RU2659639C1 - Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя за счет улучшения герметизации рабочих объемов. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности. В рабочих полостях установлены ротор компрессора, выполненный в виде диска с выступом, и ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем. Ротор компрессора установлен с возможностью перемещения вдоль вала двигателя посредством упругих элементов, встроенных во внешнюю боковую щеку и прилегающих к введенной дополнительной внешней боковой щеке, выполненной в виде диска, плотно входящего внешней диаметральной поверхностью внутрь рабочего кольца с возможностью перемещения в нем параллельно оси вала двигателя и соединенного с внешней боковой щекой. Ротор компрессора снабжен буртиками, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке и с другой стороны - к дополнительной внешней боковой щеке. На внутренней диаметральной поверхности утолщения ротора турбины установлены с возможностью перемещения параллельно оси вала двигателя уплотняющие подпружиненные кольца, у которых наружные торцевые поверхности установлены плотно прижимающимися к внешней и внутренней боковым щекам, а внутренние торцевые поверхности выполнены в виде выступов и впадин. Каждый выступ одного кольца входит во впадину другого кольца с образованием единого кольца с возможностью его расширения параллельно валу двигателя. 7 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Предложенный роторно-поршневой двигатель обладает свойством газовой турбины, так как снабжен компрессором, камерой сгорания и турбиной, а по принципу действия является поршневым двигателем внутреннего сгорания с четырьмя тактами работы: впуском, сжатием, рабочим ходом и выпуском.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых установлены вращающиеся ротор компрессора и ротор турбины, выполненные в виде параллельных закрепленных на валу дисков, в одном из которых, в роторе компрессора, с большим диаметром, выполнен радиальный паз с глубиной, плавно увеличивающейся от нулевого до наибольшего значения на первой половине дуги окружности этого диска и плавно уменьшающейся от наибольшего значения до нулевого на второй половине дуги окружности этого диска. Ротор турбины, выполненный в виде диска с меньшим диаметром, снабжен выступом, имеющим возможность контакта с корпусом и подпружиненной рабочей заслонкой. Между роторами расположена камера сгорания, выполненная в виде соосных внешнего, среднего и внутреннего цилиндров, установленных друг в друге. Внешний цилиндр разделен плоскостью, проходящей через оси вала роторов и цилиндров, на полуцилиндры, первый из которых, являющийся корпусом камеры сгорания, жестко закреплен в корпусе двигателя, а второй из которых, одновременно являющийся поршнем, расположен в пазу диска с большим диаметром с возможностью перемещения относительно первого полуцилиндра до прилегания наклонного днища второго полуцилиндра к основанию радиального паза диска. Средний цилиндр и имеющий возможность вращения внутренний цилиндр снабжены окнами для впуска в камеру сгорания рабочей смеси и перепускными окнами для выпуска горящей рабочей смеси. Свеча зажигания установлена в днище внутреннего цилиндра, обращенном в сторону ротора турбины. В данном роторно-поршневом двигателе осуществляется сжатие топлива в роторе компрессора, одновременно - перемещение рабочей смеси в камеру сгорания, где смесь и сгорает. Тепловая энергия передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2193676 С2, МПК⁷ F02B 53/08).

Основным недостатком этого двигателя является невысокая долговечность вследствие сложности с обеспечением длительной работоспособности элементов камеры сгорания, поскольку ее внутренний цилиндр, подверженный влиянию высоких температур, выполнен вращающимся, что может привести к заклиниванию.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, снабженного выступом, расположенным на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазах выступа подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания. Корпус камеры сгорания, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с каналами для впуска рабочей смеси, и выпускным каналом для горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца. В рабочем кольце установлена подпружиненная рабочая заслонка ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненная в виде пластины, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце, и размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца. В утолщении ротора турбины установлена Г-образная подпружиненная рабочая заслонка ротора турбины, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины. Корпус двигателя также снабжен внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора. Газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеет жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным каналом, конфигурация которого аналогична конфигурациям канала корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного канала корпуса камеры сгорания для горящей рабочей смеси, канала в рабочем кольце для впуска рабочей смеси, и выпускного канала в рабочем кольце для горящей рабочей смеси, причем перепускной канал установлен с возможностью совмещения с названными каналами. На цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, над камерой сгорания, расположен уплотняющий сегмент ротора турбины, выполненный с переменной высотой, плавно увеличивающейся от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца до максимальной высоты и плавно уменьшающейся до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, с шириной, равной ширине рабочего кольца, и снабженный подпружиненной уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца. В камере сгорания установлена свеча зажигания. Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками, рабочим кольцом и роторами. Сжатие рабочей смеси осуществляется первоначально в роторе компрессора, с последующим ее перемещением в камеру сгорания, где смесь и воспламеняется от свечи зажигания и далее поступает в рабочую камеру ротора турбины. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2478803 С2, МПК FO2B 53/08 (2006.01), FO2B 55/02 (2006.01), FO1C 1/46 (2006.01). FO1C 19/04 (2006.01)).

Однако в качестве недостатка вышеуказанного двигателя можно отметить пониженную мощность, вследствие наличия недостаточной величины сжатия рабочей смеси в камере сгорания из-за неудовлетворительной герметичности рабочих полостей, так как лабиринтные уплотнения, имеющие место между роторами и корпусом двигателя по своей конструкции не обеспечивают достаточной герметичности.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания с повышенной мощностью.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, снабженного выступом, расположенным на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя, и вращающийся ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с каналом для впуска рабочей смеси, и выпускным каналом для горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным каналом, подпружиненную рабочую заслонку ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце, и размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку ротора турбины, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, согласно изобретению ротор компрессора установлен в рабочей полости с возможностью перемещения вдоль вала двигателя посредством упругих элементов, встроенных во внешнюю боковую щеку и прилегающих к введенной в двигатель дополнительной внешней боковой щеке, выполненной в виде диска, плотно входящего внешней диаметральной поверхностью внутрь рабочего кольца с возможностью перемещения в нем параллельно оси вала двигателя и соединенного с внешней боковой щекой. При этом ротор компрессора снабжен буртиками, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке, и с другой стороны к дополнительной внешней боковой щеке. На внутренней диаметральной поверхности утолщения ротора турбины установлены с возможностью перемещения параллельно оси вала двигателя уплотняющие подпружиненные кольца, у которых наружные торцевые поверхности установлены плотно прижимающимися к внешней и внутренней боковым щекам, а внутренние торцевые поверхности выполнены в виде выступов и впадин, причем каждый выступ одного кольца входит во впадину другого кольца с образованием единого кольца с возможностью его расширения параллельно валу двигателя.

Повышение мощности предлагаемого двигателя обеспечивается введением как в конструкцию компрессора, так и турбины вместо лабиринтных уплотнений измененных уплотняющих элементов, состоящих из упругих элементов, прижимающих введенную в двигатель дополнительную внешнюю боковую щеку к боковой поверхности ротора компрессора и уплотняющих подпружиненных колец, установленных на внутренней диаметральной поверхности утолщения ротора турбины с возможностью перемещения параллельно оси вала двигателя, позволяющих надежно герметизировать рабочие полости.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - разрез по линии А-А фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенный вид камеры сгорания с механизмом газораспределения, разрез по линии Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 - увеличенный вид камеры сгорания с рабочими заслонками, разрез по линии А-А фиг. 1; на фиг. 5 - уплотнения ротора компрессора; на фиг. 6 - уплотнения ротора турбины; на фиг. 7 - соединение уплотняющих колец ротора турбины, вид по стрелке В фиг. 6.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора, ротор 1 компрессора и ротор 2 турбины, расположенные параллельно, закрепленные на одном валу 3 двигателя на фиксированном расстоянии друг от друга и вращающиеся вместе с валом 3 в корпусе 4 (см. фиг. 1). Ротор 1 компрессора выполнен в виде круглого диска с выступом 5, расположенным на его внешней цилиндрической поверхности, и встроен в рабочее кольцо 6 с возможностью вращения внутри последнего (см. фиг. 2).

Рабочее кольцо 6, являющееся частью корпуса 4 двигателя, имеет две рабочие цилиндрические поверхности, а именно внутреннюю, обращенную в сторону ротора 1 компрессора, и внешнюю, обращенную в сторону ротора 2 турбины.

Ось цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 совпадает с осью вала 3 двигателя, а ось цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 смещена относительно оси вращения вала 3 двигателя на величину Н, не позволяющую поверхностям рабочего кольца 6 пересекаться (см. фиг. 2). Ширина рабочего кольца 6 равна ширине ротора 1 компрессора.

Выступ 5 ротора 1 компрессора, выполненный заодно с ротором 1 компрессора или жестко закрепленный на внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора, выполнен шириной, равной ширине ротора 1 компрессора, и имеет переменную высоту, плавно увеличивающуюся от внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора до максимальной высоты и плавно уменьшающуюся до внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора. Поверхность выступа 5 максимальной высоты выполнена по диаметру, позволяющему ротору 1 компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца 6, не соприкасаясь с его цилиндрической внутренней поверхностью.

В рабочем кольце 6 размещена подпружиненная рабочая заслонка 7 ротора компрессора, выполненная в виде пластины, один конец которой, расположенный в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки 7, имеющий закругление, через пружину 8 имеет возможность плотного прилегания к внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора, а второй конец заслонки 7, расположенный в направлении вращения роторов позади первого ее конца, закреплен через ось 9 в рабочем кольце 6 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения рабочей заслонки 7 вокруг оси 9. На цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 имеется углубление 10, предназначенное для вхождения в него рабочей заслонки 7 при максимальном ее рабочем ходе. Ширина рабочей заслонки 7 равна ширине ротора 1 компрессора, а минимальная длина ее установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора 1 компрессора при вращении вала 3 двигателя. Рабочая заслонка 7 расположена таким образом, что ее ось 9 находится справа от ее первого конца по направлению вращения ротора 1 (см. фиг. 2, 4).

Ротор 2 турбины выполнен в виде стакана, днище которого жестко закреплено на валу 3 двигателя (см. фиг. 1). На боковой поверхности стакана выполнено в направлении оси вращения вала 3 двигателя диаметральное утолщение по ширине, равной ширине ротора 1 компрессора. Это утолщение расположено над цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6. В утолщении ротора 2 турбины установлена Г-образная подпружиненная рабочая заслонка 11 ротора турбины, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси 12 (см. фиг. 2). Ось 12 закреплена в утолщении ротора 2 на одном конце Г-образной рабочей заслонки 11 по направлению вращения ротора 1 компрессора и ротора 2 турбины впереди второго конца этой заслонки. Торец второго конца заслонки 11 установлен с возможностью плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 посредством пружины 13. Заслонка 11 расположена таким образом, что ее ось 12 находится справа от ее второго конца по направлению вращения ротора 2.

В рабочем кольце 6, в месте наибольшей высоты кольца, то есть в его наиболее широкой части, под диаметральным утолщением ротора 2 турбины, имеется отверстие, предназначенное для установки камеры сгорания 14. Ротор 1 компрессора, утолщение ротора 2 и рабочее кольцо 6 расположены между двумя боковыми щеками: внешней 15 и внутренней 16, стянутыми болтами 17, и являющимися вместе с рабочим кольцом 6 основой корпуса 4 двигателя (см. фиг. 1). Таким образом, ротор 1 компрессора встроен между внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками внутри рабочего кольца 6. В этих щеках 15 и 16 на подшипниках 18 установлен вал 3 двигателя.

Внешняя боковая щека 15 связана с дополнительной внешней боковой щекой 19, выполненной в виде диска, плотно входящего своей внешней диаметральной поверхностью внутрь, внутренней поверхности рабочего кольца 6 с возможностью перемещения в нем параллельно оси вала 3 двигателя. Дополнительная внешняя боковая щека 19 посредством упругих элементов, выполненных в виде пружин 20, установленных в стаканах 21, встроенных в отверстия внешней боковой щеки 15, плотно прижата к боковой поверхности ротора 1 компрессора и зафиксирована от возможности кругового вращения штифтами 22, связывающими дополнительную внешнюю боковую щеку 19 с внешней боковой щекой 15. Такая конструкция внешней боковой щеки 15 позволяет выполнить функцию уплотнения рабочего объема компрессора между дополнительной внешней боковой щекой 19, внутренней боковой щекой 16 и ротором 1 компрессора (см. фиг. 1, 5).

Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками 15, 19 и 16, рабочим кольцом 6 и роторами 1 и 2 (см. фиг. 1). Следовательно, ротор 1 компрессора, размещенный внутри рабочего кольца 6 в объеме между дополнительной внешней боковой щекой 19 и внутренней боковой щекой 16, имеет возможность вращения в рабочей полости, образованной цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 6, дополнительной внешней боковой щекой 19 и внутренней боковой щекой 16, и возможность перемещения в рабочей полости двигателя вдоль вала 3 посредством упругих элементов, выполненных в виде пружин 20; ротор 2 турбины с утолщением, расположенным над камерой сгорания 14, имеет возможность вращения в рабочей полости, образованной цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками.

Камера сгорания 14, расположенная между ротором 1 компрессора и ротором 2 турбины, снабжена корпусом 23, выполненным в виде цилиндра и размещенным в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца 6 (см. фиг. 3). На боковой поверхности корпуса 23 расположены канал 24 для впуска рабочей смеси и канал 25 для выпуска рабочей смеси, имеющие прямоугольную форму. Корпус 23 жестко закреплен в корпусе 4 двигателя, то есть во внешней щеке 15, посредством крышки 26. В торце камеры сгорания 14, в центре крышки 26 имеется отверстие 27 для свечи зажигания 28 (см. фиг. 1, 3).

Между отверстием в рабочем кольце 6, предназначенном для установки камеры сгорания 14, и наружной поверхностью корпуса 23 встроен газораспределительный стакан 29 механизма газораспределения, взаимодействующий с камерой сгорания 14 (см. фиг. 3). К днищу стакана 29 со стороны ротора 2 жестко прикреплен вал 30, проходящий в отверстие внутренней боковой щеки 16. Вал 30 вместе со стаканом 29 имеет возможность вращения посредством механического редуктора 31 от вала 3 двигателя (см. фиг. 1, 3).

Боковая поверхность газораспределительного стакана 29 оборудована перепускным каналом 32 механизма газораспределения, имеющим возможность совмещения с каналом 24 для впуска рабочей смеси и с каналом 33 в рабочем кольце 6 для впуска рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 1 компрессора, а также с каналом 25 для выпуска рабочей смеси и с выпускным каналом 34 в рабочем кольце 6 для рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 2 (см. фиг. 3). Каналы 24, 25, 32, 33 и 34 выполнены прямоугольной формы, то есть конфигурации этих каналов совпадают, что позволяет им совмещаться друг с другом для перепуска рабочей смеси согласно фазам газораспределения.

Для уплотнения рабочего объема компрессора, создаваемого внешней поверхностью ротора 1 компрессора и внутренней поверхностью рабочего кольца 6, на внешней поверхности выступа 5, в зоне его максимальной высоты, выполнены пазы 35 для установки в них уплотняющих пластин 36 (см. фиг. 2, 4). Уплотняющие пластины 36, установленные в пазу 35, за счет пружины 37 плотно прилегают к внутренней поверхности рабочего кольца 6 и имеют возможность возвратно-поступательного движения в своем пазу (см. фиг. 4). При этом уплотняющие пластины 36 расположены параллельно оси вала 3 двигателя.

Для уплотнения рабочего объема турбины, создаваемого внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внутренней поверхностью ротора 2 турбины на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6 над камерой сгорания 14 расположен уплотняющий сегмент 38 (см. фиг. 2, 4) ротора 2 турбины, выполненный переменной высоты, плавно увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6 до максимальной высоты и плавно уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6, причем поверхность сегмента 38 с максимальной высотой, обращенная в сторону ротора 2, выполнена по диаметру, позволяющему ротору 2 свободно вращаться, не соприкасаясь с уплотняющим сегментом 38. Уплотняющий сегмент 38 жестко закреплен на внешней поверхности рабочего кольца 6. Ширина уплотняющего сегмента 38 равна ширине рабочего кольца 6.

В зоне максимальной высоты сегмента 38 установлена уплотняющая заслонка 39 (см. фиг. 2, 4), выполненная в виде пластины и имеющая ширину, равную ширине рабочего кольца 6. Уплотняющая заслонка 39 связана с пружиной 40 и снабжена осью 41. При этом уплотняющая заслонка 39 расположена таким образом, что ее ось 41 находится впереди по ходу вращения ротора 2. Первый конец уплотняющей заслонки 39 в направлении вращения роторов впереди второго ее конца закреплен через ось 41 в сегменте 38 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения заслонки 39 вокруг оси 41. Второй конец уплотняющей заслонки 39 через пружину 40 установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора 2. На внешней поверхности уплотняющего сегмента 38 имеется углубление 42, предназначенное для вхождения в него уплотняющей заслонки 39 при максимальном ее перемещении.

На внутренней диаметральной поверхности утолщения ротора 2 турбины установлены с возможностью перемещения параллельно оси вала 3 двигателя уплотняющие подпружиненные кольца 43 и 44, у которых наружные торцевые поверхности установлены плотно прижимающимися к внешней боковой щеке 15 и внутренней боковой щеке 16, а внутренние торцевые поверхности выполнены в виде выступов и впадин, причем каждый выступ одного кольца входит во впадину другого кольца с образованием единого кольца с возможностью его расширения параллельно валу 3 двигателя. Таким образом, уплотнение между внешней боковой щекой 15 и внутренней боковой щекой 16 и утолщением ротора 2 осуществляется за счет введения на внутренней диаметральной поверхности утолщения ротора 2 колец 43 и 44, составляющих единое целое с ротором 2 турбины, имеющих возможность перемещаться параллельно валу 3 двигателя и плотно прижиматься своими торцами к боковым поверхностям щек 15 и 16 за счет пружин 45 (см. фиг. 6).

Рабочая камера ротора 1 компрессора, образованная наружной поверхностью ротора 1, внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6 и боковыми щеками 15, 19 и 16, разделена рабочей заслонкой 7 и выступом 5 на камеру впуска 46 и камеру предварительного сжатия 47 (см. фиг. 2, 4).

Рабочая камера ротора 2 турбины, образованная наружной цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6, цилиндрической внутренней поверхностью утолщения ротора 2 и боковыми щеками 15 и 16, разделена Г-образной рабочей заслонкой 11 и уплотняющим сегментом 38 на камеру рабочего хода 48 и камеру выпуска 49. Внутри рабочего кольца 6 образованы полости 50 для рубашки системы охлаждения (см. фиг. 2).

Во внешней боковой щеке 15 выполнены канал 51, предназначенный для соединения камеры впуска 46 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал 52, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска 49 с атмосферой (см. фиг. 2, 4).

Ротор 1 компрессора снабжен буртиками 53 расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке 16, и с другой стороны - к дополнительной внешней боковой щеке 19.

Положение выступа 5, когда он находится на наименьшем расстоянии от камеры сгорания 14, принимается за начало работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (см. фиг. 2).

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено:

- стрелкой на фиг. 2, 4 - направление вращения роторов 1, 2;

- пунктирными линиями на фиг. 2, 4 - канал, предназначенный для соединения камеры впуска с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска с атмосферой;

- стрелками на фиг. 4 - направления движения рабочей смеси и отработавших газов;

- стрелками на фиг. 7 - направления движения уплотняющих колец ротора турбины.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

За начало отсчета принимаем положение ротора 1 компрессора, когда его выступ 5 будет расположен по центру камеры сгорания 14 (см. фиг. 2). Вращение роторов 1, 2 происходит по часовой стрелке со стороны свечи зажигания 28 (см. фиг. 1). Двигатель работает на жидком или газообразном топливе и имеет стандартную систему питания.

Рассмотрим первоначально полный рабочий цикл двигателя от такта впуска до такта выпуска, происходящий с одним зарядом рабочей смеси.

1 такт - впуск - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 0° до 360°. При вращении ротора 1 за рабочей заслонкой 7 создается разряжение, и порция рабочей смеси по каналу 51 поступает в камеру впуска 46 (см. фиг. 2, 4).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 720° и заканчивается тогда, когда заслонка 7 полностью войдет в углубление 10 в рабочем кольце 6. В этот момент газораспределительным стаканом 29 перекроется окно 33 в рабочем кольце 6, соединяющее камеру предварительного сжатия 47 с камерой сгорания 14. На угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 520°÷540° (в зависимости от установки фаз газораспределения) рабочая смесь предварительно сжимается в камере предварительного сжатия 47, пока окна 32 и 33 не начнут совмещаться. После начала совмещения окон 32 и 33 предварительно сжатая рабочая смесь начнет поступать в камеру сгорания 14 и будет дальше сжиматься в камере сгорания 14 вплоть до 720° поворота вала 3 двигателя, то есть до момента перекрытия газораспределительным стаканом 29 окна 33. В этот момент рабочая смесь окажется в сжатом состоянии в камере сгорания 14.

3 такт - рабочий ход - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 720°-1080°. При этом, при угле поворота вала 3 двигателя, равном 700°± угол опережения зажигания, происходит воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 14 за счет проскакивания искры в свече зажигания 28. В этот же момент начинают совмещаться перепускное окно 32 газораспределительного стакана 29 с выпускным окном 25 корпуса камеры сгорания 23 и выпускным окном 34 (см. фиг. 3, 4). Через образовавшуюся и постоянно увеличивающуюся за счет вращения газораспределительного стакана 29 щель горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 48 (см. фиг. 2, 3).

За счет горения рабочей смеси создается высокое давление, которое воздействует на Г-образную рабочую заслонку 11, расположенную в утолщении ротора 2 турбины, заставляя ротор 2 вращаться и создавать крутящий момент на валу 3 двигателя.

4 такт - выпуск - происходит при вращении вала 3 двигателя от 1080° до 1440°. При этом отработавшие газы из камеры выпуска 49 по каналу 52 выпускаются в атмосферу.

Таким образом, при угле поворота вала 3 двигателя, равном 1440°, заканчивается процесс выпуска, а, следовательно, заканчивается полный рабочий цикл, происшедший в данном роторно-поршневом двигателе с одним зарядом рабочего тела.

При постоянной работе двигателя происходит следующее. При вращении роторов от 0° до 360° в рабочей полости ротора 1 компрессора (см. фиг. 2, 4) происходит одновременно сжатие рабочей смеси в камере предварительного сжатия 47 и впуск рабочей смеси в камеру впуска 46, а в рабочей полости ротора 2 турбины происходит одновременно рабочий ход в камере рабочего хода 48 и выпуск отработавших газов из камеры выпуска 49. Таким образом, полный цикл совершается на угле поворота вала 3 двигателя, равном 360°.

Использование предлагаемого изобретения повышает эффективность работы двигателя за счет улучшения герметизации рабочих объемов, что в свою очередь способствует повышению степени сжатия рабочей смеси в камере сгорания, а, следовательно, увеличению мощности и экономичности двигателя.

Claims (1)

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, снабженного выступом, расположенным на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения подпружиненные уплотняющие пластины, и вращающийся ротор турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с каналом для впуска рабочей смеси, и выпускным каналом для горящей рабочей смеси, размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным каналом, подпружиненную рабочую заслонку ротора компрессора шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце, и размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку ротора турбины, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, отличающийся тем, что ротор компрессора установлен в рабочей полости с возможностью перемещения вдоль вала двигателя посредством упругих элементов, встроенных во внешнюю боковую щеку и прилегающих к введенной в двигатель дополнительной внешней боковой щеке, выполненной в виде диска, плотно входящего внешней диаметральной поверхностью внутрь рабочего кольца с возможностью перемещения в нем параллельно оси вала двигателя и соединенного с внешней боковой щекой, причем ротор компрессора снабжен буртиками, расположенными на его боковых поверхностях по внешнему диаметру и прилегающими с одной стороны к внутренней боковой щеке и с другой стороны - к дополнительной внешней боковой щеке, а на внутренней диаметральной поверхности утолщения ротора турбины установлены с возможностью перемещения параллельно оси вала двигателя уплотняющие подпружиненные кольца, у которых наружные торцевые поверхности установлены плотно прижимающимися к внешней и внутренней боковым щекам, а внутренние торцевые поверхности выполнены в виде выступов и впадин, причем каждый выступ одного кольца входит во впадину другого кольца с образованием единого кольца с возможностью его расширения параллельно валу двигателя.

Images