Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания. Цель достигается тем, что двигатель также снабжен установленной на общем валу между компрессорной и расширительной машинами машиной сжатия и расширения с расположенными с одной ее стороны впускными и выпускными каналами, а с другой - нагнетательными и расширительными каналами, в каждом из которых установлены соответствующие клапаны с приводами от кулачковых шайб, выполненные в виде плунжеров с компрессионными кольцами. Средства газообмена компрессорной и расширительной машин выполнены в виде дисковых золотников с приводом от общего вала, а камеры сгорания размещены в корпусе вне рабочих объемов машин. Выпускной канал компрессорной машины связан с впускным каналом машины сжатия - расширения, впускной канал расширительной машины - с выпускным каналом машин сжатия - расширения, ее нагнетательный канал через камеру сгорания с ее же расширительным каналом, впускной канал компрессорной машины с каналом впуска корпуса, а выпускной канал расширительной машины - с каналом выпуска корпуса. 15 ил.

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания и может найти применение в любой отрасли народного хозяйства.

В известных роторных двигателях внутреннего сгорания не реализуется полностью располагаемая степень расширения газов, поэтому такие двигатели менее экономичны. Кроме того, в таких двигателях невозможно осуществить сжигание в качестве топлива бензина при высоких значениях давления сжатого воздуха из-за возникновения при этом детонационного горения.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндрический корпус с каналами впуска и выпуска, камерами сгорания, компрессорной и расширительной машинами с впускными и выпускными каналами и установленными в них средствами газообмена и приводом, и имеющими общий вал, размещенные на нем роторы с гильзами на подшипниках и разделители с упругими уплотнениями, установленные в корпусе с возможностью радиального перемещения по цилиндрическим направляющим корпуса и постоянного контакта с соответствующей гильзой ротора.

Известный двигатель имеет низкую степень расширения рабочих газов и соответственно низкую эффективность и экономичность.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Это достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания дополнительно снабжен установленной на общем валу между компрессорной и расширительной машинами машиной сжатия и расширения с расположенными с одной ее стороны впускными и выпускными каналами, а с другой стороны - нагнетательными и расширительными каналами, в каждом из которых установлены соответствующие клапаны с приводами от кулачковых шайб, выполненные в виде плунжеров с компрессионными кольцами. Средства газообмена компрессорной и расширительной машин выполнены в виде дисковых золотников с приводом от общего вала, а камеры сгорания размещены в корпусе вне рабочих объемов машин, причем выпускной канал компрессорной машины связан с впускным каналом машины сжатия - расширения, впускной канал расширительной машины - с выпускным каналом машин сжатия - расширения, ее нагнетательный канал через камеру сгорания - с ее же расширительным каналом, впускной канал компрессорной машины - с каналом впуска корпуса, а выпускной канал расширительной машины - с каналом выпуска корпуса.

Выполнение на входе роторной машины сжатия воздуха и расширения газов роторного компрессора низкого давления обеспечивает меньшие утечки воздуха при сжатии как в компрессоре низкого давления, так и в камерах рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов из-за уменьшения перепада давления между сжатым и поступающим воздухом.

На фиг. 1 дан предлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - разрезы Б-Б (на фиг. 3 разрез выполнен за поворот ротора на 360^о от первоначального положения отсчета, на фиг. 4 - на 180^о; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7-9 - разрезы Д-Д на фиг. 1 (на фиг. 7 и 8 разрезы выполнены за повороты ротора на 180^о; по отношению первоначальному положению отсчета; РГ - расширение газов); на фиг. 10 - разрез Е-Е на фиг. 1; на фиг. 11 - разрез Ж-Ж на фиг. 1; на фиг. 12 - разрез И-И на фиг. 1; на фиг. 13 - разрез К-К на фиг. 1; на фиг. 14 - разрез Л-Л на фиг. 9; на фиг. 15 - разрез Л-Л с вариантом выполнения ролика на подшипниках качения, расположением ролика между гильзой ротора и возвратно-поступательно движущимися перегородками.

Предлагаемый двигатель содержит роторный компрессор 1 низкого давления, ротор 2, гильзу 3, установленную на подшипниках 4 и 5 эксцентрично относительно оси вращения ротора, корпус 6 компрессора.

За роторным компрессором низкого давления расположена машина 7 сжатия воздуха от компрессора низкого давления и расширения газов, содержащая ротор 8 и гильзу 9, установленную на подшипниках 10 и 11 эксцентрично относительно оси вращения ротора 8. Корпус машины сжатия воздуха и расширения газов обозначен цифрой 12. На входе роторного компрессора установлен диск 13 распределения воздуха, жестко соединенный с валом ротора.

На выходе роторного компрессора низкого давления установлен диск 14 распределения воздуха, соединенный с ротором 2. Валы роторов 2 и 8 через редуктор 15 кинематически соединены с кулачковым диском 16 привода клапанов через соответствующие ролики клапанов. Эти ролики 17 установлены на штоке 18 клапана 19, выполненного в виде поршня с уплотняющими элементами, служащего для наполнения камер рабочего тела воздухом от компрессора низкого давления, идущего через диск 14 распределения воздуха.

Клапан 20 служит для выхлопа газов из камер рабочего тела машины 7, за которой расположена камера 21 сгорания с форсунками 22 непрерывной подачи топлива через трубопроводы 23 подвода топлива к этим форсункам. Канал подвода воздуха от машины сжатия воздуха и расширения газов к камере 21 сгорания обозначен цифрой 24, канал отвода газов от камеры сгорания к камерам рабочего тела через соответствующие клапаны - 25, а канал выхода газов из камер рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов через соответствующие клапаны - 26.

Вал ротора 8 через второй редуктор 15, расположенный со стороны камеры сгорания, кинематически соединен с кулачковым диском 27 привода клапанов подвода сжатого воздуха от камер рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов и привода клапанов подвода продуктов от камеры сгорания к камерам рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов. Передаточное отношение редуктора 15i= , где n_р - частота вращения роторов; П_к.д. - частота вращения кулачковых дисков привода клапанов.

Ролики 28 установлены на штоках 29 клапанов 30 подвода воздуха к камере сгорания от камер рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов.

В тракте выхода газов от камер рабочего тела расположена дополнительная роторная машина расширения газов, содержащая ротор 31, на котором на подшипниках 32 и 33, установленных эксцентрично относительно оси вращения ротора, расположены гильзы 34.

На входе этой машины устанавливается диск 35 распределения газов, а на выходе^_ диск 36 распределения газов, за которым расположено выходное устройство 37.

Роторы 2, 8, 31 имеют общий вал, продолжение которого является валом 38 отбора мощности.

На крышке 39 выполнено окно 40 подвода атмосферного воздуха в камеры рабочего тела через полость 41 в диске 13 распределения воздуха. Эксцентрично относительно оси вращения расположена цапфа 42 гильзы 3.

На фиг. 3 показаны корпуса 43 и 44, принадлежащие корпусу 6 в сборе роторного компрессора низкого давления, цилиндрические направляющие 45 возвратно-поступательно движущихся перегородок 46, камеры 47 и 48 рабочего тела компрессора низкого давления с уплотняющими элементами 49, выполненными из металлорезины.

Двигатель содержит (см. фиг. 3) штуцера 50 подвода поддавливающей, смазывающей и охлаждающей жидкости в полость 51 (НВ - наполнение воздуха, СЖ. В - сжатие воздуха).

На крышке 52 выполнено окно 53 выхода сжатого воздуха из компрессора низкого давления через полость 54 в диске 14 распределения воздуха.

Эксцентрично относительно оси вращения ротора установлена цапфа 55 гильзы 3, а относительно оси вращения ротора 8 - цапфа 56 гильзы 9.

На фиг. 7 показаны корпуса 57 и 58, являющиеся частями корпуса 12 машины сжатия воздуха и расширения газов, цилиндрические направляющие 59, закрепленные подвижно на корпусе, возвратно-поступательно движущиеся перегородки 60, камеры 61 и 62 рабочего тела, выемка 63, выполненная в роторе 8 для его балансировки (аналогичные выемки выполняются во всех роторах), эластичные уплотняющие элементы 64 расположены на внутренней цилиндрической поверхности ротора.

Устройство содержит также клапаны 65 подвода продуктов из камеры 21 сгорания в камеры рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов.

Эксцентрично относительно оси вращения ротора 8 расположена цапфа 66 гильзы 9.

На фиг. 11 показано окно 67 подвода газов в камеры рабочего тела дополнительной роторной машины расширения газов, полость 68 подвода газов; окно 67 выполнено в крышке 69 корпуса, полость 68 - в диске 35 распределения газов.

На фиг. 12 показаны корпуса 70 и 71 дополнительной роторной машины расширения газов, возвратно-поступательно движущаяся перегородка 72; камеры 73 и 74 рабочего тела этой машины, эластичные элементы 75, установленные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса.

Полости 76 образованы цилиндрическими поверхностями, выполненными в перегородках 72, и цилиндрическими направляющими 77, закрепленными неподвижно на корпусе.

Для подвода жидкостей в полости 76 цилиндрических направляющих 77 выполнены штуцера 78.

Окна 79 выхлопа газов из камер рабочего тела дополнительной машины расширения газов выполнены на крышке 80 корпуса, полость 81 - на диске 36 распределения газов (см. фиг. 13). Уплотнительные кольца 82 установлены в гильзе 9 машины 7 сжатия воздуха и расширения газов, упоры 83 пружин 84.

На фиг. 15 показан вариант выполнения ролика 85, установленного между гильзой ротора и возвратно-поступательно движущимися перегородками на подшипниках качения 86. В возвратно-поступательно движущихся перегородках, в местах сопряжения ролика 85 выполняются при этом гребешки лабиринтного уплотнения.

Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Двигатель запускается от раскрутки валов роторов, включения зажигания и подачи топлива в камеру сгорания 21 через форсунки 22. При этом сжатый воздух от компрессора 1 низкого давления поступает через клапаны 19 в камеры 61 и 62 рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов, где воздух дополнительно сжимается и отводится через соответствующие клапаны 30 в камеру 21 сгорания. Продукты горения из камеры 21 через клапаны 65 поступают обратно в камеры 61 и 62 рабочего тела, где осуществляется расширение газов. После расширения газы из камер рабочего тела через клапаны 20 отводятся к камерам рабочего тела роторной машины дополнительного расширения газов. Газы после расширения в этой машине отводятся на выхлоп в атмосферу через выходное устройство 37, избыток мощности через вал 38 - к потребителю мощности.

Кулачковые диски 16 и 17 привода соответствующих клапанов машины сжатия воздуха и расширения газов вращаются в 2 раза медленнее по сравнению с роторами. Это обеспечивается соответствующими передаточными отношениями редукторов 15. Передаточное отношение i= = 2 .

В качестве топлива для предлагаемого двигателя может служить керосин и другие углеводородные горючие.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий полый цилиндрический корпус с каналами впуска и выпуска, камерами сгорания, компрессорной и расширительной машинами с впускными и выпускными каналами с установленными в них средствами газообмена и приводом, имеющими общий вал, размещенные на нем роторы с гильзами на подшипниках, и разделители с упругими уплотнителями, установленные в корпусе с возможностью радиального перемещения по цилиндрическим направляющим корпуса и постоянного контакта с соответствующей гильзой ротора, отличающийся тем, что снабжен установленной на общем валу между компрессорной и расширительной машинами машиной сжатия и расширения с расположенными с одной ее стороны впускными и выпускными каналами, а с другой стороны - нагнетательными и расширительными каналами, в каждом из которых установлены соответствующие клапаны с приводами от кулачковых шайб, выполненные в виде плунжеров с компрессорными кольцами, средства газообмена компрессорной и расширительной машин выполнены в виде дисковых золотников с приводом от общего вала, а камеры сгорания размещены в корпусе вне рабочих объемов машин, причем выпускной канал компрессорной машины связан с впускным каналом машины сжатия-расширения, впускной канал расширительной машины - с выпускным каналом машин сжатия-расширения, ее нагнетательный канал через камеру сгорания - с ее же расширительным каналом, впускной канал компрессорной машины - с каналом впуска корпуса, а выпускной канал расширительной машины - с каналом выпуска корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15