Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания с разделенным циклом. Техническим результатом является повышение термического к.п.д. двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит компрессорную и расширительную секции, включающие статор, внешний и внутренний эксцентричные роторы, синхронизированные по оборотам, разделительные пластины, шарнирно опертые на внешнем роторе и свободно посаженные в пазах шарниров внутреннего ротора с возможностью образования рабочих камер, торцевые стенки внешнего ротора с окнами газораспределения и вал. Согласно изобретению секции последовательно установлены на общем валу с образованием единого блока с общим статором и общим внешним ротором. Разделительные пластины второй машины запаздывают от разделительных пластин первой машины по углу поворота вала на 22-24^o, а на внешнем роторе между двумя внутренними роторами установлен промежуточный газораспределительный диск с окнами продувки и каналами нагнетания сжатого воздуха. 2 ил.

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания, которые могут быть использованы на транспорте, на сельхозмашинах, в энергомашиностроении.

Известен принцип работы двигателя внутреннего сгорания поршневого типа, заключающийся в том, что в камеру сгорания цилиндра низкого давления после воспламенения в нем топливовоздушной смеси через специальный канал вводится дополнительный заряд чистого воздуха, сжатого в цилиндре высокого давления и тем самым обеспечивается дожигание остатков топлива в обедненной смеси (Кушуль В. М. Новый тип двигателя внутреннего сгорания. Л.: Судостроение. 1965 г., с. 6).

Такой принцип преобразования тепловой энергии в механическую позволяет получить на 20...30% более высокий термический к.п.д. Однако поршневые двигатели, работающие на таком принципе, не нашли широкого распространения из-за сложной кинематической схемы, уменьшающей надежность и утяжеляющей конструкцию.

Известен роторный двигатель, который может быть использован в качестве аналога, совпадающего по конструктивным признакам (Патент RU 2099556, F 02 В 53/00, 01.11.94) с заявляемым двигателем, содержащий статор с цилиндрической расточкой, торцевыми стенками и каналами подвода и отвода рабочей смеси, эксцентрично установленный ротор, в радиальных пазах которого размещены пластины с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Однако в этой конструкции двигателя невозможно осуществить вышеуказанный принцип работы и достичь высокого термического к.п.д.

Наиболее близким аналогом заявляемого двигателя по совокупности существенных признаков является роторная пластинчатая машина (Патент RU 2105884, F 01 C 1/32, 14.08.96), выбранная в качестве прототипа. Известная роторная пластинчатая машина содержит статор, внешний и внутренний эксцентричные роторы, синхронизированные по оборотам, разделительные пластины, шарнирно опертые на внешнем роторе и свободно посаженные в пазах шарниров внутреннего ротора с возможностью образования рабочих камер, торцевые стенки внешнего ротора с окнами газораспределения и вал. Конструкция ближайшего аналога также не позволяет осуществить рабочий процесс с последовательным воспламенением богатой смеси и дожиганием продуктов газификации в дополнительной порции сжатого воздуха.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокого термического к.п.д.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании основных конструктивных признаков известного технического решения, состоящего из роторной машины, содержащей статор, внешний и внутренний эксцентричные роторы, синхронизированные по оборотам, разделительные пластины, шарнирно опертые на внешнем роторе и свободно посаженные в пазах шарниров внутреннего ротора с возможностью образования рабочих камер, торцевые стенки внешнего ротора с окнами газораспределения и вал, в соответствии с изобретением оно снабжено второй роторной пластинчатой машиной, последовательно установленными на общем валу с образованием единого блока с общим статором и общим внешним ротором, при этом разделительные пластины второй машины запаздывают от разделительных пластин первой машины по углу поворота вала на 22-24^o и промежуточным газораспределительным диском с окнами продувки и каналами нагнетания сжатого воздуха, установленным на внешнем роторе между двух внутренних роторов.

Выбранный режим запаздывания разделительных пластин второй машины от разделительных пластин первой машины на 22-24^o поворота вала определяется продолжительностью процесса сгорания с момента воспламенения и устанавливается в зависимости от принятого значения конструктивной степени сжатия в первой машине.

За счет отличительных признаков обеспечивается простое осуществление принципа работы двигателя с последовательным участием в сгорании сначала богатой смеси и затем разбавленной чистым воздухом, и достигается высокий термический к.п.д.

Сущность предложенного изобретения подтверждается схемами.

На фиг. 1 и 2 изображена схема заявляемого роторного двигателя, фиг.1 - поперечный разрез, фиг.2 - продольный разрез. Первая роторная машина изображена пунктиром под газораспределительным диском, вторая роторная машина изображена сплошной линией (фиг.1, сечение В-В).

Предложенный роторный двигатель содержит статор 1, внешний ротор 2, газораспределительный диск 3, канал для нагнетания сжатого воздуха 4, продувочное окно 5, внутренний ротор первой машины 6, внутренний ротор второй машины 7, разделительные пластины второй машины 8, разделительные пластины первой машины 9, вал двигателя 10.

Предложенный двигатель работает следующим образом. Вентилятор, установленный на валу 10 двигателя, создает динамический напор воздуха, используемый для продувки и наполнения рабочих камер. По мере вращения вала 7 происходит сжатие воздуха в камерах машин. При этом, как только продувочные окна машин перекроются, происходит впрыск топлива в камеру первой машины. Далее продолжается сжатие топливовоздушной смеси в рабочей камере машины первой и чистого воздуха в камере второй машины. Давление в конце сжатия первой машины достигает уровня, достаточного для сжигания легкого топлива без детонации. Смесь воспламеняется электроискрой и давление в камере сгорания первой машины резко возрастает. Через 22-24^o поворота вала 7 в камере первой машины давление незначительно снизится, а в камере второй машины достигнет максимума, превышающего давление в камере машины первой, при этом сжатый воздух начнет вытесняться в камеры машины первой через канал 4, произойдет дожигание продуктов газификации. Продолжая расширяться, газы совершают работу и за 45-50^o до н.м.т. открываются выпускные окна, происходит выпуск отработавших газов, продувка, наполнение свежим зарядом. Процесс повторяется. За один оборот вала 7 совершается столько рабочих ходов, сколько разделительных пластин имеет одна из машин.

Заявляемый роторный двигатель решает поставленную задачу перед изобретением. Заявляемое техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время в РФ и за рубежом не известно и отвечает требованиям критерию "новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, позволяет решить проблему дожигания продуктов газификации топлива в роторном двигателе, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных средств, технологий, материалов комплектующих и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Заявляемый роторный двигатель может работать и на дизельном топливе с принудительным воспламенением смеси, при этом суммарная степень сжатия может достигать 14-16, что соответствует степени сжатия поршневых дизельных двигателей.

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, включающий роторную пластинчатую машину, содержащую статор, внешний и внутренний эксцентричные роторы, синхронизированные по оборотам, разделительные пластины, шарнирно опертые на внешнем роторе и свободно посаженные в пазах шарниров внутреннего ротора с возможностью образования рабочих камер, торцевые стенки внешнего ротора с окнами газораспределения и вал, отличающийся тем, что он снабжен второй роторной пластинчатой машиной, последовательно установленной на общем валу с образованием единого блока с общим статором и общим внешним ротором, причем разделительные пластины второй машины запаздывают от разделительных пластин первой машины по углу поворота вала на 22-24^o, и промежуточным газораспределительным диском с окнами продувки и каналами нагнетания сжатого воздуха, установленным на внешнем роторе между двумя внутренними роторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2