Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить КПД роторного двигателя внутреннего сгорания и расширить область его применения. Роторный двигатель содержит нагнетательную и расширительную 2 машины, каждая из которых имеет соответственно корпусы 3 и 4 с газораспределительными каналами, которые имеют цилиндрические полости 7 и 22 с цилиндрическими выемками 8 и 20, в которых установлены роторы с шарнирно связанными с ними поршнями-рычагами 11 и 26, кинематически связанными с неподвижными осями 13 и 31. Шарниры 14 и 30, связывающие роторы 8 и 20 с поршнями-рычагами, выполнены в виде ступенчатых втулок с диаметральными отверстиями 15 и 33, сопряженными с поршнями-рычагами. Расширительная машина имеет по меньшей мере одну камеру сгорания 37, выполненную в теле ротора 24 с возможностью периодического сообщения с выходными окном 19 нагнетательного канала 17 и отверстием форсунки 21, расположенными на поверхности выемки корпуса 4 последовательно по ходу вращения ротора, причем выемка 20 корпуса и нагнетательный канал расположены в соответствии с неравенством α<SB POS="POST">1</SB> ≤ α<SB POS="POST">2</SB> *98 Α<SB POS="POST">3</SB>. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Е 02 В 53/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4108589/06 (22) 16.06.86 (46) 23.07.91, Бюл. М 27 (75) А.И,Маханько (53) 621.437 (088.8) (56) Патент США М 4024840, кл. F 02 В 53/00, опублик. 1977. (54) РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к энергетике, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить КПД роторного двигателя внутреннего сгорания и расширить область его применения. Роторный двигатель содержит нагнетательную и расширительную 2 машины, каждая иэ которых имеет соответственно корпусы 3 и 4 с газораспределительными каналами. которые имеют цилиндрические полости 7 и 22 с цилиндрическими выемкай И Ы, 1665052 А1 ми 8 и 20, в которых установлены роторы с шарнирно связанными. с ними поршнямирычагами 11 и 26, кинематически связанными с неподвижными осями 13 и 31.

Шарниры 14 и 30, связывающие роторы 8 и

20 с поршнями-рычагами, выполнены в виде ступенчатых втулок с диаметральными отверстиями 15 и 33, сопряженными с поршнями-рычагами. Расширительная машина имеет по меньшей мере одну камеру сгорания 37, выполненную в теле ротора 24 с возможностью периодического сообщения с выходным окном 19 нагнетательного кана.ла 17 и отверстием форсунки 21, расположенными на поверхности выемки корпуса4 последовательно по ходу вращения ротора, причем выемка 20 корпуса и нагнетательный канал расположены в соответствии с неравенством а| à2 < аэ. 3 э.п. ф-лы, 3 ил.

1665052 переменного объема, а выемка 8 в корпусе

3 выполнена с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их ротора, Шарнир 14 связи ротора 10 и рычагов поршней выполнен в виде втулки с диаметральным отверстием 15, сопряженным с поршнемрычагом.

Выходной канал 16 нагнетательной машины 1 связан с нагнетательным каналом

17 расширительной машиной 2 через регенеративный теплообменник 18 с входным окном нагнетательного канала 19 расширительной машины, расположенного на поверхности выемки 20 корпуса расширительной машины 2, совместно с выходным отверстием форсунки 21 последова40

45 тельно по ходу вращения ротора, причем выемка 20 корпуса и нагнетательный канал расположены в соответствии с неравенством где а1 — угловое расстояние между передней кромкой окна 19 нагнетательного канала 17 и передней кромкой выемки корпуса по ходу вращения ротора; и — угловое расстояние между наиболее удаленными кромками камеры сгорания в сечении, перпендикулярном оси ротора;

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным поршневым машийам, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повыше- 5 ние коэффициента полезного действия роторного двигателя внутреннего сгорания, а также расширение области применения роторных двигателей внутреннего сгорания.

На фиг.1 показана принципиальная схе- 10 ма роторного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 — расширительная машина, поперечный разрез; на фиг.3 — то же, продольный разрез.

Роторный двигатель внутреннего сгора- 15 ния содержит роторные нагнетательную 1 и расширительную 2 машины, каждая из которых имеет соответственно корпус 3 и 4 с газораспределительными каналами. Нагнетательная машина имеет впускной канал 5, 20 который может быть связан с воздушным фильтром 6, цилиндрическую полость 7 с выемкой 8 на ее поверхности, рабочий вал

9, ротор 10 с поршнями-рычагами 11 и 12, кинематически связанными между собой и 25 с неподвижной осью 13, жестко закрепленной в корпусе 3, причем ротор размещен в полости 7 эксцентрично с>возмо>кностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер 30 йз — угловое расстояние между задней кромкой окна 19 нагнетательного канала 17 и задней кромкой выемки корпуса по ходу вращения ротора.

Расширительная машина 2, также как и нагнетательная машина 1, имеет корпус 4 с цилиндрической полостью 22 и выемкой 20 на ее поверхности, рабочий вал 23, установленный на нем, ротор 24 с поршнями-рычагами 25 и 26, шарнирно связанными между собой соответственно шарнирами 27 и 28, с ротором 24 — шарнирами 29 и 30, и неподвижной осью 31, жестко закрепленной в корпусе 4. Ротор 24 размещен в полости 22 эксцентрично с воэможностью вращения соосно выемке 20 корпуса 4 с образованием в полости 22 камер переменного объема.

Выемка 20 выполнена с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу ротора 24. Шарнир 29, как и шарнир 30, выполнен в виде установленной в роторе ступенчатой втулки 32 с диаметральным отверстием 33, сопряженным с поршнем-рычагом 25, причем ее боковые части 34 имеют диаметр, меньший, чем диаметр ее центральной части, в которой выполнено отверстие для поршня-рычага. Ротор 24 выполнен в осевом направлении с большим размером, чем размер рабочей полости, на величину, по меньшей мере равную длине боковых частей 34 шарниров, а на части 35 ротора, расположенной за пределами полости 22, выполнено уплотнение 36, например упругое, лабиринтное или воздушно-масляное.

Расширительная машина имеет камеру 37 сгорания, расположенную в теле ротора 24, выполненную на его поверхности в виде выемки 38, например цилиндрической с тангенциальным каналом 39, с воэможностью периодического сообщения с форсункой 21 .и через газораспределительный нагнетательный канал 17 с нагнетательной машиной 1. Роторный двигатель внутреннего сгорания дополнительно снабжен продувочным каналом 40, связанным с выходным каналом 16 нагнетательной машины 1, а его выходное окно расположено между передней кромкой выемки корпуса и передней кромкой окна 19 нагнетательного канала 17 по ходу вращения ротора. На выходном канале 41 установлена поворотная заслонка

42 с возможностью регулирования подачи отработавших газов к регенеративному теплообменнику 18, расположенному в нагнетательном канале 17.

Избыток отработавших газов направляется по каналу 43 в глушитель 44.

Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

1665052

10

20

30

40

При вращении ротора 10 нагнетательной машины и ротора 24 расширительной машины двигателя осуществляется сжатие атмосферного, ранее впущенного воздуха, который вытесняется через нагнетательный канал 17 в воздушный тракт регенеративного теплообменника 18, где нагревается (как минимум до температуры самовоспламене- ния топлива) за счет регенерации теплоты отработанных газов. При этом оптимальная степень регенерации поддерживается путем перераспределения потока отработанных газов между регенеративным теплообменником 18 и глушителем 44 при помощи поворотной заслонки 42. Воздух по нагнетательному каналу 17 подается в расширительную машину 2, с момента его сообщения заполняет камеру 37 сгорания до момента их разобщения, при этом в камере

37 сгорания, имеющей температуру стенок калильного воспламенения топлива, образуется интенсивный вихрь, В камеру 37 сгорания форсункой 21 подается порция топлива, в вихре происходит интенсивное смещение воздуха и паров топлива с обогащением периферийного слоя и расслоением в поле центробежных сил, что обеспечивает устойчивое воспламенение и интенсивное сгорание топлива, в том числе и в очень

"бедных" смесях при высокой частоте вращения ротора 24, при этом должно соблюдаться условие, чтобы в камере 37 сгорания до момента ее разобщения с каналом нагнетания 17 не произошло повышения давления в результате начального быстрого горения топлива.

Сгорание топлива практически происходит при постоянном объеме, так как угловое расстояние между форсункой 21 и задней кромкой выемки 20 больше углового рассеяния между наиболее удаленными кромками камеры 37 сгорания и ее сообщение с объемом рабочей полости 22 происходит после завершения процессов самовоспламенения топлива, начального быстрого горения и быстрого горения в области основных (рабочих) частот вращения ротора 24. При выходе камеры 37 сгорания из выемки 20 в результате действия давления продуктов сгорания топлива на соответствующий поршень-рычаг осуществляется рабочий ход (вращение) ротора 24 и кинематически связанного с ним ротора 10 нагнетательной машины, Продукты сгорания расширяются и с момента сообщения объема рабочей полости, заключенного между смежными поршнями-рычагами 25 и 26, с выхлопным каналом 41 удаляются через газовый тракт регенеративного теплообменника 18 и глушитель 44.Количество рабочих циклов за один оборот ротора 24 соответствует количеству поршней-рычагов, При этом в связи с особенностью кинематической связи поршень — рычаг — ротор (особенно при оптимальном числе поршней-рычагов, равном трем) в целом двигатель имеет высокий и относительно равномерный крутящий момент.

С целью облегчения запуска двигателя устанавливается свеча накаливания, а сжатый воздух в регенеративном теплообменнике нагревается с помощью горелки 45, Для снижения теплоотдачи камера 37 сгорания выполняется из материала с низкой теплопроводностью, например керамики, и отделяется от ротора воздушными каналами.

Формула изобретения

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий роторные нагнетательную и расширительные машины, каждая из которых имеет корпус с газораспределительными каналами, цилиндрической полостью и выемкой на ее поверхности, рабочий вал, и установленный на валу ротор с рычагами-поршнями, шарнирно связанными между собой ротором и неподвижной осью, закрепленной в корпусе, причем ротор каждой машины размещен в полости корпуса эксцентрично с возможностью вращения соосно выемке корпуса с образованием в полости корпуса рабочих камер переменного объема, а выемки в корпусе обеих машин выполнены с радиусом образующей ее поверхности, равным радиусу их роторов, шарнир связи ротора и рычагов-поршней выполнен в виде установленной в роторе втулки с диаметральным отверстием, сопряженным с поршнем-рычагом, а расширительная машина имеет по меньшей мере одну камеру сгорания, выполненную с возможностью периодического сообщения с форсункой и через нагнетательный газораспределительный канал с нагнетательной машиной, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности смесеобразования и сгорания, камера сгорания расположена в теле ротора и выполнена в виде выемки на его поверхности, а выходные окна нагнетательного канала и отверстие форсунки расположены на поверхности выемки корпуса расширительной машины, последовательно по ходу вращения ротора, причем выемка в корпу е и нагнетательный канал расположены в соответствии со следующим неравенством:

1665052 ц «а <О,з

) где а — угловое расстояние между передней кромкой окна нагнетательного канала и передней кромкой выемки корпуса по ходу ращения ротора; 5 а — угловое расстояние между наиболее удаленными кромками камеры сгорания ф сечении, перпендикулярном оси ротора; аз — угловое расстояние между задней ромкой окна нагнетательного канала и за- 10 ней кромкой выемки корпуса по ходу вращения ротора.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен продувочным каналом,.связанным с выходом нагнетательной машины, его выходное окно расположено между передней кромкой вымки корпуса и передней кромкой окна нанетательного канала по ходу вращения ото ра.

3. Двигатель по п.1, отл ича ю щийс я тем, что, с целью повышения его ресурса и герметичности рабочей полости за счет возможности увеличения толщины поршня-рычага, втулка шарнира выполнена ступенчатой, а ее боковые части имеют диаметр, меньший, чем диаметр ее центральной части, в которой выполнено отверстие для поршня рычага, а ротор выполнен в осевом направлении с большим размером, чем размер рабочей полости на величину, по меньшей мере равную длине боковых частей шарниров, а на части ротора. расположенной за пределами рабочей полости, выполнено уплотнение.

4. Двигатель по и 1, отличающийся тем. что, с целью повышения теплоиспользования, он дополнительно снабжен регенеративным теплообменником, расположенным в нагнетательном канале, а на выхлопном канале установлена поворотная заслонка с возможностью регулирования подачи отработавших газов к регенеративному теплообменнику, 1665052

Составитель А. Мэханько

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор И. Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", с. ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2377 Тираж 349 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5