Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами, и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве гидродвигателя, двигателя внутреннего сгорания на сухопутном, морском и воздушном транспорте. Техническим результатом является повышение экономичности и удельных массо-габаритных показателей двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит рабочую и компрессорную секции, роторы, окна впуска и выпуска. Согласно изобретению центры вращения роторов смещены относительно центров рабочих поверхностей корпуса, роторы обеих секций расположены в одной плоскости вращения, рабочая и компрессорная секции связаны между собой камерой смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению, а в рабочей секции на тороидальной поверхности ротора в каждой рабочей камере, образованной тороидальной поверхностью корпуса и поверхностями соседних ползунов с поршнями, выполнена камера сгорания. 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами, и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве гидродвигателя, двигателя внутреннего сгорания на сухопутном, морском и воздушном транспорте.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочую и компрессорную секцию, роторы, окна впуска и выпуска, причем центры вращения ротора смещены относительно центров рабочей поверхности корпусов (см. а.с. №436166, М. кл. F 02 B 53/08).

Известный роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из двух рабочих секций, связанных с компрессорной рабочей камерой эпитрохоидного профиля. Роторы этих секций расположены на одном валу с эксцентриками для ротора каждой секции. Рабочие поверхности корпусов всех секций имеют эпитрохоидный профиль, а роторы выполнены трехгранными, которые совершают планетарное движение, т.е. одновременно вращаются как относительно своего центра, так и относительно центра корпуса. Стабилизация движения ротора осуществляется с помощью пары шестерен: малой неподвижной с наружными зубьями, закрепленной к боковой стенке корпуса, и большой с внутренними зубьями, выполненной заодно с ротором. При вращении вала ротор, совершая планетарное вращение, своими вершинами описывает контур рабочей поверхности корпуса в виде двух эпитрохоид, состыкованных между собой на концах малой оси. Таким образом, описанный профиль двух эпитрохоид имеет двоякую кривизну выпукло-вогнутую. Все три секции представляют собой конструкцию роторно-поршневого двигателя Ф. Ванкеля.

В известной конструкции двигателя осуществляется раздельная подача сжатого воздуха компрессорной секции и подача топлива форсункой. Такое разделение подач двух компонентов горючей смеси не позволяет осуществлять качественное смесеобразование. Во-первых, потому что волновые явления поступившего сжатого воздуха в максимальный объем рабочей секции, а затем сжатие этого объема существенно тормозят волновые явления, успокаивая их. Во-вторых, впрыск топлива форсункой осуществляется в рабочее пространство, имеющее приплюснутую геометрическую форму, приплюснутый объем сжатого воздуха, в свою очередь, существенно ухудшает перемешивание впрыснутого топлива с воздухом. В таком приплюснутом объеме весьма сложно организовать турбулизацию заряда для качественного перемешивания топлива с воздухом. Все это приводит к неполноте сгорания и растянутому по такту расширения сгоранию, приводящему к большой теплоотдаче через стенки корпуса системы охлаждения. Это приводит к большому расходу топлива и к уменьшению мощности двигателя, к ухудшению удельных весогабаритных показателей.

Создание роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания с высокой топливной экономичностью и удельными весогабаритными показателями за счет качественного смесеобразования является задачей, на решение которой направлено данное изобретение.

Сущность изобретения заключается в том, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочую и компрессорную секции, роторы, окна впуска и выпуска, причем центры вращения ротора смещены относительно центров рабочей поверхности корпуса, роторы обеих секций расположены в одной плоскости вращения, рабочая и компрессорная секции связаны между собой камерой смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению, а в рабочей секции на тороидальной поверхности ротора в каждой рабочей камере, образованной тороидальной поверхностью корпуса и поверхностями соседних ползунов с поршнями, выполнена камера сгорания. В результате того что рабочая и компрессорная секции связаны между собой камерой смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению, происходит впрыск топлива форсункой в камеру сгорания с одновременной продувкой сжатым воздухом через диффузор камеры смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению компрессором в виде гомогенной самовоспламеняющейся горючей смеси. Расположение роторов рабочей компрессорной секции в одной плоскости обеспечивает уравновешенность двигателя в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен продольный разрез роторно-поршневого двигателя;

на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;

на фиг.4 - вид I на фиг.1.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 окнами, в котором расположены рабочая 4 и компрессорная 5 секции, каждая из которых имеет тороидальную рабочую поверхность 6. Рабочая 4 и компрессорная 5 секции имеют роторы 7 и 8, соответственно расположенные на валах 9 и 10, причем центры вращения роторов 7 и 8 смещены относительно центров рабочих поверхностей 6 корпуса 1 и расположены в одной плоскости вращения. В пазах обеих роторов 7 и 8 установлены ползуны 11, шарнирно связанные с поршнями 12. Рабочая 4 и компрессорная 5 секции связаны между собой камерой 13 смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению, имеющей диффузор 14 и форсунку 15. В рабочей 4 секции на тороидальной поверхности 16 ротора 7 в каждой рабочей камере 17, образованной тороидальной поверхностью 6 корпуса 1 и поверхностями соседних ползунов 11 с поршнями 12 выполнена камера сгорания 18.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При синхронном вращении обеих валов 9 и 10 роторов 7 и 8 компрессорной 5 и рабочей 4 секций, благодаря смещению центров вращения роторов 7 и 8 относительно центров тороидальных рабочих поверхностей 6 корпуса 1, происходит изменение рабочих объемов рабочих камер 17, образованных тороидальной поверхностью 6 корпуса 1 и поверхностями соседних ползунов 11 с поршнями 12, то есть изменение рабочего объема от минимального до максимального, и наоборот.

При вращении ротора 8 компрессорной секции 5 в результате увеличения объема в рабочей камере 17 снижается давление, в результате перепадов давления атмосферного и давления в рабочей камере 17 происходит поступление воздуха в рабочую камеру 17 через впускное 2 окно. При дальнейшем вращении ротора 8 рабочий объем в рабочей камере 17 уменьшается до минимального, максимального сжатия воздуха. В момент сообщения рабочей камеры 17 компрессорной 5 секции с камерой 13 смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению одновременно происходит впрыск топлива и продувка через диффузор 14 камеры 13 смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению сжатым воздухом. Происходит качественное перемешивание топлива с воздухом, быстрый прогрев топлива, испарение и образование гомогенной горючей смеси, способной к горению с высокой скоростью, поступающей в камеру сгорания 18 рабочей камеры 17 рабочей секции 4. При дальнейшем вращении ротора 7 рабочей 4 секции происходит увеличение рабочего объема и завершается процесс сгорания гомогенной горючей смеси. Образующиеся после сгорания газы давят на выступающие поверхности ползунов 11, поршней 12 и создают крутящий момент на валу 9 ротора 7 рабочей 4 секции. При дальнейшем вращении ротора 7 отработавшие газы при уменьшении рабочего объема рабочей камеры 17 выталкиваются через выпускное 3 окно наружу в атмосферу. Таким образом, за один оборот вала 9 ротора 7 рабочей 4 секции осуществляется рабочий цикл рабочей 4 секции. Рабочий цикл, осуществляемый в рабочей 4 секции, состоит из двух тактов: рабочий ход (расширение-сгорание) и выпуск, а такты впуск и сжатие осуществляются в компрессорной 5 секции за один оборот ротора 8. Каждый такт в обеих секциях 4 и 5 осуществляется за 180° поворота каждого ротора 7 и 8. Данный роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по совершению рабочего цикла за один оборот роторов 7 и 8 является двухтактным, а по наличию четырех тактов является двигателем с четырехтактным газообменом.

Сообщение двух секций компрессорной и рабочей посредством камеры смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению, а также выполнение на тороидальной поверхности ротора в каждой рабочей камере, образованной тороидальной поверхностью корпуса и поверхностями соседних ползунов с поршнями камеры сгорания, позволяет существенно повысить экономичность рабочего цикла роторно-поршневого двигателя, увеличить мощность, улучшить удельные весогабаритные показатели двигателя. Расположение роторов обеих секций в одной плоскости вращения позволяет полностью уравновесить двигатель, что способствует повышению надежности и долговечности, а значит моторесурса двигателя.

Формула изобретения

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочую и компрессорную секции, роторы, окна впуска и выпуска, причем центры вращения роторов смещены относительно центров рабочих поверхностей корпуса, отличающийся тем, что роторы обеих секций расположены в одной плоскости вращения, рабочая и компрессорная секции связаны между собой камерой смесеобразования и подготовки топлива к самовоспламенению, а в рабочей секции на тороидальной поверхности ротора в каждой рабочей камере, образованной тороидальной поверхностью корпуса и поверхностями соседних ползунов с поршнями, выполнена камера сгорания.

РИСУНКИ