Четырехтактный роторный двигатель
Устройство относится к области двигателестроения и может быть использовано в автомобилестроении, судостроении, тракторостроении и других областях, где применяются двигатели внутреннего сгорания. Четырехтактный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, впускным и выпускным окнами, и канавкой для перепуска сжатой топливно-воздушной смеси, ротор, выполненный в виде профилированного кулачка, и два подпружиненных толкателя, между которыми и находится перепускной канал со свечей зажигания. Ротор вращается в корпусе двигателя, образуя рабочие объемы поочередно с первым и вторым толкателем, образуя четырехтактный цикл.
Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована в автомобилестроении, судостроении, тракторостроении и других областях, где применяются двигатели внутреннего сгорания.
Известны конструкции бесшатунных и бескривошипных (роторных)) двигателей внутреннего сгорания. Например, двигатель Баландина, двигатель Ванкеля. Двигатель Баландина (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1972) содержит цилиндр, поршень, шток, камеру сгорания, коленчатый вал. В двигателе Баландина преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется при помощи коленчатого вала специальной конструкции.
Наиболее близким по конструкции является Двигатель Ванкеля (Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1990). В данном устройстве установленный на валу ротор жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней - статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трехгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объемы камер в цилиндре с помощью трех клапанов. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого, а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
К недостаткам прототипа относятся сложность конструкции, недостаточная надежность, неудачная форма камеры сгорания, недостаточная чистота выхлопных газов.
Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью роторно-поршневого двигателя Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.
Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объеме у нее относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания - сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.
Высокие требования к исполнению деталей двигателя делают его сложным в производстве - требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объемного вытеснения.
Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности работы, использовании камеры сгорания с геометрической формой, способствующей качественному сгоранию топлива, повышении чистоты выхлопных газов.
Технический результат достигается тем, что четырехтактный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, причем новизна заключается в том, что корпус выполнен в виде цилиндра, а ротор имеет форму профилированного кулачка, причем в корпусе расположены два подпружиненных плоских толкателя, между которыми имеется канавка для перепуска газов, выполненная в корпусе.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображен вид сбоку, и главный вид двигателя с фронтальным разрезом.
Предлагаемая полезная модель содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, и канавкой для перепуска газов 2, в которой устанавливается свеча зажигания, ротор 3, выполненный в форме профилированного кулачка, подпружиненные плоские толкатели 4 и 5, впускное и продувочное окна 6 и 7 с впускным и выпускным клапанами 8 и 9.
В начале цикла при вращении ротор 3 образует с первым подпружиненным толкателем 4 небольшой объем, который, увеличиваясь, всасывает через впускное окно 6 топливно-воздушную смесь, которая заполняет этот объем до максимального. При начале второго оборота толкатель 4 соскакивает по ротору ближе к оси вращения, и за второй оборот топливно-воздушная смесь сжимается. При последующем вращении ротора в работу входит второй толкатель 5. Он прижимается к ротору, а сжатая смесь через перепускную канавку 2 переходит из зоны сжатия в объем, который образуется ротором и вторым толкателем. В малом объеме второго толкателя и, ротора смесь воспламеняется свечей зажигания и, расширяясь, совершает третий, рабочий оборот ротора. При третьем обороте первый толкатель находится в зафиксированном, нерабочем положении. При совершении четвертого оборота отработанные газы выдавливаются ротором через продувочное окно 7. При этом первый толкатель опять входит в работу, и начинает новый цикл. Нахождение толкателей в зафиксированном положении в определенных моментах цикла обеспечивается стопорными механизмами. Привод стопорных механизмов, впускного (8) и выпускного (9) клапанов, обеспечивается соленоидами, или эксцентриковыми механизмами по принципу распределительного вала в поршневом двигателе внутреннего сгорания.
Преимущество такой модели двигателя в том, что при проектировании можно варьировать размеры камеры сгорания, можно получить высокую степень сжатия, легко решается проблема с уплотнениями, балансировкой и смазкой двигателя. Отсутствие каких-либо механизмов, передающих момент с ротора на выходной вал двигателя, повышает надежность и удешевляет изготовление. Форма камеры сгорания позволяет получить равномерное ее заполнение, и, как следствие, качественное прогорание смеси.
Четырехтактный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра, а ротор имеет форму профилированного кулачка, причем в корпусе расположены два подпружиненных плоских толкателя, между которыми имеется канавка для перепуска газов, выполненная в корпусе.
