спиральной канавки внутри ротора с помощью доступных современному уровню техники технологических приемов, что может ускорить промышленное освоение двигателей внутреннего сгорания, имеющих значительные преимущества перед выпускаемыми серийно в настоящее время. Кроме того, конструктивное решение двигателя позволяет уменьшить радиус тора тороидального ротора до минимума, что обеспечит снижение его габаритов даже по сравнению с двигателем-прототипом, а следовательно, снижение материалоемкости при сохранении всех других технических характеристик.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, на которых схематически изображены: на фиг. 1 - вид роторного двигателя внутреннего сгорания в разрезе; на фиг. 2 - эскиз кожуха взятого отдельно; на фиг. 3 - эскиз ротора, кожуха с вырезом и разделительной звездочки; на фиг. 4 - другая проекция ротора и разделительной звездочки.

Двигатель внутреннего сгорания содержит кожух 1, в котором размещен ротор 2, имеющий тороидальную форму. На удаленной от оси тора части ротора 2 выполнен кольцевой вырез. Внутри ротора 2 выполнена многовитковая спиральная канавка 3 и размещена разделительная звездочка 4, лопасти которой взаимодействуют со спиральной канавкой 3. Количество витков спиральной канавки 3 равно количеству лопастей разделительной звездочки 4. Кольцевой вырез ротора 2 закрыт кожухом 1, повторяющим форму выреза. Кожух 1 неподвижен и соединен с ротором 2 герметично с возможностью свободного вращения ротора 2 вокруг оси тора.

В кожухе 1 выполнена прорезь 5 (см. фиг. 2) для размещения лопастей разделительной звездочки 4, которые свободно скользят в прорези 5 при вращении разделительной звездочки 4 вокруг своей неподвижной оси. Стыковочные щели разделительной звездочки 4 и прорези 5 перекрыты для герметизации внутренней полости ротора 2.

По разные стороны разделительной звездочки 4 в кожухе 1 выполнены окна 7 и 8 соответственно для всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов.

Разделительная звездочка 4 делит спиральную канавку 3 на витки, ограниченные смежными лопастями звездочки 4. Объемы витков различны: наибольший - у витка, наиболее удаленного от оси тора, и наименьший у витка, приближенного к его оси.

За один оборот ротора 2 разделительная звездочка 4 делает 1/N часть оборота, где N - число лопастей у звездочки 4. И после каждого оборота ротора 2 объем витка между одними и теми же смежными лопастями звездочки 4 изменяется: увеличивается, если лопасти переместились от оси тора, или уменьшается, если лопасти переместились к оси тора.

В зоне кожуха 1 в направлении к оси тора расположена свеча 9 зажигания топливной смеси.

Отбор мощности производится с вала отбора мощности 6, являющегося частью ротора 2.

Двигатель работает следующим образом.

После запуска двигателя (система запуска на фигурах не показана) ротор 2 начинает поворачиваться вокруг оси тора, а разделительная звездочка 4 начинает вращаться вокруг своей оси вследствие скольжения лопастей разделительной звездочки 4 по спиральной канавке 3 ротора 2.

Через окно 7 топливная смесь поступает в расположенный напротив этого окна виток канавки 3, объем которого увеличивается на протяжении всего цикла всасывания до тех пор, пока место под впускным окном 7 не займет следующий виток канавки 3, который ограничивается следующей лопастью разделительной звездочки 4. При этом заполненный топливной смесью виток канавки 3 будет ограничен с двух сторон смежными лопастями разделительной звездочки 4: лопастью, которая находилась в зоне окна 7 впрыскивания в начальный момент и следующей, которая оказалась в зоне этого окна в конце цикла впуска, так как за это время ротор повернулся на один оборот, а разделительная звездочка на 1/N часть оборота, то есть на одну лопасть в сторону оси тора. Объем этого витка будет максимальным, так как он наиболее удален от оси тора.

В процессе дальнейшего вращения ротора эти лопасти разделительной звездочки 4 приближаются к оси тора, объем ограничиваемого ими витка уменьшается, и находящаяся в нем топливная смесь сжимается.

Сжатая смесь взрывается при помощи свечи 9 зажигания и начинает расширяться, совершая работу. Расширение отработавших газов происходит в результате увеличения объема витка канавки 3 при дальнейшем движении лопастей от оси тора. Этот процесс происходит до тех пор, пока виток с отработавшими газами не окажется под окном 8 кожуха, через которое отработавшие газы будут выброшены наружу.

Изменение рабочего объема двигателя, степени сжатия топливной смеси и степени расширения отработавших газов может быть произведено путем регулирования положения окон 7 и 8 на кожухе 1 ротора 2.

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий тороидальный ротор с многовитковой спиральной канавкой для прохождения топливной смеси и отработавших газов, разделительную звездочку, лопасти которой взаимодействуют со спиральной канавкой ротора, а ось неподвижна, и расположенные по разные стороны разделительной звездочки окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что ротор снабжен выполненным на удаленной от оси тора части кольцевым вырезом и неподвижным кожухом по форме выреза, герметично соединенным с ротором с возможностью его свободного вращения вокруг оси тора и с разделительной звездочкой с возможностью ее вращения вокруг своей оси, при этом спиральная канавка выполнена внутри тороидального ротора, разделительная звездочка размещена в роторе, а окна всасывания топливной смеси и выпуска отработавших газов - на кожухе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4