 |
Патент №7
|
|
|
|
(21)(22) Заявка: 96119805/06, 01. 10. 1996
(45) Опубликовано: 27. 08. 1998
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU, 2052142, F 02 B 53/00, 10. 01. 96.
54) РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания. Двигатель содержит корпус с линейчатой рабочей поверхностью, окна и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника. В двигатель введена свеча зажигания, расположенная в секторе расширения. Ротор выполнен составным, тороидальная часть которого с расположенными на ней канавками соединена с цилиндрической частью ротора через термоизолирующую прокладку. Линейчатая рабочая поверхность может быть выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, и образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - эллипсу, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини с соотношением Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне), где a - постоянная величина; c - расстояние от центра овала Кассини до его фокусов. Технический результат заключается в повышении топливной экономичности. 8 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно, - поршневым двигателям внутреннего сгорания, с вращающимися рабочими органами и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве двигателя, внутреннего сгорания, на сухопутном и водном транспорте.
|
|
|
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с линейчатой рабочей поверхностью, каналы впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника (см. патент RU N 2052142, F 02 B 53/00).
Дизельный цикл в данном двигателе осуществляется по изохоре и изобаре. Такое выделение теплоты, т. е. когда ρ ≠ 1 растягивает и переносит процесс сгорания на такт расширения, что приводит к увеличенным поверхностям излучения, теплоты в систему охлаждения и снижению доли эффективного использования теплоты, что в конечном итоге приводит к снижению топливной экономичности и мощности, а также к снижению удельных весогабаритных и мощностных показателей.
Выполнение ротора цельным снижает температуру поверхности, на которую наносится пленка топлива за счет перехода теплоты к центру ротора, что приводит к задержке самовоспламенения топлива и переносу процесса сгорания на такт расширения при увеличивающей поверхности рабочей камеры. В результате этого также снижается топливная экономичность и мощность двигателя, а также снижаются удельные мощностные, весогабаритные показатели рабочего цикла двигателя.
Создание роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, дизельного, с сгоранием по изохоре с совмещением эффективных элементов рабочих циклов дизельного и карбюраторного с высокой степенью сжатия (ε = 15 - 22), пленочным смесеобразованием, принудительным высокотемпературным воспламенением и объемным взрывным сгоранием при 100%-ном впрыске топлива за период задержки воспламенения или периода индукции.
|
|
|
Сущность изобретения заключается в том, что в роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с линейчатой рабочей поверхностью, каналы впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника, введена свеча зажигания, расположенная в секторе расширения.
Введение в двигатель свечи обеспечивает своевременное, быстрое высокотемпературное сгорание уже готовой к самовоспламенению смеси с образовавшимися активными центрами молекул топлива и их радикалов вблизи вертикальной линии, проходящей через центр ротора.
Выполнение ротора составным, тороидальная часть которого с расположенными на ней канавками соединена с цилиндрической частью ротора через термоизолирующую прокладку, обеспечивает стабильное поддержание определенной температуры тороидальной части ротора, обеспечивающей сокращение периода индукции или подготовки топлива к воспламенению в результате сохранения теплоты, исключая излишние потери. Выполнение канавок на тороидальной части ротора улучшает процесс смесеобразования за счет сохранения топлива в канавках в виде пленки, возможности продувки сквозь эти канавки, захвата воздушным потоком испарившихся частиц топлива, их перемешивание в процессе движения в канавке, обеспечивая высокое качество смесеобразования.
Наличие форсунки с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника, обеспечивает нанесение топлива в виде пленки на переднюю часть ротора по ходу его вращения, обеспечивая короткий период задержки воспламенения (период индукции) и испарение топлива в парообразное состояние мельчайших однородных частиц топлива, удобное для эффективного смесеобразования.
Линейчатая рабочая поверхность выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - эллипсу, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини с соотношением Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
|
|
|
Такое выполнение линейчатой рабочей поверхности обеспечивает при равных малых и больших осях всех трех вариантов ее выполнения разные объемы всасывания и расширения за счет различных радиусов кривизны направляющих: тороидально-цилиндрической рабочей поверхности, поверхностей, образованных по направляющим - овалу Кассини, эллипсу, а следовательно, двигатели с такими поверхностями будут иметь различные мощности, пропорциональные объемам всасывания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид двигателя с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью; на фиг. 2- разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - показан увеличенный вид фиг. 1; на фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б вида 1 фиг. 3; на фиг. 5 - показана схема роторного двигателя с линейчатой рабочей поверхностью, выполненной по образующей - овалу Кассини; на фиг. 6 - показана схема роторного двигателя с линейчатой рабочей поверхностью, выполненной по образующей - эллипсу; на фиг. 7 - показана развернутая индикаторная диаграмма сгорания топлива в координатах P -a; на фиг. 8 - показана свернутая индикаторная диаграмма совмещенных рабочих циклов в координатах P -V.
Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с линейчатой рабочей поверхностью 2, окна впуска 3 и выпуска 4, расположенные соответственно в секторе всасывания 5 и в секторе выпуска 6, ротор 7 с расположенными в пазах ползунами 8, шарнирно связанными с поршнями 9, форсунку 10, расположенную в секторе сжатия 11, с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника. В двигателе имеется свеча зажигания 12, расположенная в секторе расширения 13. Ротор 7 выполнен составным, тороидальная часть 14 которого с расположенными на ней канавками 15 соединена с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17. Рабочая камера 18 ограничена поверхностями двух ползунов 8 и расположена между поверхностью ротора 7 и линейчатой рабочей поверхностью 2 корпуса 1. Рабочая камера 18 разделена вертикальной линией, проходящей через центр ротора 7 на две части: левую 19 компрессорную камеру и правую 20 камеру сгорания. Линейчатая рабочая поверхность 2 выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру 21, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующими тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини 23 с соотношением Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне) где a - постоянная величина; c - расстояние от центра овала Каcсини до его фокусов.
|
|
|
Работу двигателя рассмотрим на примере рабочего цикла одной рабочей камеры 18, образованной между поверхностями ползунов 8, шарнирно связанных с поршнями 9, линейчатой рабочей поверхностью 2, выполненной в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру 21, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, корпуса 1 и тороидальной частью 14 ротора 7. При вращении ротора 7 по часовой стрелке в секторе всасывания 5 через впускное окно 3 в результате разряжения в рабочую камеру 18 поступает свежий воздух. При дальнейшем повороте ротора 7 рабочая камера 18 перемещается в сектор сжатия 11, где с помощью форсунки 10 впрыскивается на переднюю тороидальную часть 14 ротора 7 тонкая пленка топлива, представляющая собой всякий раз 100 % цикловой подачи топлива за период задержки воспламенения, т. е. фактор динамичности цикла
поршневых дизельных двигателей ), что обеспечивает мощный импульс от сгорания всей цикловой порции и высокую эффективность сгорания топлива. Завершается процесс сгорания всей цикловой порции после поворота рабочей камеры 18 относительно вертикальной линии на 10o по часовой стрелке (см. фиг. 7), что обеспечивает сгорание топлива по изохоре (см. фиг. 8) с более совершенной динамикой сгорания по сравнению с существующими поршневыми дизельными двигателями. Тороидальная часть 14 ротора 7, соединенная с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17 и предварительно нагретая до температуры 480 - 500oC, сохраняет ее для подготовки топлива за короткий период задержки воспламенения. Пленка топлива, нагреваясь от теплоты ротора 7 и от сжатого воздуха, испаряется. Вертикальная линия, проходящая через центр ротора 7, делит рабочую камеру 18 на две части: правую - камеру сгорания 20 и левую - компрессорную камеру 19, в которой сжимается воздух и осуществляется его подача через канавки 15, выполненные на тороидальной части 14 ротора 7. В результате такой продувки воздушный поток захватывает частицы испарившегося топлива, обеспечивая интенсивность испарения оставшейся пленки топлива, и образует, таким образом, активную рабочую смесь, подготовленную к воспламенению, но еще не воспламенившуюся, поступающую в камеру сгорания 20, где она воспламеняется с огромной скоростью с помощью вибрирующей в течение поворота ротора 7 от -5 до +10o, искры, возникшей на электродах свечи 12 или калильного зажигания. Таким образом сгорает все топливо почти перед началом такта расширения (от 0 до 10o относительно вертикальной линии, проходящей через центр ротора 7), при этом давление газов достигает максимальной величины, тепловыделение прекращено полностью и начинается осуществление рабочего хода или такта расширения в секторе расширения 13. В результате давления газов на выступающую поверхность правого ползуна 8 образуется крутящий момент, продолжающий вращать ротор 7 по часовой стрелке. Затем, после максимального расширения рабочая камера 18 перемещается в сектор выпуска 6 и при открытом выпускном окне 4 отработавшие газы удаляются в атмосферу. Так осуществляется рабочий дизельный цикл в одной из рабочих камер 18 дизельного роторного двигателя внутреннего сгорания. Такие же рабочие дизельные циклы осуществляются во всех рабочих камерах (от 4-х до 24 камер и более) за один оборот ротора 7.
|
|
|
Аналогичным образом работает двигатель внутреннего сгорания с линейчатой рабочей поверхностью, выполненный в виде поверхности, образованной движением части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассинпоршневых дизельных двигателей ), что обеспечивает мощный импульс от сгорания всей цикловой порции и высокую эффективность сгорания топлива. Завершается процесс сгорания всей цикловой порции после поворота рабочей камеры 18 относительно вертикальной линии на 10o по часовой стрелке (см. фиг. 7), что обеспечивает сгорание топлива по изохоре (см. фиг. 8) с более совершенной динамикой сгорания по сравнению с существующими поршневыми дизельными двигателями. Тороидальная часть 14 ротора 7, соединенная с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17 и предварительно нагретая до температуры 480 - 500oC, сохраняет ее для подготовки топлива за короткий период задержки воспламенения. Пленка топлива, нагреваясь от теплоты ротора 7 и от сжатого воздуха, испаряется. Вертикальная линия, проходящая через центр ротора 7, делит рабочую камеру 18 на две части: правую - камеру сгорания 20 и левую - компрессорную камеру 19, в которой сжимается воздух и осуществляется его подача через канавки 15, выполненные на тороидальной части 14 ротора 7. В результате такой продувки воздушный поток захватывает частицы испарившегося топлива, обеспечивая интенсивность испарения оставшейся пленки топлива, и образует, таким образом, активную рабочую смесь, подготовленную к воспламенению, но еще не воспламенившуюся, поступающую в камеру сгорания 20, где она воспламеняется с огромной скоростью с помощью вибрирующей в течение поворота ротора 7 от -5 до +10o, искры, возникшей на электродах свечи 12 или калильного зажигания. Таким образом сгорает все топливо почти перед началом такта расширения (от 0 до 10o относительно вертикальной линии, проходящей через центр ротора 7), при этом давление газов достигает максимальной величины, тепловыделение прекращено полностью и начинается осуществление рабочего хода или такта расширения в секторе расширения 13. В результате давления газов на выступающую поверхность правого ползуна 8 образуется крутящий момент, продолжающий вращать ротор 7 по часовой стрелке. Затем, после максимального расширения рабочая камера 18 перемещается в сектор выпуска 6 и при открытом выпускном окне 4 отработавшие газы удаляются в атмосферу. Так осуществляется рабочий дизельный цикл в одной из рабочих камер 18 дизельного роторного двигателя внутреннего сгорания. Такие же рабочие дизельные циклы осуществляются во всех рабочих камерах (от 4-х до 24 камер и более) за один оборот ротора 7.
Аналогичным образом работает двигатель внутреннего сгорания с линейчатой рабочей поверхностью, выполненный в виде поверхности, образованной движением части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассинпоршневых дизельных двигателей ), что обеспечивает мощный импульс от сгорания всей цикловой порции и высокую эффективность сгорания топлива. Завершается процесс сгорания всей цикловой порции после поворота рабочей камеры 18 относительно вертикальной линии на 10o по часовой стрелке (см. фиг. 7), что обеспечивает сгорание топлива по изохоре (см. фиг. 8) с более совершенной динамикой сгорания по сравнению с существующими поршневыми дизельными двигателями. Тороидальная часть 14 ротора 7, соединенная с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17 и предварительно нагретая до температуры 480 - 500oC, сохраняет ее для подготовки топлива за короткий период задержки воспламенения. Пленка топлива, нагреваясь от теплоты ротора 7 и от сжатого воздуха, испаряется. Вертикальная линия, проходящая через центр ротора 7, делит рабочую камеру 18 на две части: правую - камеру сгорания 20 и левую - компрессорную камеру 19, в которой сжимается воздух и осуществляется его подача через канавки 15, выполненные на тороидальной части 14 ротора 7. В результате такой продувки воздушный поток захватывает частицы испарившегося топлива, обеспечивая интенсивность испарения оставшейся пленки топлива, и образует, таким образом, активную рабочую смесь, подготовленную к воспламенению, но еще не воспламенившуюся, поступающую в камеру сгорания 20, где она воспламеняется с огромной скоростью с помощью вибрирующей в течение поворота ротора 7 от -5 до +10o, искры, возникшей на электродах свечи 12 или калильного зажигания. Таким образом сгорает все топливо почти перед началом такта расширения (от 0 до 10o относительно вертикальной линии, проходящей через центр ротора 7), при этом давление газов достигает максимальной величины, тепловыделение прекращено полностью и начинается осуществление рабочего хода или такта расширения в секторе расширения 13. В результате давления газов на выступающую поверхность правого ползуна 8 образуется крутящий момент, продолжающий вращать ротор 7 по часовой стрелке. Затем, после максимального расширения рабочая камера 18 перемещается в сектор выпуска 6 и при открытом выпускном окне 4 отработавшие газы удаляются в атмосферу. Так осуществляется рабочий дизельный цикл в одной из рабочих камер 18 дизельного роторного двигателя внутреннего сгорания. Такие же рабочие дизельные циклы осуществляются во всех рабочих камерах (от 4-х до 24 камер и более) за один оборот ротора 7.
Аналогичным образом работает двигатель внутреннего сгорания с линейчатой рабочей поверхностью, выполненный в виде поверхности, образованной движением части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассинпоршневых дизельных двигателей ), что обеспечивает мощный импульс от сгорания всей цикловой порции и высокую эффективность сгорания топлива. Завершается процесс сгорания всей цикловой порции после поворота рабочей камеры 18 относительно вертикальной линии на 10o по часовой стрелке (см. фиг. 7), что обеспечивает сгорание топлива по изохоре (см. фиг. 8) с более совершенной динамикой сгорания по сравнению с существующими поршневыми дизельными двигателями. Тороидальная часть 14 ротора 7, соединенная с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17 и предварительно нагретая до температуры 480 - 500oC, сохраняет ее для подготовки топлива за короткий период задержки воспламенения. Пленка топлива, нагреваясь от теплоты ротора 7 и от сжатого воздуха, испаряется. Вертикальная линия, проходящая через центр ротора 7, делит рабочую камеру 18 на две части: правую - камеру сгорания 20 и левую - компрессорную камеру 19, в которой сжимается воздух и осуществляется его подача через канавки 15, выполненные на тороидальной части 14 ротора 7. В результате такой продувки воздушный поток захватывает частицы испарившегося топлива, обеспечивая интенсивность испарения оставшейся пленки топлива, и образует, таким образом, активную рабочую смесь, подготовленную к воспламенению, но еще не воспламенившуюся, поступающую в камеру сгорания 20, где она воспламеняется с огромной скоростью с помощью вибрирующей в течение поворота ротора 7 от -5 до +10o, искры, возникшей на электродах свечи 12 или калильного зажигания. Таким образом сгорает все топливо почти перед началом такта расширения (от 0 до 10o относительно вертикальной линии, проходящей через центр ротора 7), при этом давление газов достигает максимальной величины, тепловыделение прекращено полностью и начинается осуществление рабочего хода или такта расширения в секторе расширения 13. В результате давления газов на выступающую поверхность правого ползуна 8 образуется крутящий момент, продолжающий вращать ротор 7 по часовой стрелке. Затем, после максимального расширения рабочая камера 18 перемещается в сектор выпуска 6 и при открытом выпускном окне 4 отработавшие газы удаляются в атмосферу. Так осуществляется рабочий дизельный цикл в одной из рабочих камер 18 дизельного роторного двигателя внутреннего сгорания. Такие же рабочие дизельные циклы осуществляются во всех рабочих камерах (от 4-х до 24 камер и более) за один оборот ротора 7.
Аналогичным образом работает двигатель внутреннего сгорания с линейчатой рабочей поверхностью, выполненный в виде поверхности, образованной движением части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассин 
поршневых дизельных двигателей ), что обеспечивает мощный импульс от сгорания всей цикловой порции и высокую эффективность сгорания топлива. Завершается процесс сгорания всей цикловой порции после поворота рабочей камеры 18 относительно вертикальной линии на 10o по часовой стрелке (см. фиг. 7), что обеспечивает сгорание топлива по изохоре (см. фиг. 8) с более совершенной динамикой сгорания по сравнению с существующими поршневыми дизельными двигателями. Тороидальная часть 14 ротора 7, соединенная с цилиндрической частью 16 ротора 7 через термоизолирующую прокладку 17 и предварительно нагретая до температуры 480 - 500oC, сохраняет ее для подготовки топлива за короткий период задержки воспламенения. Пленка топлива, нагреваясь от теплоты ротора 7 и от сжатого воздуха, испаряется. Вертикальная линия, проходящая через центр ротора 7, делит рабочую камеру 18 на две части: правую - камеру сгорания 20 и левую - компрессорную камеру 19, в которой сжимается воздух и осуществляется его подача через канавки 15, выполненные на тороидальной части 14 ротора 7. В результате такой продувки воздушный поток захватывает частицы испарившегося топлива, обеспечивая интенсивность испарения оставшейся пленки топлива, и образует, таким образом, активную рабочую смесь, подготовленную к воспламенению, но еще не воспламенившуюся, поступающую в камеру сгорания 20, где она воспламеняется с огромной скоростью с помощью вибрирующей в течение поворота ротора 7 от -5 до +10o, искры, возникшей на электродах свечи 12 или калильного зажигания. Таким образом сгорает все топливо почти перед началом такта расширения (от 0 до 10o относительно вертикальной линии, проходящей через центр ротора 7), при этом давление газов достигает максимальной величины, тепловыделение прекращено полностью и начинается осуществление рабочего хода или такта расширения в секторе расширения 13. В результате давления газов на выступающую поверхность правого ползуна 8 образуется крутящий момент, продолжающий вращать ротор 7 по часовой стрелке. Затем, после максимального расширения рабочая камера 18 перемещается в сектор выпуска 6 и при открытом выпускном окне 4 отработавшие газы удаляются в атмосферу. Так осуществляется рабочий дизельный цикл в одной из рабочих камер 18 дизельного роторного двигателя внутреннего сгорания. Такие же рабочие дизельные циклы осуществляются во всех рабочих камерах (от 4-х до 24 камер и более) за один оборот ротора 7.
Аналогичным образом работает двигатель внутреннего сгорания с линейчатой рабочей поверхностью, выполненный в виде поверхности, образованной движением части окружности по направляющей - эллипсу 22, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Кассини
23 с соотношением
Формула изобретения
\ \\1 Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с линейчатой рабочей поверхностью, окна впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, форсунку с соплом, выполненным в виде плоской щели с сечением в плоскости ее расположения в виде равнобедренного треугольника, отличающийся тем, что в двигатель введена свеча зажигания, расположенная в секторе расширения, ротор выполнен составным, тороидальная часть которого с расположенными на ней канавками соединена с цилиндрической частью ротора через термоизолирующую прокладку, линейчатая рабочая поверхность выполнена в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющему контуру, состоящему из двух полуокружностей, сопряженных параллельными прямыми, образующему тороидально-цилиндрическую поверхность, или в виде поверхности, образованной движением центра части по окружности по направляющей - эллипсу, или в виде поверхности, образованной движением центра части окружности по направляющей - овалу Касcини с соотношением \\\6 $$$ \\\1 где a - постоянная величина; \\\4 c - расстояние от центра овала Кассини до его фокусов.
|
|
|
