Изобретение относится к двигателестроению. Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с эпитрохоидной расточкой и установленные в расточке с возможностью планетарного движения ротор компрессора и ротор двигателя с перегородкой между ними. В перегородке выполнен канал, соединяющий компрессор и двигатель. Роторы выполнены трехгранными. Выполненный в перегородке канал соединяет в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания. Синхронно с ротором двигателя движется ротор компрессора, опережая ротор двигателя. Эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может использоваться в качестве механического привода транспортных средств.
Известен роторно-поршневой двигатель (РПД) Ванкеля (см. Ханин Н.С. "Автомобильные роторно-поршневые двигатели", М., Машгиз, 1964), в котором трехгранный ротор размещается в эпитрохоидной расточке корпуса, снабжен зубчатым венцом внутреннего зацепления и расположен на эксцентриковом валу с кинематической связью венца ротора с неподвижной шестерней, расположенной на корпусе двигателя. При соотношении зубьев шестерня-венец, равном 2:3, ротор, обкатываясь по неподвижной шестерне, совершает планетарное движение в пространстве, вращаясь вокруг оси двигателя и одновременно вокруг собственной оси. Мощность снимается с эксцентрикового вала, который вращается синхронно с ротором относительно оси двигателя.
Недостатком этого роторно-поршневого двигателя является небольшая степень сжатия заряда топливовоздушной смеси, что исключает перевод роторного двигателя в полноценный дизельный двигатель.
Аналогом изобретения является роторно-поршневой двигатель (патент РФ № 2166110, F02B 53/00, 1999.03.05), содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два ротора с перегородкой между ними, на перегородке выполнены неподвижные шестерни и внутренняя воздушная полость ресивера, роторы оборудованы зубчатыми колесами, кинематически связанными с зубчатыми венцами, закрепленными на общем для роторов цилиндрическом валу двигателя. В роторах могут быть выполнены отверстия и каналы, а в ресивере - окна для подачи сжатого воздуха в ресивер от ротора, выполняющего функцию компрессора, и окно для подачи сжатого воздуха в полость всасывания двигателя после окончания такта всасывания.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, низкая технологичность конструкции из-за наличия внутренних полостей и расположения в них сборных элементов, сложность организации внутрикамерных процессов сгорания при работе с различными сортами моторного топлива. Получаемая в двигателе степень сжатия заряда недостаточна для его самовоспламенения.
Частично указанных недостатков лишен многотопливный роторный двигатель, содержащий корпус (статор), внутри которого размещен трехгранный ротор, тракт впуска, в котором смонтирована дроссельная заслонка, за которой установлен плазменный конвертор топлива (патент РФ № 2334883, МПК F02B 55/16, МГЖ F02M 27/04, приоритет от 17.01.2007 г.).
Однако известный роторный двигатель имеет невысокую степень сжатия.
Ближайшим аналогом изобретения является дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке два ротора с возможностью планетарного движения с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя, выполненный в перегородке канал, соединяющий компрессор и двигатель (патент RU 2212550 С2, F02B 53/08, 2003).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени сжатия, увеличение КПД, повышение агрегатной мощности двигателя, снижение уровня токсических веществ в выхлопных газах, повышение надежности работы и улучшение технологичности конструкции, увеличение моторесурса и экологической чистоты двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в роторном дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем неподвижный корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два трехгранных ротора с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя и синхронно вращающихся в одном направлении. Роторы размещены с возможностью вращения на эксцентричных втулках, установленных на валу. В перегородке выполнен канал, соединяющий в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания, что позволяет создать такие условия самовоспламенения (высокое давление и температуру), какие характерны для протекания рабочего процесса в камере сгорания поршневого дизеля.
Синхронно с ротором двигателя, с опережением на угол в диапазоне 45 60 градусов относительно оси двигателя, движется ротор компрессора. Частота вращения ротора компрессора превышает частоту вращения ротора двигателя в два раза, что обеспечивает заданное повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе. Эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45
Для улучшения процесса горения выполняется контур ротора двигателя не по дугам окружностей, а по внутренней огибающей эпитрохоид, что позволяет сконцентрировать большую часть заряда в выемке ротора и свести до минимума объем, заключенный между ротором и эпитрохоидной поверхностью корпуса, максимально повышая степень сжатия заряда. Профилирование граней ротора для обеспечения достаточной степени сжатия проводится также по внутренней огибающей эпитрохоид.
По мере увеличения числа оборотов двигателя, а следовательно, и скорости поступающего воздуха из компрессора обеспечивается нужная степень дробления топлива и перемешивание его с воздухом.
К существенным отличиям заявленного решения от известного изобретения относится то, что синхронно с ротором двигателя, с опережением на угол в диапазоне 45
В перегородке между роторной секцией и компрессорной секцией выполнен канал, соединяющий в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания. Перепускные отверстия, соединяющие полость компрессора и полость двигателя, выполнены так, что выпускное отверстие компрессора выполнено за 20
25° после окончания такта всасывания двигателя. На корпусе роторного двигателя для впрыска топлива установлены две топливные форсунки, первая форсунка (по ходу вращения ротора) предназначена для впрыска топливного заряда (любого топлива) на активной стадии сжатия, вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованиям новизны.
Предлагаемый вариант реализации заявленного изобретения "Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания" изображен на фиг.1.
Двигатель содержит корпус 1 с эпитрохоидной расточкой, перегородку 2 с выполненным каналом 3, соединяющим полость компрессора и полость двигателя так, что выпускное отверстие 4 компрессора выполнено за 20 25 градусов до достижения максимальной степени сжатия воздуха роторным компрессором на такте сжатия, а впускное отверстие 5 в полости сжатия двигателя выполнено на углу 20 25 градусов после окончания такта всасывания двигателя. В связи с происходящим при этом уменьшением суммарного объема происходило предварительное сжатие воздуха.
Регулирование подачи сжатого воздуха из компрессора в полость сжатия двигателя может производиться клапаном или золотником. В корпусе установлены два ротора 6 и 7, являющиеся соответственно ротором 6 компрессора и ротором 7 двигателя, разделенными перегородкой 2. Роторы 6 и 7 выполнены трехгранными с вершинами А, В, С.
В качестве золотников могут использоваться ротор 6 компрессора и ротор 7 двигателя, с имеющимися отверстиями 4, 5 в торцевых стенках компрессора и двигателя, совмещающиеся при их движении с отверстиями в торцевых стенках, изготавливаемыми в корпусе 1 двигателя, к которым подводится нагнетательная полость компрессора. Перетекание воздуха из компрессора в полость сжатия двигателя происходит до того момента, пока грань ротора 6 не перекроет перепускной канал.
Ротор 6 компрессора вращается с опережением на угол в диапазоне 45 60 градусов относительно оси двигателя, ротора 7 двигателя, что обеспечивает гарантированный наддув полости сжатия двигателя, повышая степень сжатия двигателя до 
=30. Это обеспечивает достаточную степень сжатия роторного двигателя, работающего с воспламенением от сжатия. Если степень сжатия при выбранных параметрах оказывается слишком высокой, она может быть понижена за счет выемок в боковых гранях ротора. Частота вращения ротора 6 компрессора превышает частоту вращения ротора 7 двигателя в два раза, что обеспечивает заданное повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе. Полагая, что угловые скорости ротора 6 компрессора и ротора 7 двигателя различаются в два раза, видим, что в компрессоре происходит вдвое больше рабочих тактов. Благодаря этому компрессор работает более равномерно, без больших пульсаций. Из вышесказанного следует, что в процессе фазы активного горения будет задействовано максимальное количество воздуха.
Дизельный роторный двигатель работает следующим образом (в соответствии с фиг.2, 3, 4).
При вращении ротора 6 компрессора по часовой стрелке (фиг.1, фиг.2) в секторе всасывания происходит разрежение и воздух через впускной патрубок 8 поступает в сектор всасывания, далее начинается процесс сжатия воздуха.
Сжатие воздуха происходит в полости II после перекрытия вершиной А ротора 6 впускного патрубка 8 и заканчивается при достижении минимального объема. Процесс сжатия занимает участок корпуса двигателя, равный 80 градусам поворота ротора. Процесс нагнетания воздуха ротором 6 компрессора через отверстие 5 в роторный двигатель, по выполненному каналу, заканчивается за 20 25 градусов до достижения максимального давления в процессе сжатия, обеспечивая поступление воздуха под давлением в полость I сжатия двигателя (фиг.1, фиг.3). В полости I сжатия роторного двигателя впускное отверстие 5 выполнено на углу 20 25 градусов после начала такта сжатия двигателя. Ротор 7 двигателя дожимает полученную смесь до необходимой степени сжатия, при этом общая степень сжатия воздуха в камере III сгорания двигателя, отнесенная к обеим полостям, составляет около 30 (фиг.4).
Таким образом, при подходе ротора 7 к верхней мертвой точке достигается максимальная степень сжатия топливовоздушной смеси, что обеспечивает самовоспламенение топливного заряда.
Роторный двигатель заполняется воздухом через соответствующий входной патрубок 9. Движение роторов 6 и 7 происходит со сдвигом по фазе - ротор 6 компрессора опережает ротор 7 двигателя на 45 60 градусов угла поворота коленчатого вала, что достигается соответствующим расположением роторов 6, 7 на коленчатом валу.
Роторный двигатель имеет камеру III сгорания, объем которой, включая и объем соединительного канала, обеспечивает степень сжатия и может достигать 30. Компрессор камеры сгорания не имеет и при подходе в нем ротора 6 за 20 25 градусов до верхней мертвой точки почти весь воздушный заряд вытесняется в полость I сжатия двигателя. Степень сжатия воздуха в компрессоре достигает 8,5. Общая степень сжатия, отнесенная к обоим объемам, с учетом возможных потерь на перетекание газа из полости II в полость I, может достигать 30.
Общая степень сжатия определяется выражением:
0=КД,
где К - степень сжатия в компрессоре;
Д - степень сжатия роторного двигателя.
За 5 7 градусов до достижения гранями ротора 7 единой для них верхней мертвой точки (в.м.т.) происходит впрыск топлива первой топливной форсункой 11, установленной по ходу вращения ротора 7 (фиг.3). Эта форсунка 11 предназначена для впрыска топливного заряда (любого топлива) на активной стадии уменьшения рабочего объема двигателя, она перекрывает весь мощностной диапазон, за исключением холостого хода двигателя. Подготовленная к самовоспламенению топливо-воздушная смесь воспламеняется при повышении степени сжатия в камере сгорания роторного двигателя. Дополнительное преимущество данного дизельного роторного двигателя состоит в практически полном отсутствии в нем детонации, что связано с интенсивной турбулизацией горящей смеси при наличии высокой ее кинетической неоднородности. Вторая форсунка 12 (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы дизельного роторного двигателя на холостом ходу, а также поддержания в заданных пределах необходимых условий нагрузочной и скоростной характеристик двигателя.
Сгорание топлива происходит наиболее полно, т.к. при этом обеспечивается необходимое время для его полного сгорания и необходимый коэффициент избытка воздуха. Это приводит к снижению уровня токсических веществ в выхлопных газов, истекающих через выходной патрубок 10, повышает надежность работы, увеличивает моторесурс и экологическую чистоту двигателя.
Осуществление наддува в дизельном роторном двигателе упрощает конструкцию двигателя, удешевляет его изготовление и эксплуатацию, а также повышает надежность и долговечность, существенно улучшает удельные весогабаритные и мощностные показатели двигателя в целом.
Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два ротора с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя, выполненный в перегородке канал, соединяющий компрессор и двигатель, отличающийся тем, что роторы выполнены трехгранными, выполненный в перегородке канал соединяет в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания, синхронно с ротором двигателя движется ротор компрессора, опережая ротор двигателя, эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45 60°, процесс нагнетания воздуха ротором компрессора в роторный двигатель по каналу заканчивается до достижения максимального давления в процессе сжатия, на корпусе роторного двигателя установлены две топливные форсунки, первая форсунка (по ходу вращения ротора двигателя) предназначена для впрыска топливного заряда на стадии уменьшения рабочего объема двигателя, вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с эпитрохоидной расточкой и установленные в расточке с возможностью планетарного движения ротор компрессора и ротор двигателя с перегородкой между ними. В перегородке выполнен канал, соединяющий компрессор и двигатель. Роторы выполнены трехгранными. Выполненный в перегородке канал соединяет в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания. Синхронно с ротором двигателя движется ротор компрессора, опережая ротор двигателя. Эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45…60 градусов. Процесс нагнетания воздуха ротором компрессора в роторный двигатель по каналу заканчивается до достижения максимального давления в процессе сжатия. На корпусе роторного двигателя установлены две топливные форсунки. Первая форсунка (по ходу вращения ротора двигателя) предназначена для впрыска топливного заряда на стадии уменьшения рабочего объема двигателя. Вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу. Техническим результатом является повышение степени сжатия, КПД, мощности, надежности, технологичности, моторесурса и экологической чистоты двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может использоваться в качестве механического привода транспортных средств.
Известен роторно-поршневой двигатель (РПД) Ванкеля (см. Ханин Н.С. "Автомобильные роторно-поршневые двигатели", М., Машгиз, 1964), в котором трехгранный ротор размещается в эпитрохоидной расточке корпуса, снабжен зубчатым венцом внутреннего зацепления и расположен на эксцентриковом валу с кинематической связью венца ротора с неподвижной шестерней, расположенной на корпусе двигателя. При соотношении зубьев шестерня-венец, равном 2:3, ротор, обкатываясь по неподвижной шестерне, совершает планетарное движение в пространстве, вращаясь вокруг оси двигателя и одновременно вокруг собственной оси. Мощность снимается с эксцентрикового вала, который вращается синхронно с ротором относительно оси двигателя.
Недостатком этого роторно-поршневого двигателя является небольшая степень сжатия заряда топливовоздушной смеси, что исключает перевод роторного двигателя в полноценный дизельный двигатель.
Аналогом изобретения является роторно-поршневой двигатель (патент РФ №2166110, F02B 53/00, 1999.03.05), содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два ротора с перегородкой между ними, на перегородке выполнены неподвижные шестерни и внутренняя воздушная полость ресивера, роторы оборудованы зубчатыми колесами, кинематически связанными с зубчатыми венцами, закрепленными на общем для роторов цилиндрическом валу двигателя. В роторах могут быть выполнены отверстия и каналы, а в ресивере - окна для подачи сжатого воздуха в ресивер от ротора, выполняющего функцию компрессора, и окно для подачи сжатого воздуха в полость всасывания двигателя после окончания такта всасывания.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, низкая технологичность конструкции из-за наличия внутренних полостей и расположения в них сборных элементов, сложность организации внутрикамерных процессов сгорания при работе с различными сортами моторного топлива. Получаемая в двигателе степень сжатия заряда недостаточна для его самовоспламенения.
Частично указанных недостатков лишен многотопливный роторный двигатель, содержащий корпус (статор), внутри которого размещен трехгранный ротор, тракт впуска, в котором смонтирована дроссельная заслонка, за которой установлен плазменный конвертор топлива (патент РФ №2334883, МПК F02B 55/16, МГЖ F02M 27/04, приоритет от 17.01.2007 г.).
Однако известный роторный двигатель имеет невысокую степень сжатия.
Ближайшим аналогом изобретения является дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке два ротора с возможностью планетарного движения с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя, выполненный в перегородке канал, соединяющий компрессор и двигатель (патент RU 2212550 С2, F02B 53/08, 2003).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени сжатия, увеличение КПД, повышение агрегатной мощности двигателя, снижение уровня токсических веществ в выхлопных газах, повышение надежности работы и улучшение технологичности конструкции, увеличение моторесурса и экологической чистоты двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в роторном дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем неподвижный корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два трехгранных ротора с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя и синхронно вращающихся в одном направлении. Роторы размещены с возможностью вращения на эксцентричных втулках, установленных на валу. В перегородке выполнен канал, соединяющий в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания, что позволяет создать такие условия самовоспламенения (высокое давление и температуру), какие характерны для протекания рабочего процесса в камере сгорания поршневого дизеля.
Синхронно с ротором двигателя, с опережением на угол в диапазоне 45…60 градусов относительно оси двигателя, движется ротор компрессора. Частота вращения ротора компрессора превышает частоту вращения ротора двигателя в два раза, что обеспечивает заданное повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе. Эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45…60 градусов. Возникающий при этом незначительный момент центробежных сил уравновешивается противовесами на концах вала.
Для улучшения процесса горения выполняется контур ротора двигателя не по дугам окружностей, а по внутренней огибающей эпитрохоид, что позволяет сконцентрировать большую часть заряда в выемке ротора и свести до минимума объем, заключенный между ротором и эпитрохоидной поверхностью корпуса, максимально повышая степень сжатия заряда. Профилирование граней ротора для обеспечения достаточной степени сжатия проводится также по внутренней огибающей эпитрохоид.
По мере увеличения числа оборотов двигателя, а следовательно, и скорости поступающего воздуха из компрессора обеспечивается нужная степень дробления топлива и перемешивание его с воздухом.
К существенным отличиям заявленного решения от известного изобретения относится то, что синхронно с ротором двигателя, с опережением на угол в диапазоне 45…60 градусов относительно оси двигателя, движется ротор компрессора. Частота вращения ротора компрессора превышает частоту вращения ротора двигателя в два раза, что обеспечивает необходимое повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе ввиду того, что угловые скорости ротора компрессора и ротора двигателя различаются в два раза, видим, что в компрессоре происходит вдвое больше рабочих тактов. Благодаря этому компрессор работает равномерно, без больших пульсаций.
В перегородке между роторной секцией и компрессорной секцией выполнен канал, соединяющий в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания. Перепускные отверстия, соединяющие полость компрессора и полость двигателя, выполнены так, что выпускное отверстие компрессора выполнено за 20…25° до достижения максимальной степени сжатия воздуха роторным компрессором, а впускное отверстие в полости сжатия двигателя выполнено на углу 20…25° после окончания такта всасывания двигателя.
На корпусе роторного двигателя для впрыска топлива установлены две топливные форсунки, первая форсунка (по ходу вращения ротора) предназначена для впрыска топливного заряда (любого топлива) на активной стадии сжатия, вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованиям новизны.
Предлагаемый вариант реализации заявленного изобретения "Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания" изображен на фиг.1.
Двигатель содержит корпус 1 с эпитрохоидной расточкой, перегородку 2 с выполненным каналом 3, соединяющим полость компрессора и полость двигателя так, что выпускное отверстие 4 компрессора выполнено за 20…25 градусов до достижения максимальной степени сжатия воздуха роторным компрессором на такте сжатия, а впускное отверстие 5 в полости сжатия двигателя выполнено на углу 20…25 градусов после окончания такта всасывания двигателя. В связи с происходящим при этом уменьшением суммарного объема происходило предварительное сжатие воздуха.
Регулирование подачи сжатого воздуха из компрессора в полость сжатия двигателя может производиться клапаном или золотником. В корпусе установлены два ротора 6 и 7, являющиеся соответственно ротором 6 компрессора и ротором 7 двигателя, разделенными перегородкой 2. Роторы 6 и 7 выполнены трехгранными с вершинами А, В, С.
В качестве золотников могут использоваться ротор 6 компрессора и ротор 7 двигателя, с имеющимися отверстиями 4, 5 в торцевых стенках компрессора и двигателя, совмещающиеся при их движении с отверстиями в торцевых стенках, изготавливаемыми в корпусе 1 двигателя, к которым подводится нагнетательная полость компрессора. Перетекание воздуха из компрессора в полость сжатия двигателя происходит до того момента, пока грань ротора 6 не перекроет перепускной канал.
Ротор 6 компрессора вращается с опережением на угол в диапазоне 45…60 градусов относительно оси двигателя, ротора 7 двигателя, что обеспечивает гарантированный наддув полости сжатия двигателя, повышая степень сжатия двигателя до ε=30. Это обеспечивает достаточную степень сжатия роторного двигателя, работающего с воспламенением от сжатия. Если степень сжатия при выбранных параметрах оказывается слишком высокой, она может быть понижена за счет выемок в боковых гранях ротора. Частота вращения ротора 6 компрессора превышает частоту вращения ротора 7 двигателя в два раза, что обеспечивает заданное повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе. Полагая, что угловые скорости ротора 6 компрессора и ротора 7 двигателя различаются в два раза, видим, что в компрессоре происходит вдвое больше рабочих тактов. Благодаря этому компрессор работает более равномерно, без больших пульсаций. Из вышесказанного следует, что в процессе фазы активного горения будет задействовано максимальное количество воздуха.
Дизельный роторный двигатель работает следующим образом (в соответствии с фиг.2, 3, 4).
При вращении ротора 6 компрессора по часовой стрелке (фиг.1, фиг.2) в секторе всасывания происходит разрежение и воздух через впускной патрубок 8 поступает в сектор всасывания, далее начинается процесс сжатия воздуха.
Сжатие воздуха происходит в полости II после перекрытия вершиной А ротора 6 впускного патрубка 8 и заканчивается при достижении минимального объема. Процесс сжатия занимает участок корпуса двигателя, равный 80 градусам поворота ротора. Процесс нагнетания воздуха ротором 6 компрессора через отверстие 5 в роторный двигатель, по выполненному каналу, заканчивается за 20…25 градусов до достижения максимального давления в процессе сжатия, обеспечивая поступление воздуха под давлением в полость I сжатия двигателя (фиг.1, фиг.3). В полости I сжатия роторного двигателя впускное отверстие 5 выполнено на углу 20…25 градусов после начала такта сжатия двигателя. Ротор 7 двигателя дожимает полученную смесь до необходимой степени сжатия, при этом общая степень сжатия воздуха в камере III сгорания двигателя, отнесенная к обеим полостям, составляет около 30 (фиг.4).
Таким образом, при подходе ротора 7 к верхней мертвой точке достигается максимальная степень сжатия топливовоздушной смеси, что обеспечивает самовоспламенение топливного заряда.
Роторный двигатель заполняется воздухом через соответствующий входной патрубок 9. Движение роторов 6 и 7 происходит со сдвигом по фазе - ротор 6 компрессора опережает ротор 7 двигателя на 45…60 градусов угла поворота коленчатого вала, что достигается соответствующим расположением роторов 6, 7 на коленчатом валу.
Роторный двигатель имеет камеру III сгорания, объем которой, включая и объем соединительного канала, обеспечивает степень сжатия и может достигать 30. Компрессор камеры сгорания не имеет и при подходе в нем ротора 6 за 20…25 градусов до верхней мертвой точки почти весь воздушный заряд вытесняется в полость I сжатия двигателя. Степень сжатия воздуха в компрессоре достигает 8,5. Общая степень сжатия, отнесенная к обоим объемам, с учетом возможных потерь на перетекание газа из полости II в полость I, может достигать 30.
Общая степень сжатия определяется выражением:
ε0=εК εД,
где εК - степень сжатия в компрессоре;
εД - степень сжатия роторного двигателя.
За 5…7 градусов до достижения гранями ротора 7 единой для них верхней мертвой точки (в.м.т.) происходит впрыск топлива первой топливной форсункой 11, установленной по ходу вращения ротора 7 (фиг.3). Эта форсунка 11 предназначена для впрыска топливного заряда (любого топлива) на активной стадии уменьшения рабочего объема двигателя, она перекрывает весь мощностной диапазон, за исключением холостого хода двигателя. Подготовленная к самовоспламенению топливо-воздушная смесь воспламеняется при повышении степени сжатия в камере сгорания роторного двигателя. Дополнительное преимущество данного дизельного роторного двигателя состоит в практически полном отсутствии в нем детонации, что связано с интенсивной турбулизацией горящей смеси при наличии высокой ее кинетической неоднородности. Вторая форсунка 12 (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы дизельного роторного двигателя на холостом ходу, а также поддержания в заданных пределах необходимых условий нагрузочной и скоростной характеристик двигателя.
Сгорание топлива происходит наиболее полно, т.к. при этом обеспечивается необходимое время для его полного сгорания и необходимый коэффициент избытка воздуха. Это приводит к снижению уровня токсических веществ в выхлопных газов, истекающих через выходной патрубок 10, повышает надежность работы, увеличивает моторесурс и экологическую чистоту двигателя.
Осуществление наддува в дизельном роторном двигателе упрощает конструкцию двигателя, удешевляет его изготовление и эксплуатацию, а также повышает надежность и долговечность, существенно улучшает удельные весогабаритные и мощностные показатели двигателя в целом.
Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два ротора с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя, выполненный в перегородке канал, соединяющий компрессор и двигатель, отличающийся тем, что роторы выполнены трехгранными, выполненный в перегородке канал соединяет в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания, синхронно с ротором двигателя движется ротор компрессора, опережая ротор двигателя, эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45…60°, процесс нагнетания воздуха ротором компрессора в роторный двигатель по каналу заканчивается до достижения максимального давления в процессе сжатия, на корпусе роторного двигателя установлены две топливные форсунки, первая форсунка (по ходу вращения ротора двигателя) предназначена для впрыска топливного заряда на стадии уменьшения рабочего объема двигателя, вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к роторным дизельным двигателям «РДМ». Техническим результатом является повышение экономичности. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель включает всасывающий и выхлопной блоки камер, выполненные в виде цилиндров с установленными в них на составном двухколенном валу крестообразными роторами с роликами уплотнения. Опорный диск разделяет рабочие камеры выхлопного и всасывающего блока. Клапаны газораспределения выполнены плоскими, крестообразными. 9 з.п. ф-лы, 23 ил., 1 табл.
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.
Роторный дизельный двигатель, включающий стальной цилиндрический корпус с прорезями охлаждения, с двумя отдельными блоками в кожухе, изображенный на фигуре 1, из четырех камер каждый в виде секторов цилиндров с проточками канавок по окружности на торцах камер. Всасывающий (сжимающий, запускающий) блок и выхлопной блок (рабочий), отделенные разделительным диском 6, стянутые болтами 3 на втулках 2, в кожухе 7, с окнами всасывания и прорезями охлаждения в опорных дисках двигателя, с входными проемами камер, обращенными к центру (вращения) на коленчатом валу роторов крестообразной конструкции 17, фигура 2. Составной коленчатый вал 8, соединенный жесткой муфтой 10, из вала всасывающего блока и вала выхлопного блока, с центральным осевым продольным и поперечными отверстиями распределения пульсирующей подачи масла в каналы смазки узлов трения и охлаждения стягивающих болтов корпуса двигателя. Грузы 9, противовесов, закрепленные на коленчатых валах, вращающихся в подшипниках скольжения 11, по масленой пленке, в двух опорных дисках 12 и в разделяющем опорном диске 6, с прямыми переходными каналами 13, фигура 2, дозированными отверстиями закачивания сжатого воздуха и обратными клапанами 46. Подвижные заслонки газового давления 14, с поршнями 15 и пружинами в каналах неподвижных корпусов, под давлением масла прижаты уплотнителями к вогнутым поверхностям при вращении крестообразных роторов, изменяя объем рабочих камер, сжимая воздух прижатыми роликами 18 роторов и роликовыми уплотнителями заслонок 16 к округлым стенкам камер. Каналы подачи масла к поршням уплотнителей и смазки на стенки камер. Крестообразные роторы на шейках 31 вала, с уплотнителями (18), оконечностей роторов с вогнутыми уплотнителями роликов 19 и пружинами поршней в каналах роторов с возможностью выхода масла на стенки и в канавки камер через зазоры скольжения. Крестообразные плоские клапаны, установленные на плоские стенки роторов, по осевым сторонам 23, с расширенными кромками 20, фигура 2, с крестообразными бортами упора и фиксации клапанов от сдвига в крестообразных канавках, под действием движения роторов. Двойные поршни и пружины в сквозных каналах прижатия клапанов, перекрывающих круговым движением роторов окна 24. Зауженные кромки стенок подвижных корпусов заслонок, в части выступающих роликов 21, с ребрами упора в стенки канавок, прорезанных на поверхностях опорных дисков, соприкасающиеся с кромками расширенных стенок роторов. Каналы отвода масла 22, открывающиеся в канавках уплотнения, в секторах движения роторов с пониженным давлением. Трубчатый коллектор 25 передачи давления масла между каналами заслонок с клапаном 26, фигура 1, подпитывающим давление масла в коллекторе передачи движения заслонок, передающем давление масла на поршни заслонок, в дополнение к усилию прижатия пружин. Втулка 27 установки пульсаций, синхронно с рабочими ходами, давления масла в осевом канале выхлопного блока, и две втулки 28 распределения пульсаций на шейках валов. Управляемый (векторный) сцепляющий механизм редуктора передачи вращения - «УВСР» 29. Трехскоростной редуктор по фигуре 8, со шлицевым механизмом 42 переключения передачи вращения с возможностью реверса 50 на промежуточный вал нагрузки посредством цепной передачи 45. Осевой канал подачи масла 30, проложенный внутри коленчатых валов и шеек, с входным отверстием 51. Крыльчатка вентилятора 32 наддува с шестернями повышающего привода 33, относительно вращения на подшипнике, на коленчатом валу всасывающего блока с заслонкой 34, продувки кожуха двигателя. Двойные, верхние разрезные, накладные жалюзи 59, каналы с потоками воздуха 35, каналы 36 закачивания от 10 атмосфер сжатого воздуха в пусковую емкость через дозированные отверстия с клапанами, датчиком давления и запорными кранами. Механизм пневматического запуска по фигуре 12 с тремя пружинами, защелкой клапана 37 с фиксатором и спиралями 38, электрического подогрева засасываемого воздуха и масла в коллекторе. Трос 40 управления воздушными заслонками камер всасывающего блока, механизм 41 открытия клапанов пневматического запуска двигателя и подачи топлива. Топливный насос высокого давления 53 с регулятором и муфтой опережения оборотов вала двигателя, вибрационный насос и клапан подачи топлива из бака, маслонасос 52. Шестерни 49 привода насосов на валу выхлопного блока. Форсунки 39 распыления топлива. Стартер и генератор 43 переменного тока в кожухе управляемого векторного сцепляющего редуктора.
Технический результат заключается в возникающем дополнительном усилии за счет совпадающих направлений инерции движения роторов и направления вращающего усилия, преобразованного роторным механизмом из усилия расширения газов горения топлива и повышающегося в механизме передачи вращения (ролики ротора - шейки вала).
Изобретение относится к области дизелестроения и может найти применение на тракторах, автомобилях, стационарных силовых установках и легкомоторной авиации.
Известный из патента US 1277437 A, F02B 53/00, 1918 роторный двигатель - ближайший аналог. Недостатки известных двигателей те же, как и у «РДД», образующегося из двух прототипов с применением отличающихся деталей: рабочие камеры неподвижны, вращающийся коленчатый вал с двумя роторами на шейках вала и противовесами к ним. Роторы, свободно вращающиеся на шейках коленчатого вала, двигаются по линии круга, описываемой вращением шеек двухколенного вала, и прижимаются в пределах зазоров к округлым стенкам камер соразмерно центробежной силе, воспринимая давление газов свободно вращающимися роликами на оконечностях роторов, прижатые к внутренним округлым поверхностям трех рабочих камер. Значительная часть выделенной энергии горения газов современных двигателей внутреннего сгорания, расходуемая бесполезно, определяется по громкому выхлопу газов. Оконечности роторов «РДД», совершающие движение значительно длиннее пути кругового движения шеек коленчатого вала и повышающие усилие передачи вращения на шейки вала, выделенное роторным механизмом в рабочих камерах выхлопного блока, снижают шум выхлопа широкими и продолжительно открытыми выхлопными окнами.
Задачей настоящего двигателя является повышение технических характеристик роторного двигателя применением: устройства канавок в конструкции уплотнителей рабочих камер, обеспечивающих необходимое сжатие; повышенных оборотов крыльчатки воздушного охлаждения и порядка рабочих ходов с продувкой камер выхлопного блока. Применением: преобразования энергии расширения газов во вращательное движение, выполняющееся роторным механизмом, без возвратно-поступательных движений деталей поршневого механизма преобразования; отставанием шейки вала выхлопного блока на 90 градусов вращения от шейки вала всасывающего блока; совмещенными операциями в камерах всасывающего блока, всасывание-сжатие, а в камерах выхлопного блока, рабочий ход-выхлоп 55. Впрыском топлива в рабочие камеры в соответствии с графиком по фигуре 11, по направлению открывающихся переходных каналов. Совпадающими пульсациями давления масла в каналах по таблице пульсаций, с операциями всасывания/рабочих ходов и провалами давления пульсаций, с рабочими операциями наддув/продувка газов, через втулку установки пульсаций, распределенных в каналы противоположных оконечностей роторов через втулки 28, по фигуре 1, подающими смазку трущихся поверхностей роторов через зазоры движения. Применением плоских клапанов газораспределения с крестообразными упорами в крестообразные направляющие канавки уплотнения с поршнями и пружинами, в сквозных каналах каркасов роторов, прижимающих давлением масла подвижные пластины - клапаны, к стенкам рабочих камер и аналогичных по форме плоских клапанов и стенок роторов, движущихся в прорезях канавок на округлых стенках рабочих камер 4. Кромками расширенных стенок роторов, скользящих в канавках 5, с проточенными кольцевыми выточками уплотнения роликов. Подвижными корпусами заслонок газового давления, с узкими кромками 21, и ребрами упора 48. Заслонками, отделяющими камеры и упирающимися в стенки канавок 47, прорезанных на опорных дисках двигателя. Применением вогнутых уплотнителей 19, контактных поверхностей роликов с поршнями и пружинами в каналах передачи усилия масленым давлением, передающимся через каналы масленого коллектора, передающего усилие давления масла между каналами заслонок на прижатие заслонок. Понижением передачи вращательного движения оконечностей роторов на шейки 31, составного коленчатого вала, понижением передачи вращения в редукторе «УВСР» и в трехскоростном редукторе трансмиссии выхлопного блока с цепной передачей.
Применением пневматического запуска двигателя с подключением электрического стартера через механизм редуктора «УВСР» по фигуре 10.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-25:
фигура 1 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «А-А», с наложенными штриховыми контурами роторов, смещенными относительно их положения,
фигура 2 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «В-В», с наложенными штриховыми контурами изображения роторов выхлопного блока,
фигура 3 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «С-С», с наложенными штриховыми контурами изображения роторов всасывающего блока,
фигура 4 - втулка установки пульсаций давления масла двигателя «РДД»,
фигура 5 - схема распределения пульсаций давления масла двигателя «РДД»,
на фигуре 6 изображена кинематическая схема работы двигателя «РДД»,
на фигуре 7 изображена принципиальная схема работы двигателя «РДД»,
фигура 8 - передаточная трансмиссия выхлопного блока двигателя «РДД»,
на фигуре 9 изображена схема управляемого векторного сцепляющего редуктора «УВСР» и механизма блокировки вращения каретки, совмещенного со стартером и генератором,
фигура 10 - схема устройства электрического стартера и генератора переменного тока в общем корпусе редуктора «УВСР»,
на фигуре 11 изображен график «Порядок рабочих операций двигателя РДД»,
фигура 12 - схема механизма «Пневматический запуск двигателя «РДД»,
фигура 13 - канавки уплотнения газовых заслонок с упорами, двигатель «РДД»,
на фигуре 14 изображена схема движения масла в картерах редуктора переключения передач и маслонасоса двигателя «РДД»,
фигура 15 - схема редуктора «УВСР» и центробежного механизма включения сцепления, двигатель «РДД»,
фигура 16 - «Поворотный масленый клапан», в авиационных двигателях «РДД»,
фигура 17 - «Прорези охлаждения и отверстия на корпусе двигателя «РДД»,
фигура 18 - «Прорези охлаждения и отверстия на опорном диске двигателя «РДД»,
фигура 19 - «Механизм действия пускового клапана двигателя «РДД».
фигура 20 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «А-А», - с наложенными штриховыми контурами изображения ротора всасывающего блока,
фигура 21 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «В-В», без штриховых контуров изображения ротора выхлопного блока,
фигура 22 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «С-С»,
фигура 23 - схема топливного насоса высокого давления «ТНВД 200».
Изобретение основывается на применении: уплотнения контактных поверхностей плоских стенок роторов в канавках, прорезанных на стенках камер всасывающего блока для усиления сжатия; преобразования давления расширенных газов горения топлива в камерах выхлопного блока и передачи усилия вращения; уплотнения плоских клапанов газораспределения, изготавливающихся по расширенной конфигурации каркасов роторов, с крестообразными упорами в крестообразных канавках, предохраняющих клапаны от сдвига под действием движения роторов; коллектора передачи пульсирующего давления масла между каналами газовых заслонок; вогнутых уплотнителей и роликов с поршнями и пружинами; втулок установки и распределения пульсаций; газовых заслонок с ребрами уплотнения и упора в стенки уплотняющих канавок 47; масленого привода движения заслонок; управляемых редукторов передачи вращения «УВСР»; системы обдува и масленого охлаждения камер и наддува воздуха в камеры всасывающего блока с подогревом засасываемого воздуха 55; пневматического и электрического запуска двигателя с электрическим подогревом воздуха и масла в коллекторе 25.
Изобретение относится к роторному дизельному двигателю «РДД» по фигуре 1, состоящему из двух блоков рабочих камер с двумя крестообразными роторами, крестообразными клапанами и восемью заслонками газового давления, обеспечивающими с круговым движением роторов всасывание и сжатие воздуха в камерах всасывающего блока, пневматический запуск двигателя и переход сжатого воздуха в камеры выхлопного блока через переходные каналы разделительного диска с клапанами и каналами автоматического закачивания сжатого воздуха в емкость. Сбалансированный противовесами ротор на коленчатом валу (выхлопного блока) воспринимает давление газов горения через рабочие поверхности оконечностей ротора с роликами и передает усилие вращения на шейки двухсоставного коленчатого вала двигателя, с ведущей шестерней понижающего редуктора «УВСР», на движение ротора всасывающего блока и шестерни привода насосов подачи масла и топлива. Воздушное охлаждение рабочих камер выхлопного блока и заслонок газового давления регулируется заслонкой 34 в каналах 35 цилиндрического кожуха двигателя, и усиленный наддув в окна рабочих камер всасывающего блока, вращающейся на коленчатом валу двигателя крыльчаткой вентилятора 32. С повышенными относительно вала оборотами вращения, в механизме повышения вращения с неподвижным зубчатым венцом, двумя шестернями планетарной передачи, шестерней, скрепленной с крыльчаткой, и жестко посаженным на вал диском с полуосями сателлитов. С охлаждением рабочих камер и заслонок газового давления обдувом воздушными «струями», входящими через каналы 35 и в окна обдува в опорных дисках корпуса на крыльчатку. С охлаждением болтов, стягивающих блоки, пульсирующим протоком масла в трубках по каналам 56 с фильтром и радиатором охлаждения. С удалением масла из рабочих камер по сливным каналам 22, в опорных дисках, открывающимся при движении роторов в секторах низкого давления сжатия, (ниже давления пульсаций масла), из канавок уплотнения, размещенных на округлых стенках рабочих камер. С возможностью запуска работы двигателя давлением предварительно сжатого воздуха, поданного из пусковой емкости на рабочие поверхности ротора всасывающего блока и подогревающегося электрическими спиралями 38, в камеры всасывающего блока через пусковой клапан в радиальный канал, по таблице открытия клапанов 23, с закрытой воздушной заслонкой 40, через окна 24. С увеличением оборотов коленчатого вала, за счет усилия электрического стартера и последующей самостоятельной работой выхлопного блока при открытой воздушной заслонке 40.
Возможность сжатия воздуха под давлением в 17 атмосфер достигается: уплотнением рабочих камер с применением канавок 5, для движения расширенных плоских стенок роторов с плоскими крестообразными клапанами на двух сторонах роторов; уплотнением подвижных корпусов заслонок газового давления с применением канавок 47, прорезанных на поверхностях опорных дисков на длину хода заслонок; расточкой стенок корпусов заслонок для роликов; применением вогнутых вкладышей для передачи давления на прижатие поверхности роликов роторов к округлым стенкам рабочих камер; прижатием плоских клапанов газораспределения поршнями и пружинами с пульсирующим давлением масла в каналах и канавках 58, распределения смазки; давлением сжатия в камерах всасывающего блока за счет наддува. Последовательность работы двигателя: В исходном положении заслонка 40 открывается, запорные краны в емкость и заслонка 34 закрываются, фиксатор 37 запирается, питание возбуждения генератора, насос топлива и спираль отключаются. Обратные просечки (верхние жалюзи) 59, регулировки охлаждения, относительно нижних, перекрывают прямой поток воздуха в зимнее время.
При запуске тросом 41, по фигуре 12, закрывается заслонка 40 и открывается запорный кран емкости воздуха. Включаются сцепление редуктора «УВСР», спираль подогрева воздуха и масла в коллекторе. Открывается фиксатор защелки клапана 37, и подается сжатый воздух в радиальный распределяющий канал. Включается контактор стартера и насос, подающий топливо через клапан подачи топлива в «ТНВД».
При оборотах «холостого хода»: открывается заслонка 40, закрывается запорный кран емкости, защелкивается фиксатор клапана 37 и отключается стартер.
При остановке работы двигателя: закрываются клапан подачи топлива и заслонка 40, выключается насос подачи, отключается питание возбуждения обмоток генератора.
При задании изменения передачи вращения на промежуточный вал нагрузки, по фигуре 9, управляемый редуктор «УВСР» (с указателем направления вектора) включает нужную скорость (и стояночный тормоз, через включенную передачу вращения вала привода). Управляя колодками привода выключения сцепления, изменяют передачу вращения включением сцепления и изменением силы прижатия колодок к диску передачи (векторной) опоры сцепления, укрепленному на кожухе каретки, и включением четвертой скорости, выключением катушки (к), задержки грузов, фигура 15.
Понижающий редуктор переключения передачи вращения по фигуре 8, с центральной смазкой подшипников и сливом излишков масла в картер маслонасоса, с соленоидом движения вилки 57, «влево», «вправо», с пружинкой возврата муфты и цепной передачей вращения.
Изобретение, создающее: дополнительное усилие на коленчатом валу, за счет применения роторного механизма преобразования усилия и передачи вращения; снижающее вредность отработанных выбросов газа и шума выхлопа удлинением операций рабочего хода, выхлопа и широкой формой выхлопных окон; уменьшающее вес двигателя отсутствием водяного охлаждения и применением в конструкции двигателя двух компактных редукторов «УВСР», в которых плавно повышается пусковой момент передачи с уменьшением оборотов вала нагрузки изменением передачи вращения.
1. Роторный дизельный двигатель, включающий цилиндрический корпус с прорезями воздушного охлаждения, всасывающий и выхлопной блоки камер, выполненные в виде цилиндров с проемами и канавками уплотнения подвижных крестообразных роторов, скрепленные с опорными дисками двигателя, ролики уплотнения крестообразных роторов, заслонки давления газов с кромками стенок подвижных корпусов заслонок, срезанных в местах соприкосновения их с роторами, вогнутые уплотнители роликов с канавками опоры и уплотнения подвижных заслонок давления газов, опорный диск, разделяющий рабочие камеры выхлопного и всасывающего блока, переходные каналы с клапанами и выводами в пусковую емкость воздуха, сливные каналы для отвода масла из канавок, подшипники вращения составного двухколенного вала с центральным осевым каналом подачи и распределения смазки, втулки установки и распределения пульсаций давления масла, плоские крестообразные клапаны газораспределения, шестерни повышения оборотов вращения крыльчатки вентилятора, электрическую спираль подогрева масла и воздуха, клапан пневматического запуска двигателя с приводом механизма открывателя защелки и заслонкой подачи воздуха, управляемый редуктор передачи вращения, понижающий редуктор переключения трех цепных передач, электрический стартер и генератор тока в общем кожухе с редуктором, насосы подачи масла и топлива, топливный насос высокого давления с форсунками, коллектор передачи давления между поршнями в каналах газовых заслонок с поршнями, пружинами и клапаном подпитки давления масла.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что плоские крестообразные клапаны перекрывают окна всасывания и выхлопа в рабочих камерах и выполнены с пружинами и поршнями в масляных каналах с пульсирующей подачей масла на уплотнители.
3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рабочие камеры расположены в кожухе с применением обдува и наддувом в камеры всасывающего блока.
4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что масло отводится по каналам в рабочих камерах обоих блоков.
5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что передача вращения изменяется за счет изменения силы сцепления в механизме редуктора и переключения передач.
6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что запуск двигателя осуществляется пневматически и электрически с возможностью подогрева воздуха и масла в каналах коллектора.
7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что топливо впрыскивается через форсунки в рабочие камеры выхлопного блока по графику работы.
8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что масло подается в каналы охлаждения болтов, стягивающих корпус.
9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что обмотки статоров электрического стартера и генератора переменного тока соединены и размещены в кожухе редуктора.
10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газовые заслонки прижаты к вогнутым стенкам роторов под давлением масла в коллекторе при помощи механизма прижатия с пружинами на поршнях в каналах заслонок давления газов.
bankpatentov.ru
Изобретение относится к роторным дизельным двигателям «РДМ». Техническим результатом является повышение экономичности. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель включает всасывающий и выхлопной блоки камер, выполненные в виде цилиндров с установленными в них на составном двухколенном валу крестообразными роторами с роликами уплотнения. Опорный диск разделяет рабочие камеры выхлопного и всасывающего блока. Клапаны газораспределения выполнены плоскими, крестообразными. 9 з.п. ф-лы, 23 ил., 1 табл.
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.
Роторный дизельный двигатель, включающий стальной цилиндрический корпус с прорезями охлаждения, с двумя отдельными блоками в кожухе, изображенный на фигуре 1, из четырех камер каждый в виде секторов цилиндров с проточками канавок по окружности на торцах камер. Всасывающий (сжимающий, запускающий) блок и выхлопной блок (рабочий), отделенные разделительным диском 6, стянутые болтами 3 на втулках 2, в кожухе 7, с окнами всасывания и прорезями охлаждения в опорных дисках двигателя, с входными проемами камер, обращенными к центру (вращения) на коленчатом валу роторов крестообразной конструкции 17, фигура 2. Составной коленчатый вал 8, соединенный жесткой муфтой 10, из вала всасывающего блока и вала выхлопного блока, с центральным осевым продольным и поперечными отверстиями распределения пульсирующей подачи масла в каналы смазки узлов трения и охлаждения стягивающих болтов корпуса двигателя. Грузы 9, противовесов, закрепленные на коленчатых валах, вращающихся в подшипниках скольжения 11, по масленой пленке, в двух опорных дисках 12 и в разделяющем опорном диске 6, с прямыми переходными каналами 13, фигура 2, дозированными отверстиями закачивания сжатого воздуха и обратными клапанами 46. Подвижные заслонки газового давления 14, с поршнями 15 и пружинами в каналах неподвижных корпусов, под давлением масла прижаты уплотнителями к вогнутым поверхностям при вращении крестообразных роторов, изменяя объем рабочих камер, сжимая воздух прижатыми роликами 18 роторов и роликовыми уплотнителями заслонок 16 к округлым стенкам камер. Каналы подачи масла к поршням уплотнителей и смазки на стенки камер. Крестообразные роторы на шейках 31 вала, с уплотнителями (18), оконечностей роторов с вогнутыми уплотнителями роликов 19 и пружинами поршней в каналах роторов с возможностью выхода масла на стенки и в канавки камер через зазоры скольжения. Крестообразные плоские клапаны, установленные на плоские стенки роторов, по осевым сторонам 23, с расширенными кромками 20, фигура 2, с крестообразными бортами упора и фиксации клапанов от сдвига в крестообразных канавках, под действием движения роторов. Двойные поршни и пружины в сквозных каналах прижатия клапанов, перекрывающих круговым движением роторов окна 24. Зауженные кромки стенок подвижных корпусов заслонок, в части выступающих роликов 21, с ребрами упора в стенки канавок, прорезанных на поверхностях опорных дисков, соприкасающиеся с кромками расширенных стенок роторов. Каналы отвода масла 22, открывающиеся в канавках уплотнения, в секторах движения роторов с пониженным давлением. Трубчатый коллектор 25 передачи давления масла между каналами заслонок с клапаном 26, фигура 1, подпитывающим давление масла в коллекторе передачи движения заслонок, передающем давление масла на поршни заслонок, в дополнение к усилию прижатия пружин. Втулка 27 установки пульсаций, синхронно с рабочими ходами, давления масла в осевом канале выхлопного блока, и две втулки 28 распределения пульсаций на шейках валов. Управляемый (векторный) сцепляющий механизм редуктора передачи вращения - «УВСР» 29. Трехскоростной редуктор по фигуре 8, со шлицевым механизмом 42 переключения передачи вращения с возможностью реверса 50 на промежуточный вал нагрузки посредством цепной передачи 45. Осевой канал подачи масла 30, проложенный внутри коленчатых валов и шеек, с входным отверстием 51. Крыльчатка вентилятора 32 наддува с шестернями повышающего привода 33, относительно вращения на подшипнике, на коленчатом валу всасывающего блока с заслонкой 34, продувки кожуха двигателя. Двойные, верхние разрезные, накладные жалюзи 59, каналы с потоками воздуха 35, каналы 36 закачивания от 10 атмосфер сжатого воздуха в пусковую емкость через дозированные отверстия с клапанами, датчиком давления и запорными кранами. Механизм пневматического запуска по фигуре 12 с тремя пружинами, защелкой клапана 37 с фиксатором и спиралями 38, электрического подогрева засасываемого воздуха и масла в коллекторе. Трос 40 управления воздушными заслонками камер всасывающего блока, механизм 41 открытия клапанов пневматического запуска двигателя и подачи топлива. Топливный насос высокого давления 53 с регулятором и муфтой опережения оборотов вала двигателя, вибрационный насос и клапан подачи топлива из бака, маслонасос 52. Шестерни 49 привода насосов на валу выхлопного блока. Форсунки 39 распыления топлива. Стартер и генератор 43 переменного тока в кожухе управляемого векторного сцепляющего редуктора.
Технический результат заключается в возникающем дополнительном усилии за счет совпадающих направлений инерции движения роторов и направления вращающего усилия, преобразованного роторным механизмом из усилия расширения газов горения топлива и повышающегося в механизме передачи вращения (ролики ротора - шейки вала).
Изобретение относится к области дизелестроения и может найти применение на тракторах, автомобилях, стационарных силовых установках и легкомоторной авиации.
Известный из патента US 1277437 A, F02B 53/00, 1918 роторный двигатель - ближайший аналог. Недостатки известных двигателей те же, как и у «РДД», образующегося из двух прототипов с применением отличающихся деталей: рабочие камеры неподвижны, вращающийся коленчатый вал с двумя роторами на шейках вала и противовесами к ним. Роторы, свободно вращающиеся на шейках коленчатого вала, двигаются по линии круга, описываемой вращением шеек двухколенного вала, и прижимаются в пределах зазоров к округлым стенкам камер соразмерно центробежной силе, воспринимая давление газов свободно вращающимися роликами на оконечностях роторов, прижатые к внутренним округлым поверхностям трех рабочих камер. Значительная часть выделенной энергии горения газов современных двигателей внутреннего сгорания, расходуемая бесполезно, определяется по громкому выхлопу газов. Оконечности роторов «РДД», совершающие движение значительно длиннее пути кругового движения шеек коленчатого вала и повышающие усилие передачи вращения на шейки вала, выделенное роторным механизмом в рабочих камерах выхлопного блока, снижают шум выхлопа широкими и продолжительно открытыми выхлопными окнами.
Задачей настоящего двигателя является повышение технических характеристик роторного двигателя применением: устройства канавок в конструкции уплотнителей рабочих камер, обеспечивающих необходимое сжатие; повышенных оборотов крыльчатки воздушного охлаждения и порядка рабочих ходов с продувкой камер выхлопного блока. Применением: преобразования энергии расширения газов во вращательное движение, выполняющееся роторным механизмом, без возвратно-поступательных движений деталей поршневого механизма преобразования; отставанием шейки вала выхлопного блока на 90 градусов вращения от шейки вала всасывающего блока; совмещенными операциями в камерах всасывающего блока, всасывание-сжатие, а в камерах выхлопного блока, рабочий ход-выхлоп 55. Впрыском топлива в рабочие камеры в соответствии с графиком по фигуре 11, по направлению открывающихся переходных каналов. Совпадающими пульсациями давления масла в каналах по таблице пульсаций, с операциями всасывания/рабочих ходов и провалами давления пульсаций, с рабочими операциями наддув/продувка газов, через втулку установки пульсаций, распределенных в каналы противоположных оконечностей роторов через втулки 28, по фигуре 1, подающими смазку трущихся поверхностей роторов через зазоры движения. Применением плоских клапанов газораспределения с крестообразными упорами в крестообразные направляющие канавки уплотнения с поршнями и пружинами, в сквозных каналах каркасов роторов, прижимающих давлением масла подвижные пластины - клапаны, к стенкам рабочих камер и аналогичных по форме плоских клапанов и стенок роторов, движущихся в прорезях канавок на округлых стенках рабочих камер 4. Кромками расширенных стенок роторов, скользящих в канавках 5, с проточенными кольцевыми выточками уплотнения роликов. Подвижными корпусами заслонок газового давления, с узкими кромками 21, и ребрами упора 48. Заслонками, отделяющими камеры и упирающимися в стенки канавок 47, прорезанных на опорных дисках двигателя. Применением вогнутых уплотнителей 19, контактных поверхностей роликов с поршнями и пружинами в каналах передачи усилия масленым давлением, передающимся через каналы масленого коллектора, передающего усилие давления масла между каналами заслонок на прижатие заслонок. Понижением передачи вращательного движения оконечностей роторов на шейки 31, составного коленчатого вала, понижением передачи вращения в редукторе «УВСР» и в трехскоростном редукторе трансмиссии выхлопного блока с цепной передачей.
Применением пневматического запуска двигателя с подключением электрического стартера через механизм редуктора «УВСР» по фигуре 10.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-25:
фигура 1 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «А-А», с наложенными штриховыми контурами роторов, смещенными относительно их положения,
фигура 2 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «В-В», с наложенными штриховыми контурами изображения роторов выхлопного блока,
фигура 3 - дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «С-С», с наложенными штриховыми контурами изображения роторов всасывающего блока,
фигура 4 - втулка установки пульсаций давления масла двигателя «РДД»,
фигура 5 - схема распределения пульсаций давления масла двигателя «РДД»,
на фигуре 6 изображена кинематическая схема работы двигателя «РДД»,
на фигуре 7 изображена принципиальная схема работы двигателя «РДД»,
фигура 8 - передаточная трансмиссия выхлопного блока двигателя «РДД»,
на фигуре 9 изображена схема управляемого векторного сцепляющего редуктора «УВСР» и механизма блокировки вращения каретки, совмещенного со стартером и генератором,
фигура 10 - схема устройства электрического стартера и генератора переменного тока в общем корпусе редуктора «УВСР»,
на фигуре 11 изображен график «Порядок рабочих операций двигателя РДД»,
фигура 12 - схема механизма «Пневматический запуск двигателя «РДД»,
фигура 13 - канавки уплотнения газовых заслонок с упорами, двигатель «РДД»,
на фигуре 14 изображена схема движения масла в картерах редуктора переключения передач и маслонасоса двигателя «РДД»,
фигура 15 - схема редуктора «УВСР» и центробежного механизма включения сцепления, двигатель «РДД»,
фигура 16 - «Поворотный масленый клапан», в авиационных двигателях «РДД»,
фигура 17 - «Прорези охлаждения и отверстия на корпусе двигателя «РДД»,
фигура 18 - «Прорези охлаждения и отверстия на опорном диске двигателя «РДД»,
фигура 19 - «Механизм действия пускового клапана двигателя «РДД».
фигура 20 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «А-А», - с наложенными штриховыми контурами изображения ротора всасывающего блока,
фигура 21 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «В-В», без штриховых контуров изображения ротора выхлопного блока,
фигура 22 - роторный дизельный двигатель «РДД» в условном разрезе по линии «С-С»,
фигура 23 - схема топливного насоса высокого давления «ТНВД 200».
Изобретение основывается на применении: уплотнения контактных поверхностей плоских стенок роторов в канавках, прорезанных на стенках камер всасывающего блока для усиления сжатия; преобразования давления расширенных газов горения топлива в камерах выхлопного блока и передачи усилия вращения; уплотнения плоских клапанов газораспределения, изготавливающихся по расширенной конфигурации каркасов роторов, с крестообразными упорами в крестообразных канавках, предохраняющих клапаны от сдвига под действием движения роторов; коллектора передачи пульсирующего давления масла между каналами газовых заслонок; вогнутых уплотнителей и роликов с поршнями и пружинами; втулок установки и распределения пульсаций; газовых заслонок с ребрами уплотнения и упора в стенки уплотняющих канавок 47; масленого привода движения заслонок; управляемых редукторов передачи вращения «УВСР»; системы обдува и масленого охлаждения камер и наддува воздуха в камеры всасывающего блока с подогревом засасываемого воздуха 55; пневматического и электрического запуска двигателя с электрическим подогревом воздуха и масла в коллекторе 25.
Изобретение относится к роторному дизельному двигателю «РДД» по фигуре 1, состоящему из двух блоков рабочих камер с двумя крестообразными роторами, крестообразными клапанами и восемью заслонками газового давления, обеспечивающими с круговым движением роторов всасывание и сжатие воздуха в камерах всасывающего блока, пневматический запуск двигателя и переход сжатого воздуха в камеры выхлопного блока через переходные каналы разделительного диска с клапанами и каналами автоматического закачивания сжатого воздуха в емкость. Сбалансированный противовесами ротор на коленчатом валу (выхлопного блока) воспринимает давление газов горения через рабочие поверхности оконечностей ротора с роликами и передает усилие вращения на шейки двухсоставного коленчатого вала двигателя, с ведущей шестерней понижающего редуктора «УВСР», на движение ротора всасывающего блока и шестерни привода насосов подачи масла и топлива. Воздушное охлаждение рабочих камер выхлопного блока и заслонок газового давления регулируется заслонкой 34 в каналах 35 цилиндрического кожуха двигателя, и усиленный наддув в окна рабочих камер всасывающего блока, вращающейся на коленчатом валу двигателя крыльчаткой вентилятора 32. С повышенными относительно вала оборотами вращения, в механизме повышения вращения с неподвижным зубчатым венцом, двумя шестернями планетарной передачи, шестерней, скрепленной с крыльчаткой, и жестко посаженным на вал диском с полуосями сателлитов. С охлаждением рабочих камер и заслонок газового давления обдувом воздушными «струями», входящими через каналы 35 и в окна обдува в опорных дисках корпуса на крыльчатку. С охлаждением болтов, стягивающих блоки, пульсирующим протоком масла в трубках по каналам 56 с фильтром и радиатором охлаждения. С удалением масла из рабочих камер по сливным каналам 22, в опорных дисках, открывающимся при движении роторов в секторах низкого давления сжатия, (ниже давления пульсаций масла), из канавок уплотнения, размещенных на округлых стенках рабочих камер. С возможностью запуска работы двигателя давлением предварительно сжатого воздуха, поданного из пусковой емкости на рабочие поверхности ротора всасывающего блока и подогревающегося электрическими спиралями 38, в камеры всасывающего блока через пусковой клапан в радиальный канал, по таблице открытия клапанов 23, с закрытой воздушной заслонкой 40, через окна 24. С увеличением оборотов коленчатого вала, за счет усилия электрического стартера и последующей самостоятельной работой выхлопного блока при открытой воздушной заслонке 40.
Возможность сжатия воздуха под давлением в 17 атмосфер достигается: уплотнением рабочих камер с применением канавок 5, для движения расширенных плоских стенок роторов с плоскими крестообразными клапанами на двух сторонах роторов; уплотнением подвижных корпусов заслонок газового давления с применением канавок 47, прорезанных на поверхностях опорных дисков на длину хода заслонок; расточкой стенок корпусов заслонок для роликов; применением вогнутых вкладышей для передачи давления на прижатие поверхности роликов роторов к округлым стенкам рабочих камер; прижатием плоских клапанов газораспределения поршнями и пружинами с пульсирующим давлением масла в каналах и канавках 58, распределения смазки; давлением сжатия в камерах всасывающего блока за счет наддува. Последовательность работы двигателя: В исходном положении заслонка 40 открывается, запорные краны в емкость и заслонка 34 закрываются, фиксатор 37 запирается, питание возбуждения генератора, насос топлива и спираль отключаются. Обратные просечки (верхние жалюзи) 59, регулировки охлаждения, относительно нижних, перекрывают прямой поток воздуха в зимнее время.
При запуске тросом 41, по фигуре 12, закрывается заслонка 40 и открывается запорный кран емкости воздуха. Включаются сцепление редуктора «УВСР», спираль подогрева воздуха и масла в коллекторе. Открывается фиксатор защелки клапана 37, и подается сжатый воздух в радиальный распределяющий канал. Включается контактор стартера и насос, подающий топливо через клапан подачи топлива в «ТНВД».
При оборотах «холостого хода»: открывается заслонка 40, закрывается запорный кран емкости, защелкивается фиксатор клапана 37 и отключается стартер.
При остановке работы двигателя: закрываются клапан подачи топлива и заслонка 40, выключается насос подачи, отключается питание возбуждения обмоток генератора.
При задании изменения передачи вращения на промежуточный вал нагрузки, по фигуре 9, управляемый редуктор «УВСР» (с указателем направления вектора) включает нужную скорость (и стояночный тормоз, через включенную передачу вращения вала привода). Управляя колодками привода выключения сцепления, изменяют передачу вращения включением сцепления и изменением силы прижатия колодок к диску передачи (векторной) опоры сцепления, укрепленному на кожухе каретки, и включением четвертой скорости, выключением катушки (к), задержки грузов, фигура 15.
Понижающий редуктор переключения передачи вращения по фигуре 8, с центральной смазкой подшипников и сливом излишков масла в картер маслонасоса, с соленоидом движения вилки 57, «влево», «вправо», с пружинкой возврата муфты и цепной передачей вращения.
Изобретение, создающее: дополнительное усилие на коленчатом валу, за счет применения роторного механизма преобразования усилия и передачи вращения; снижающее вредность отработанных выбросов газа и шума выхлопа удлинением операций рабочего хода, выхлопа и широкой формой выхлопных окон; уменьшающее вес двигателя отсутствием водяного охлаждения и применением в конструкции двигателя двух компактных редукторов «УВСР», в которых плавно повышается пусковой момент передачи с уменьшением оборотов вала нагрузки изменением передачи вращения.
1. Роторный дизельный двигатель, включающий цилиндрический корпус с прорезями воздушного охлаждения, всасывающий и выхлопной блоки камер, выполненные в виде цилиндров с проемами и канавками уплотнения подвижных крестообразных роторов, скрепленные с опорными дисками двигателя, ролики уплотнения крестообразных роторов, заслонки давления газов с кромками стенок подвижных корпусов заслонок, срезанных в местах соприкосновения их с роторами, вогнутые уплотнители роликов с канавками опоры и уплотнения подвижных заслонок давления газов, опорный диск, разделяющий рабочие камеры выхлопного и всасывающего блока, переходные каналы с клапанами и выводами в пусковую емкость воздуха, сливные каналы для отвода масла из канавок, подшипники вращения составного двухколенного вала с центральным осевым каналом подачи и распределения смазки, втулки установки и распределения пульсаций давления масла, плоские крестообразные клапаны газораспределения, шестерни повышения оборотов вращения крыльчатки вентилятора, электрическую спираль подогрева масла и воздуха, клапан пневматического запуска двигателя с приводом механизма открывателя защелки и заслонкой подачи воздуха, управляемый редуктор передачи вращения, понижающий редуктор переключения трех цепных передач, электрический стартер и генератор тока в общем кожухе с редуктором, насосы подачи масла и топлива, топливный насос высокого давления с форсунками, коллектор передачи давления между поршнями в каналах газовых заслонок с поршнями, пружинами и клапаном подпитки давления масла.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что плоские крестообразные клапаны перекрывают окна всасывания и выхлопа в рабочих камерах и выполнены с пружинами и поршнями в масляных каналах с пульсирующей подачей масла на уплотнители.
3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рабочие камеры расположены в кожухе с применением обдува и наддувом в камеры всасывающего блока.
4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что масло отводится по каналам в рабочих камерах обоих блоков.
5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что передача вращения изменяется за счет изменения силы сцепления в механизме редуктора и переключения передач.
6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что запуск двигателя осуществляется пневматически и электрически с возможностью подогрева воздуха и масла в каналах коллектора.
7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что топливо впрыскивается через форсунки в рабочие камеры выхлопного блока по графику работы.
8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что масло подается в каналы охлаждения болтов, стягивающих корпус.
9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что обмотки статоров электрического стартера и генератора переменного тока соединены и размещены в кожухе редуктора.
10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газовые заслонки прижаты к вогнутым стенкам роторов под давлением масла в коллекторе при помощи механизма прижатия с пружинами на поршнях в каналах заслонок давления газов.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение направлено на повышение кпд, мощности, надежности и экологической чистоты двигателя. Роторный дизельный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус с двумя диаметрально симметричными профилированными рабочими полостями, выходной вал, жестко связанный с цилиндрическим ротором, имеющим два профильных паза, в которых на осях, параллельных оси вращения ротора, закреплены поршни, совершающие качающие движения, две торцевые крышки, в одной из которых выполнены два окна, сопряженных с началом каждой рабочей полости для всасывания заряда воздуха, и два окна, сопряженных с концом каждой рабочей полости для выхлопа отработанных газов. Две камеры сгорания, каждая из которых имеет вид двух сопряженных цилиндрических полостей, расположены в корпусе двигателя параллельно оси вращения ротора так, что каждое из их впускных окон прямоугольной формы сопряжено с концом одной рабочей полости, а каждое из их выпускных окон сопряжено с началом другой рабочей полости. Каждое впускное окно со стороны камеры сгорания закрывается клапаном, имеющим форму изогнутой пластины, которая своей цилиндрической поверхностью сопрягается без зазора с цилиндрической поверхностью камеры сгорания вокруг окна, а своей выступающей частью входит с зазором в полость окна путем поворота на оси, параллельной оси цилиндрической полости камеры сгорания и смещенной к ее стенке. Каждое выпускное окно перекрывается клапаном, имеющим вид двух диаметрально симметричных сегментов цилиндра, снабженных уплотнительными элементами, конструкция которых обеспечивает сопряжение без зазора с поверхностью камеры сгорания, путем поворота на оси вращения, совмещенной с осью цилиндрической части камеры сгорания, в которой он расположен. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания роторного типа.
Известен роторный двигатель, содержащий корпус с профилированной рабочей поверхностью, торцевые крышки, выходной вал, цилиндрический ротор с пазами, в которых на осях установлены поршни, контактирующие с поверхностью корпуса и образующие надпоршневые и подпоршневые объемы, причем камеры сгорания находятся внутри поршней и снабжены перепускным клапаном с обратным клапаном, систему газообмена с окнами в торцевой крышке и свечами зажигания с возможностью сообщения окон с подпоршневыми объемами, а свечей - с камерами сгорания (а.с. СССР №1017803, опубл. 15.05.1983 г.).
Недостатками этого двигателя являются невысокий кпд, сложность конструкции, ненадежность в работе. Причинами являются небольшая степень сжатия заряда, низкая технологичность конструкции из-за наличия внутренних полостей и расположения в них сборных элементов, наличия пружин в зоне с высокой температурой.
Известен роторный двигатель, содержащий корпус с профилированной рабочей поверхностью, цилиндрический ротор, установленный на валу и снабженный качающимися поршнями, в которых расположены камеры сгорания с подпружиненными обратными клапанами. Торцевые крышки имеют впускные отверстия с диффузорами, через которые воздух попадает в подпоршневое пространство, и выпускные отверстия для отработанных газов (патент РФ №2068106, опубл. 20.10.1996 г. - прототип).
Двигатель работает таким образом, что при вращении ротора всасывание заряда происходит в подпоршневое пространство при выходе поршня из паза ротора, сжатие и перепуск заряда в камеру сгорания - при входе поршня в паз ротора, затем его воспламенение, после чего при выходе поршня из паза ротора происходит рабочий ход.
Недостатками этого двигателя являются отсутствие клапана, закрывающего впускное отверстие, что приведет к выталкиванию заряда обратно вместо его сжатия, отсутствие внешнего воспламенения, без которого двигатель не будет работать, так как получаемая в нем степень сжатия заряда недостаточна для его самовоспламенения, сложность конструкции и ее нетехнологичность из-за наличия в роторе и поршнях внутренних полостей и расположенных в них деталей, а также наличия пружины в камере сгорания.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение кпд и снижение уровня токсических веществ в выхлопных газах, повышение надежности работы и улучшение технологичности конструкции, увеличение моторесурса.
Этот результат достигается тем, что в роторном дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем неподвижный корпус с двумя диаметрально симметричными профилированными рабочими полостями, выходной вал, жестко связанный с цилиндрическим ротором, имеющим два профильных паза, в которых на осях, параллельных оси вращения ротора, закреплены поршни, совершающие качающие движения, две торцевые крышки, в одной из которых выполнены два окна, сопряженных с началом каждой рабочей полости для всасывания заряда воздуха, и два окна, сопряженных с концом каждой рабочей полости для выхлопа отработанных газов, две камеры сгорания, каждая из которых имеет вид двух сопряженных цилиндрических полостей, расположены в корпусе двигателя параллельно оси вращения ротора так, что каждое из их впускных окон прямоугольной формы сопряжено с концом одной рабочей полости, а каждое из их выпускных окон сопряжено с началом другой рабочей полости, причем каждое впускное окно со стороны камеры сгорания закрывается клапаном, имеющим форму изогнутой пластины, которая своей цилиндрической поверхностью сопрягается без зазора с цилиндрической поверхностью камеры сгорания вокруг окна, а своей выступающей частью входит с зазором в полость окна путем поворота на оси, параллельной оси цилиндрической полости камеры сгорания и смещенной к ее стенке, а каждое выпускное окно перекрывается клапаном, имеющим вид двух диаметрально симметричных сегментов цилиндра, снабженных уплотнительными элементами, конструкция которых обеспечивает сопряжение без зазора с поверхностью камеры сгорания путем поворота на оси вращения, совмещенной с осью цилиндрической части камеры сгорания, в которой он расположен.
Может иметься механизм изменения степени сжатия, состоящий из болвана, вводимого в камеру сгорания, и привода для его введения.
Конструкцией двигателя обеспечивается высокая геометрическая степень сжатия заряда воздуха и возможность ее изменения во время работы путем уменьшения объема камеры сгорания введением в нее конструктивного элемента - "болвана" с помощью специального привода. Геометрическая форма болвана может быть любой, а направление введения либо вдоль оси клапана со стороны крышки, либо перпендикулярно оси в подклапанное пространство через корпус двигателя. Расчетная геометрическая степень сжатия заряда воздуха (без учета повышения давления турбиной наддува) составляет 15,7, а при полностью введенном в камеру сгорания болване - 23 и может быть изменена на стадии проектирования. При введенном болване двигатель гарантированно запускается и в дальнейшем надежно работает в различных вариантах (с турбиной или без турбины, с болваном или без него) в зависимости от необходимой мощности или в случае поломки. Расчет показал, что крутящий момент двигателя на 40% превышает крутящий момент кривошипно-шатунного двигателя применительно к одному поршню при равных условиях (одинаковый объем рабочей камеры, одна степень сжатия, один тип горючего) за один рабочий ход. Остаточное давление выхлопных газов используется для вращения турбины наддува, сидящей на валу в подшипниках и не использующей его энергию. Сгорание топлива происходит наиболее полно, так как осуществляется в камере постоянного объема, при этом обеспечивается необходимое время для его полного сгорания и необходимый коэффициент избытка воздуха. Потери тепла в камере сгорания и связанное с ними снижение давления будут меньшими, чем в даже наиболее распространенных двигателях с кривошипно-шатунным механизмом, так как соотношение объема камеры и ее площади поверхности является лучшим. Выходной вал с ротором не испытывают радиальных нагрузок от давления газов, так как синхронная работа двух поршней их взаимно нейтрализует. Это позволяет применить подшипники качения, что снижает силу трения в посадочных узлах. Для снижения трения смазка подведена непосредственно в зону контакта поршней с корпусом и ротора с корпусом, одновременно осуществляя их охлаждение. Важное отличие двигателя от аналогов состоит в том, что он работает в дизельном режиме с внутренним смесеобразованием при впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез двигателя, на фиг.2 - впускной клапан камеры сгорания в разрезе, на фиг.3 - выпускной клапан камеры сгорания в разрезе, на фиг.4 показан поршень.
Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус 1, имеющий две профилированные рабочие полости 2, две камеры сгорания 9, выполненные в теле корпуса и расположенные диаметрально симметрично между рабочими полостями, и снабженный каналами 17 для охлаждающей жидкости. Цилиндрический ротор 3 с жестко связанным с ним выходным валом. Ротор имеет два профилированных паза, в которых расположены поршни 4, связанные с ротором пальцами 5 и имеющие возможность совершать качательные движения во время вращения ротора, при этом всегда находясь в контакте с корпусом 1 своими наконечниками 8. Ротор и поршни имеют каналы 19 для подвода смазки. Камеры сгорания имеют впускные 11 и выпускные 6 окна, соединяющиеся с рабочими полостями и перекрываемые клапанами, а также форсунки 16 для подачи топлива. В одной из двух торцевых крышек выполнены окна с клапанами для всасывания заряда воздуха и выпуска отработанных газов и отверстия для введения в камеры сгорания болванов 18. Турбина наддува приводится во вращение энергией выхлопных газов.
Двигатель работает следующим образом (описываемые ниже процессы происходят одновременно в двух рабочих полостях). При вращении ротора 3 поршень 4, поворачиваясь на пальце 5 от воздействия центробежной силы, своим наконечником 8 скользит по внутренней поверхности корпуса 1, хвостовиком всегда оставаясь в пазу ротора, и так делит рабочую полость на подпоршневое и надпоршневое пространства. В момент прохождения наконечником поршня 8 выпускного окна 6 камеры сгорания 9 клапан 7 открывает окно 6, и газы от сгоревшей смеси под большим давлением поступают в надпоршневое пространство, толкают поршень 4, создавая крутящий момент на роторе, то есть совершая рабочий ход. Во время рабочего хода в подпоршневом пространстве осуществляется сжатие свежего заряда воздуха, набранного в рабочую полость в предыдущем цикле. В тот момент, когда давление сжимаемого заряда превысит давление в надпоршневом пространстве и камере сгорания, автоматически открывается впускной клапан 10, и заряд заполняет камеру сгорания 9. Одновременно с открытием клапана 10 выпускной клапан 7 принудительно закрывается, и во время его закрытия происходит частичная продувка камеры сгорания от выхлопных газов. При прохождении наконечником поршня 8 зоны впускного окна 11 камеры сгорания 9 клапан 10 от возникающего перепада давления автоматически закрывается, герметизируя окно, при этом выступающая часть клапана входит в полость окна, уменьшая объем «мертвой зоны». В это же время клапанами 12 открываются выхлопные окна 13, и отработанные газы с остаточным давлением около пяти атмосфер поступают на лопасти турбины наддува, установленной в подшипниках на выходном валу. Таким образом, за пол-оборота ротора каждый поршень осуществил такт рабочего хода и такт сжатия заряда воздуха. Продолжая движение, поршень переходит в следующую рабочую полость, где своей внутренней поверхностью вытесняет выхлопные газы, давление которых к этому времени снижается до атмосферного, при этом в момент прохождения наконечником 8 зоны впускного окна 15 открывается клапан 14, и рабочая полость заполняется зарядом свежего воздуха, поступающего из турбины наддува. При прохождении наконечником 8 зоны расположения выхлопного окна 13 оно закрывается клапаном 12, а впускной клапан 14 закрывается в зоне выхода наконечника 8 из рабочей полости. В это же время происходит впрыск топлива через форсунку 16, точный момент впрыска зависит от скорости вращения ротора и рассчитывается так, чтобы к моменту подхода наконечника 8 к выпускному окну 6 камеры сгорания 9 все топливо успело сгореть и давление газов было максимальным. Далее наконечник 8 опять перемещается в следующую рабочую полость, и описанный цикл повторяется.
Таким образом, за вторые пол-оборота ротора каждый поршень осуществил такт выхлопа отработанных газов и такт всасывания свежего заряда. Введение болвана 18 в камеру сгорания 9 осуществляется своим приводом и не зависит от фазы цикла.
1. Роторный дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с двумя диаметрально симметричными профилированными рабочими полостями, выходной вал, жестко связанный с цилиндрическим ротором, имеющим два профильных паза, в которых на осях, параллельных оси вращения ротора, закреплены поршни, совершающие качающие движения, две торцевые крышки, в одной из которых выполнены два окна, сопряженных с началом каждой рабочей полости для всасывания заряда воздуха, и два окна, сопряженных с концом каждой рабочей полости для выхлопа отработанных газов, отличающийся тем, что две камеры сгорания, каждая из которых имеет вид двух сопряженных цилиндрических полостей, расположены в корпусе двигателя параллельно оси вращения ротора так, что каждое из их впускных окон прямоугольной формы сопряжено с концом одной рабочей полости, а каждое из их выпускных окон сопряжено с началом другой рабочей полости, причем каждое впускное окно со стороны камеры сгорания закрывается клапаном, имеющим форму изогнутой пластины, которая своей цилиндрической поверхностью сопрягается без зазора с цилиндрической поверхностью камеры сгорания вокруг окна, а своей выступающей частью входит с зазором в полость окна путем поворота на оси, параллельной оси цилиндрической полости камеры сгорания и смещенной к ее стенке, а каждое выпускное окно перекрывается клапаном, имеющим вид двух диаметрально симметричных сегментов цилиндра, снабженных уплотнительными элементами, конструкция которых обеспечивает сопряжение без зазора с поверхностью камеры сгорания путем поворота на оси вращения, совмещенной с осью цилиндрической части камеры сгорания, в которой он расположен.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеется механизм изменения степени сжатия, состоящий из болвана, вводимого в камеру сгораниями, и привода для его введения.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение направлено на повышение кпд, мощности, надежности и экологической чистоты двигателя. Роторный дизельный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус с двумя диаметрально симметричными профилированными рабочими полостями, выходной вал, жестко связанный с цилиндрическим ротором, имеющим два профильных паза, в которых на осях, параллельных оси вращения ротора, закреплены поршни, совершающие качающие движения, две торцевые крышки, в одной из которых выполнены два окна, сопряженных с началом каждой рабочей полости для всасывания заряда воздуха, и два окна, сопряженных с концом каждой рабочей полости для выхлопа отработанных газов. Две камеры сгорания, каждая из которых имеет вид двух сопряженных цилиндрических полостей, расположены в корпусе двигателя параллельно оси вращения ротора так, что каждое из их впускных окон прямоугольной формы сопряжено с концом одной рабочей полости, а каждое из их выпускных окон сопряжено с началом другой рабочей полости. Каждое впускное окно со стороны камеры сгорания закрывается клапаном, имеющим форму изогнутой пластины, которая своей цилиндрической поверхностью сопрягается без зазора с цилиндрической поверхностью камеры сгорания вокруг окна, а своей выступающей частью входит с зазором в полость окна путем поворота на оси, параллельной оси цилиндрической полости камеры сгорания и смещенной к ее стенке. Каждое выпускное окно перекрывается клапаном, имеющим вид двух диаметрально симметричных сегментов цилиндра, снабженных уплотнительными элементами, конструкция которых обеспечивает сопряжение без зазора с поверхностью камеры сгорания, путем поворота на оси вращения, совмещенной с осью цилиндрической части камеры сгорания, в которой он расположен. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания роторного типа.
Известен роторный двигатель, содержащий корпус с профилированной рабочей поверхностью, торцевые крышки, выходной вал, цилиндрический ротор с пазами, в которых на осях установлены поршни, контактирующие с поверхностью корпуса и образующие надпоршневые и подпоршневые объемы, причем камеры сгорания находятся внутри поршней и снабжены перепускным клапаном с обратным клапаном, систему газообмена с окнами в торцевой крышке и свечами зажигания с возможностью сообщения окон с подпоршневыми объемами, а свечей - с камерами сгорания (а.с. СССР №1017803, опубл. 15.05.1983 г.).
Недостатками этого двигателя являются невысокий кпд, сложность конструкции, ненадежность в работе. Причинами являются небольшая степень сжатия заряда, низкая технологичность конструкции из-за наличия внутренних полостей и расположения в них сборных элементов, наличия пружин в зоне с высокой температурой.
Известен роторный двигатель, содержащий корпус с профилированной рабочей поверхностью, цилиндрический ротор, установленный на валу и снабженный качающимися поршнями, в которых расположены камеры сгорания с подпружиненными обратными клапанами. Торцевые крышки имеют впускные отверстия с диффузорами, через которые воздух попадает в подпоршневое пространство, и выпускные отверстия для отработанных газов (патент РФ №2068106, опубл. 20.10.1996 г. - прототип).
Двигатель работает таким образом, что при вращении ротора всасывание заряда происходит в подпоршневое пространство при выходе поршня из паза ротора, сжатие и перепуск заряда в камеру сгорания - при входе поршня в паз ротора, затем его воспламенение, после чего при выходе поршня из паза ротора происходит рабочий ход.
Недостатками этого двигателя являются отсутствие клапана, закрывающего впускное отверстие, что приведет к выталкиванию заряда обратно вместо его сжатия, отсутствие внешнего воспламенения, без которого двигатель не будет работать, так как получаемая в нем степень сжатия заряда недостаточна для его самовоспламенения, сложность конструкции и ее нетехнологичность из-за наличия в роторе и поршнях внутренних полостей и расположенных в них деталей, а также наличия пружины в камере сгорания.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение кпд и снижение уровня токсических веществ в выхлопных газах, повышение надежности работы и улучшение технологичности конструкции, увеличение моторесурса.
Этот результат достигается тем, что в роторном дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем неподвижный корпус с двумя диаметрально симметричными профилированными рабочими полостями, выходной вал, жестко связанный с цилиндрическим ротором, имеющим два профильных паза, в которых на осях, параллельных оси вращения ротора, закреплены поршни, совершающие качающие движения, две торцевые крышки, в одной из которых выполнены два окна, сопряженных с началом каждой рабочей полости для всасывания заряда воздуха, и два окна, сопряженных с концом каждой рабочей полости для выхлопа отработанных газов, две камеры сгорания, каждая из которых имеет вид двух сопряженных цилиндрических полостей, расположены в корпусе двигателя параллельно оси вращения ротора так, что каждое из их впускных окон прямоугольной формы сопряжено с концом одной рабочей полости, а каждое из их выпускных окон сопряжено с началом другой рабочей полости, причем каждое впускное окно со стороны камеры сгорания закрывается клапаном, имеющим форму изогнутой пластины, которая своей цилиндрической поверхностью сопрягается без зазора с цилиндрической поверхностью камеры сгорания вокруг окна, а своей выступающей частью входит с зазором в полость окна путем поворота на оси, параллельной оси цилиндрической полости камеры сгорания и смещенной к ее стенке, а каждое выпускное окно перекрывается клапаном, имеющим вид двух диаметрально симметричных сегментов цилиндра, снабженных уплотнительными элементами, конструкция которых обеспечивает сопряжение без зазора с поверхностью камеры сгорания путем поворота на оси вращения, совмещенной с осью цилиндрической части камеры сгорания, в которой он расположен.
Может иметься механизм изменения степени сжатия, состоящий из болвана, вводимого в камеру сгорания, и привода для его введения.
Конструкцией двигателя обеспечивается высокая геометрическая степень сжатия заряда воздуха и возможность ее изменения во время работы путем уменьшения объема камеры сгорания введением в нее конструктивного элемента - "болвана" с помощью специального привода. Геометрическая форма болвана может быть любой, а направление введения либо вдоль оси клапана со стороны крышки, либо перпендикулярно оси в подклапанное пространство через корпус двигателя. Расчетная геометрическая степень сжатия заряда воздуха (без учета повышения давления турбиной наддува) составляет 15,7, а при полностью введенном в камеру сгорания болване - 23 и может быть изменена на стадии проектирования. При введенном болване двигатель гарантированно запускается и в дальнейшем надежно работает в различных вариантах (с турбиной или без турбины, с болваном или без него) в зависимости от необходимой мощности или в случае поломки. Расчет показал, что крутящий момент двигателя на 40% превышает крутящий момент кривошипно-шатунного двигателя применительно к одному поршню при равных условиях (одинаковый объем рабочей камеры, одна степень сжатия, один тип горючего) за один рабочий ход. Остаточное давление выхлопных газов используется для вращения турбины наддува, сидящей на валу в подшипниках и не использующей его энергию. Сгорание топлива происходит наиболее полно, так как осуществляется в камере постоянного объема, при этом обеспечивается необходимое время для его полного сгорания и необходимый коэффициент избытка воздуха. Потери тепла в камере сгорания и связанное с ними снижение давления будут меньшими, чем в даже наиболее распространенных двигателях с кривошипно-шатунным механизмом, так как соотношение объема камеры и ее площади поверхности является лучшим. Выходной вал с ротором не испытывают радиальных нагрузок от давления газов, так как синхронная работа двух поршней их взаимно нейтрализует. Это позволяет применить подшипники качения, что снижает силу трения в посадочных узлах. Для снижения трения смазка подведена непосредственно в зону контакта поршней с корпусом и ротора с корпусом, одновременно осуществляя их охлаждение. Важное отличие двигателя от аналогов состоит в том, что он работает в дизельном режиме с внутренним смесеобразованием при впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез двигателя, на фиг.2 - впускной клапан камеры сгорания в разрезе, на фиг.3 - выпускной клапан камеры сгорания в разрезе, на фиг.4 показан поршень.
Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус 1, имеющий две профилированные рабочие полости 2, две камеры сгорания 9, выполненные в теле корпуса и расположенные диаметрально симметрично между рабочими полостями, и снабженный каналами 17 для охлаждающей жидкости. Цилиндрический ротор 3 с жестко связанным с ним выходным валом. Ротор имеет два профилированных паза, в которых расположены поршни 4, связанные с ротором пальцами 5 и имеющие возможность совершать качательные движения во время вращения ротора, при этом всегда находясь в контакте с корпусом 1 своими наконечниками 8. Ротор и поршни имеют каналы 19 для подвода смазки. Камеры сгорания имеют впускные 11 и выпускные 6 окна, соединяющиеся с рабочими полостями и перекрываемые клапанами, а также форсунки 16 для подачи топлива. В одной из двух торцевых крышек выполнены окна с клапанами для всасывания заряда воздуха и выпуска отработанных газов и отверстия для введения в камеры сгорания болванов 18. Турбина наддува приводится во вращение энергией выхлопных газов.
Двигатель работает следующим образом (описываемые ниже процессы происходят одновременно в двух рабочих полостях). При вращении ротора 3 поршень 4, поворачиваясь на пальце 5 от воздействия центробежной силы, своим наконечником 8 скользит по внутренней поверхности корпуса 1, хвостовиком всегда оставаясь в пазу ротора, и так делит рабочую полость на подпоршневое и надпоршневое пространства. В момент прохождения наконечником поршня 8 выпускного окна 6 камеры сгорания 9 клапан 7 открывает окно 6, и газы от сгоревшей смеси под большим давлением поступают в надпоршневое пространство, толкают поршень 4, создавая крутящий момент на роторе, то есть совершая рабочий ход. Во время рабочего хода в подпоршневом пространстве осуществляется сжатие свежего заряда воздуха, набранного в рабочую полость в предыдущем цикле. В тот момент, когда давление сжимаемого заряда превысит давление в надпоршневом пространстве и камере сгорания, автоматически открывается впускной клапан 10, и заряд заполняет камеру сгорания 9. Одновременно с открытием клапана 10 выпускной клапан 7 принудительно закрывается, и во время его закрытия происходит частичная продувка камеры сгорания от выхлопных газов. При прохождении наконечником поршня 8 зоны впускного окна 11 камеры сгорания 9 клапан 10 от возникающего перепада давления автоматически закрывается, герметизируя окно, при этом выступающая часть клапана входит в полость окна, уменьшая объем «мертвой зоны». В это же время клапанами 12 открываются выхлопные окна 13, и отработанные газы с остаточным давлением около пяти атмосфер поступают на лопасти турбины наддува, установленной в подшипниках на выходном валу. Таким образом, за пол-оборота ротора каждый поршень осуществил такт рабочего хода и такт сжатия заряда воздуха. Продолжая движение, поршень переходит в следующую рабочую полость, где своей внутренней поверхностью вытесняет выхлопные газы, давление которых к этому времени снижается до атмосферного, при этом в момент прохождения наконечником 8 зоны впускного окна 15 открывается клапан 14, и рабочая полость заполняется зарядом свежего воздуха, поступающего из турбины наддува. При прохождении наконечником 8 зоны расположения выхлопного окна 13 оно закрывается клапаном 12, а впускной клапан 14 закрывается в зоне выхода наконечника 8 из рабочей полости. В это же время происходит впрыск топлива через форсунку 16, точный момент впрыска зависит от скорости вращения ротора и рассчитывается так, чтобы к моменту подхода наконечника 8 к выпускному окну 6 камеры сгорания 9 все топливо успело сгореть и давление газов было максимальным. Далее наконечник 8 опять перемещается в следующую рабочую полость, и описанный цикл повторяется.
Таким образом, за вторые пол-оборота ротора каждый поршень осуществил такт выхлопа отработанных газов и такт всасывания свежего заряда. Введение болвана 18 в камеру сгорания 9 осуществляется своим приводом и не зависит от фазы цикла.
1. Роторный дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с двумя диаметрально симметричными профилированными рабочими полостями, выходной вал, жестко связанный с цилиндрическим ротором, имеющим два профильных паза, в которых на осях, параллельных оси вращения ротора, закреплены поршни, совершающие качающие движения, две торцевые крышки, в одной из которых выполнены два окна, сопряженных с началом каждой рабочей полости для всасывания заряда воздуха, и два окна, сопряженных с концом каждой рабочей полости для выхлопа отработанных газов, отличающийся тем, что две камеры сгорания, каждая из которых имеет вид двух сопряженных цилиндрических полостей, расположены в корпусе двигателя параллельно оси вращения ротора так, что каждое из их впускных окон прямоугольной формы сопряжено с концом одной рабочей полости, а каждое из их выпускных окон сопряжено с началом другой рабочей полости, причем каждое впускное окно со стороны камеры сгорания закрывается клапаном, имеющим форму изогнутой пластины, которая своей цилиндрической поверхностью сопрягается без зазора с цилиндрической поверхностью камеры сгорания вокруг окна, а своей выступающей частью входит с зазором в полость окна путем поворота на оси, параллельной оси цилиндрической полости камеры сгорания и смещенной к ее стенке, а каждое выпускное окно перекрывается клапаном, имеющим вид двух диаметрально симметричных сегментов цилиндра, снабженных уплотнительными элементами, конструкция которых обеспечивает сопряжение без зазора с поверхностью камеры сгорания путем поворота на оси вращения, совмещенной с осью цилиндрической части камеры сгорания, в которой он расположен.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеется механизм изменения степени сжатия, состоящий из болвана, вводимого в камеру сгораниями, и привода для его введения.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с эпитрохоидной расточкой и установленные в расточке с возможностью планетарного движения ротор компрессора и ротор двигателя с перегородкой между ними. В перегородке выполнен канал, соединяющий компрессор и двигатель. Роторы выполнены трехгранными. Выполненный в перегородке канал соединяет в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания. Синхронно с ротором двигателя движется ротор компрессора, опережая ротор двигателя. Эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45…60 градусов. Процесс нагнетания воздуха ротором компрессора в роторный двигатель по каналу заканчивается до достижения максимального давления в процессе сжатия. На корпусе роторного двигателя установлены две топливные форсунки. Первая форсунка (по ходу вращения ротора двигателя) предназначена для впрыска топливного заряда на стадии уменьшения рабочего объема двигателя. Вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу. Техническим результатом является повышение степени сжатия, КПД, мощности, надежности, технологичности, моторесурса и экологической чистоты двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может использоваться в качестве механического привода транспортных средств.
Известен роторно-поршневой двигатель (РПД) Ванкеля (см. Ханин Н.С. "Автомобильные роторно-поршневые двигатели", М., Машгиз, 1964), в котором трехгранный ротор размещается в эпитрохоидной расточке корпуса, снабжен зубчатым венцом внутреннего зацепления и расположен на эксцентриковом валу с кинематической связью венца ротора с неподвижной шестерней, расположенной на корпусе двигателя. При соотношении зубьев шестерня-венец, равном 2:3, ротор, обкатываясь по неподвижной шестерне, совершает планетарное движение в пространстве, вращаясь вокруг оси двигателя и одновременно вокруг собственной оси. Мощность снимается с эксцентрикового вала, который вращается синхронно с ротором относительно оси двигателя.
Недостатком этого роторно-поршневого двигателя является небольшая степень сжатия заряда топливовоздушной смеси, что исключает перевод роторного двигателя в полноценный дизельный двигатель.
Аналогом изобретения является роторно-поршневой двигатель (патент РФ №2166110, F02B 53/00, 1999.03.05), содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два ротора с перегородкой между ними, на перегородке выполнены неподвижные шестерни и внутренняя воздушная полость ресивера, роторы оборудованы зубчатыми колесами, кинематически связанными с зубчатыми венцами, закрепленными на общем для роторов цилиндрическом валу двигателя. В роторах могут быть выполнены отверстия и каналы, а в ресивере - окна для подачи сжатого воздуха в ресивер от ротора, выполняющего функцию компрессора, и окно для подачи сжатого воздуха в полость всасывания двигателя после окончания такта всасывания.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, низкая технологичность конструкции из-за наличия внутренних полостей и расположения в них сборных элементов, сложность организации внутрикамерных процессов сгорания при работе с различными сортами моторного топлива. Получаемая в двигателе степень сжатия заряда недостаточна для его самовоспламенения.
Частично указанных недостатков лишен многотопливный роторный двигатель, содержащий корпус (статор), внутри которого размещен трехгранный ротор, тракт впуска, в котором смонтирована дроссельная заслонка, за которой установлен плазменный конвертор топлива (патент РФ №2334883, МПК F02B 55/16, МГЖ F02M 27/04, приоритет от 17.01.2007 г.).
Однако известный роторный двигатель имеет невысокую степень сжатия.
Ближайшим аналогом изобретения является дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке два ротора с возможностью планетарного движения с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя, выполненный в перегородке канал, соединяющий компрессор и двигатель (патент RU 2212550 С2, F02B 53/08, 2003).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени сжатия, увеличение КПД, повышение агрегатной мощности двигателя, снижение уровня токсических веществ в выхлопных газах, повышение надежности работы и улучшение технологичности конструкции, увеличение моторесурса и экологической чистоты двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в роторном дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем неподвижный корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два трехгранных ротора с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя и синхронно вращающихся в одном направлении. Роторы размещены с возможностью вращения на эксцентричных втулках, установленных на валу. В перегородке выполнен канал, соединяющий в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания, что позволяет создать такие условия самовоспламенения (высокое давление и температуру), какие характерны для протекания рабочего процесса в камере сгорания поршневого дизеля.
Синхронно с ротором двигателя, с опережением на угол в диапазоне 45…60 градусов относительно оси двигателя, движется ротор компрессора. Частота вращения ротора компрессора превышает частоту вращения ротора двигателя в два раза, что обеспечивает заданное повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе. Эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45…60 градусов. Возникающий при этом незначительный момент центробежных сил уравновешивается противовесами на концах вала.
Для улучшения процесса горения выполняется контур ротора двигателя не по дугам окружностей, а по внутренней огибающей эпитрохоид, что позволяет сконцентрировать большую часть заряда в выемке ротора и свести до минимума объем, заключенный между ротором и эпитрохоидной поверхностью корпуса, максимально повышая степень сжатия заряда. Профилирование граней ротора для обеспечения достаточной степени сжатия проводится также по внутренней огибающей эпитрохоид.
По мере увеличения числа оборотов двигателя, а следовательно, и скорости поступающего воздуха из компрессора обеспечивается нужная степень дробления топлива и перемешивание его с воздухом.
К существенным отличиям заявленного решения от известного изобретения относится то, что синхронно с ротором двигателя, с опережением на угол в диапазоне 45…60 градусов относительно оси двигателя, движется ротор компрессора. Частота вращения ротора компрессора превышает частоту вращения ротора двигателя в два раза, что обеспечивает необходимое повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе ввиду того, что угловые скорости ротора компрессора и ротора двигателя различаются в два раза, видим, что в компрессоре происходит вдвое больше рабочих тактов. Благодаря этому компрессор работает равномерно, без больших пульсаций.
В перегородке между роторной секцией и компрессорной секцией выполнен канал, соединяющий в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания. Перепускные отверстия, соединяющие полость компрессора и полость двигателя, выполнены так, что выпускное отверстие компрессора выполнено за 20…25° до достижения максимальной степени сжатия воздуха роторным компрессором, а впускное отверстие в полости сжатия двигателя выполнено на углу 20…25° после окончания такта всасывания двигателя.
На корпусе роторного двигателя для впрыска топлива установлены две топливные форсунки, первая форсунка (по ходу вращения ротора) предназначена для впрыска топливного заряда (любого топлива) на активной стадии сжатия, вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованиям новизны.
Предлагаемый вариант реализации заявленного изобретения "Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания" изображен на фиг.1.
Двигатель содержит корпус 1 с эпитрохоидной расточкой, перегородку 2 с выполненным каналом 3, соединяющим полость компрессора и полость двигателя так, что выпускное отверстие 4 компрессора выполнено за 20…25 градусов до достижения максимальной степени сжатия воздуха роторным компрессором на такте сжатия, а впускное отверстие 5 в полости сжатия двигателя выполнено на углу 20…25 градусов после окончания такта всасывания двигателя. В связи с происходящим при этом уменьшением суммарного объема происходило предварительное сжатие воздуха.
Регулирование подачи сжатого воздуха из компрессора в полость сжатия двигателя может производиться клапаном или золотником. В корпусе установлены два ротора 6 и 7, являющиеся соответственно ротором 6 компрессора и ротором 7 двигателя, разделенными перегородкой 2. Роторы 6 и 7 выполнены трехгранными с вершинами А, В, С.
В качестве золотников могут использоваться ротор 6 компрессора и ротор 7 двигателя, с имеющимися отверстиями 4, 5 в торцевых стенках компрессора и двигателя, совмещающиеся при их движении с отверстиями в торцевых стенках, изготавливаемыми в корпусе 1 двигателя, к которым подводится нагнетательная полость компрессора. Перетекание воздуха из компрессора в полость сжатия двигателя происходит до того момента, пока грань ротора 6 не перекроет перепускной канал.
Ротор 6 компрессора вращается с опережением на угол в диапазоне 45…60 градусов относительно оси двигателя, ротора 7 двигателя, что обеспечивает гарантированный наддув полости сжатия двигателя, повышая степень сжатия двигателя до ε=30. Это обеспечивает достаточную степень сжатия роторного двигателя, работающего с воспламенением от сжатия. Если степень сжатия при выбранных параметрах оказывается слишком высокой, она может быть понижена за счет выемок в боковых гранях ротора. Частота вращения ротора 6 компрессора превышает частоту вращения ротора 7 двигателя в два раза, что обеспечивает заданное повышение степени сжатия в дизельном роторном двигателе. Полагая, что угловые скорости ротора 6 компрессора и ротора 7 двигателя различаются в два раза, видим, что в компрессоре происходит вдвое больше рабочих тактов. Благодаря этому компрессор работает более равномерно, без больших пульсаций. Из вышесказанного следует, что в процессе фазы активного горения будет задействовано максимальное количество воздуха.
Дизельный роторный двигатель работает следующим образом (в соответствии с фиг.2, 3, 4).
При вращении ротора 6 компрессора по часовой стрелке (фиг.1, фиг.2) в секторе всасывания происходит разрежение и воздух через впускной патрубок 8 поступает в сектор всасывания, далее начинается процесс сжатия воздуха.
Сжатие воздуха происходит в полости II после перекрытия вершиной А ротора 6 впускного патрубка 8 и заканчивается при достижении минимального объема. Процесс сжатия занимает участок корпуса двигателя, равный 80 градусам поворота ротора. Процесс нагнетания воздуха ротором 6 компрессора через отверстие 5 в роторный двигатель, по выполненному каналу, заканчивается за 20…25 градусов до достижения максимального давления в процессе сжатия, обеспечивая поступление воздуха под давлением в полость I сжатия двигателя (фиг.1, фиг.3). В полости I сжатия роторного двигателя впускное отверстие 5 выполнено на углу 20…25 градусов после начала такта сжатия двигателя. Ротор 7 двигателя дожимает полученную смесь до необходимой степени сжатия, при этом общая степень сжатия воздуха в камере III сгорания двигателя, отнесенная к обеим полостям, составляет около 30 (фиг.4).
Таким образом, при подходе ротора 7 к верхней мертвой точке достигается максимальная степень сжатия топливовоздушной смеси, что обеспечивает самовоспламенение топливного заряда.
Роторный двигатель заполняется воздухом через соответствующий входной патрубок 9. Движение роторов 6 и 7 происходит со сдвигом по фазе - ротор 6 компрессора опережает ротор 7 двигателя на 45…60 градусов угла поворота коленчатого вала, что достигается соответствующим расположением роторов 6, 7 на коленчатом валу.
Роторный двигатель имеет камеру III сгорания, объем которой, включая и объем соединительного канала, обеспечивает степень сжатия и может достигать 30. Компрессор камеры сгорания не имеет и при подходе в нем ротора 6 за 20…25 градусов до верхней мертвой точки почти весь воздушный заряд вытесняется в полость I сжатия двигателя. Степень сжатия воздуха в компрессоре достигает 8,5. Общая степень сжатия, отнесенная к обоим объемам, с учетом возможных потерь на перетекание газа из полости II в полость I, может достигать 30.
Общая степень сжатия определяется выражением:
ε0=εК εД,
где εК - степень сжатия в компрессоре;
εД - степень сжатия роторного двигателя.
За 5…7 градусов до достижения гранями ротора 7 единой для них верхней мертвой точки (в.м.т.) происходит впрыск топлива первой топливной форсункой 11, установленной по ходу вращения ротора 7 (фиг.3). Эта форсунка 11 предназначена для впрыска топливного заряда (любого топлива) на активной стадии уменьшения рабочего объема двигателя, она перекрывает весь мощностной диапазон, за исключением холостого хода двигателя. Подготовленная к самовоспламенению топливо-воздушная смесь воспламеняется при повышении степени сжатия в камере сгорания роторного двигателя. Дополнительное преимущество данного дизельного роторного двигателя состоит в практически полном отсутствии в нем детонации, что связано с интенсивной турбулизацией горящей смеси при наличии высокой ее кинетической неоднородности. Вторая форсунка 12 (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы дизельного роторного двигателя на холостом ходу, а также поддержания в заданных пределах необходимых условий нагрузочной и скоростной характеристик двигателя.
Сгорание топлива происходит наиболее полно, т.к. при этом обеспечивается необходимое время для его полного сгорания и необходимый коэффициент избытка воздуха. Это приводит к снижению уровня токсических веществ в выхлопных газов, истекающих через выходной патрубок 10, повышает надежность работы, увеличивает моторесурс и экологическую чистоту двигателя.
Осуществление наддува в дизельном роторном двигателе упрощает конструкцию двигателя, удешевляет его изготовление и эксплуатацию, а также повышает надежность и долговечность, существенно улучшает удельные весогабаритные и мощностные показатели двигателя в целом.
Дизельный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидной расточкой, установленные в расточке с возможностью планетарного движения два ротора с перегородкой между ними, являющиеся соответственно ротором компрессора и ротором двигателя, выполненный в перегородке канал, соединяющий компрессор и двигатель, отличающийся тем, что роторы выполнены трехгранными, выполненный в перегородке канал соединяет в компрессоре полость нагнетания, а в двигателе - полость после окончания такта всасывания, синхронно с ротором двигателя движется ротор компрессора, опережая ротор двигателя, эксцентриковые шейки вала для размещения ротора компрессора и ротора двигателя развернуты относительно друг друга на угол в диапазоне 45…60°, процесс нагнетания воздуха ротором компрессора в роторный двигатель по каналу заканчивается до достижения максимального давления в процессе сжатия, на корпусе роторного двигателя установлены две топливные форсунки, первая форсунка (по ходу вращения ротора двигателя) предназначена для впрыска топливного заряда на стадии уменьшения рабочего объема двигателя, вторая форсунка (для дизельного топлива) предназначена для запуска и обеспечения работы роторного двигателя на холостом ходу.
bankpatentov.ru
