Вернуться к оглавлению книги 3.

 

 

 

 

Глава 6.  Газовый ДВС «Ротфен».

                                                         

Раздел 1. Материалы выделенной заявки (№ 4418604/06 от 29.04.88 г).

 

 

 

 

Выделена из заявки № 4418604/06 67354

Объект - устройство

 

                                  Первеев Георгий Павлович

 

                                                                                         МКИ

 

 

 

ГАЗОВЫЙ РОТОРНО-ВЕНТИЛЯТОРНЫИ ДВИГАТЕЛЬ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Настоящее изобретение относится к двигателестроению. Может использоваться во всех отраслях народного хозяйства.

Функциональным аналогом предлагаемому двигателю является роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

В качестве прототипа выбран роторно-поршневой двигатель Ванкеля /см. журнал "Катера и яхты" № 2 /3-4/, 1986 г. стр. 44 - 47 статья Г. Колясева и Г. Тихомирова "Пробьет ли час роторного двигателя ?". Он представляет собой механи­ческую систему, в которой преобразование внутренней энергии высокосжатых продуктов сгорания топливовоздушной смеси в крутящий момент осуществляется за счет оригинальной конфи­гурации ротора и внутренних полостей статора-корпуса. Основ­ными деталями двигателя Ванкеля являются вал с эксцентриком, на котором может вращаться трехгранный ротор,  выполняющий функции поршня, и корпус с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды.  Ротор может вращаться на эксцентрике вала только обкатываясь своей шестерней с внут­ренним зубом по неподвижной шестерне, закрепленной на боко­вой крышке корпуса, при вращении все три вершины ротора по­стоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры. Эти камеры, перемещаясь по периметру ра­бочей поверхности корпуса при сложном вращательном движении ротора, периодически изменяют свой объем - они изменяют его четыре раза за один оборот ротора. Благодаря этому осущес­твляется работа двигателя по четырехтактному циклу, циклы рабочего процесса происходят во всех трех камерах одновре­менно, но со сдвигом 120 градусов.

Уплотнение газовых стыков между вершинами ротора и рабочей поверхностью корпуса производится плоскими радиальными пластинами, а торцевое уплотнение достигается слегка изогну­тыми пластинами. Пластины прижимаются к уплотняемым повер­хностям плоскими пружинами-эспандерами давлением газов, а радиальные уплотнения - так же и центробежными силами.

 

Отсутствие деталей совершающих возвратно-поступательные движения /шатунов, поршней, деталей газораспределения/ де­лает двигатель более уравновешенным и надежным.

 

Однороторный /односекционный/ роторно-поршневой двигатель по сложности и количеству деталей можно сравнить с традиционным двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. У роторного двигателя количество основных деталей не больше чем у обычного двухтактного двигателя аналогичной мощности, и в то же время его детали конструктивно проще и надежнее, за исключением непривычной рабочей поверхности корпуса, роторно-поршневой двигатель легче традиционных четырехтак­тных двигателей в среднем на 15-20 процентов.

 

Технологическая сложность производства некоторых деталей двигателя - тот существенный недостаток, который является тормозом для широкого распространения двигателя Ванкеля. Немаловажно и то, что он имеет относительно высокий расход топлива на единицу произведенной работы.

 

Целью настоящего изобретения является реализация газового двигателя внутреннего сгорания на основе принципиально нового - роторно-вентиляторного преобразователя разности стати­ческих давлении рабочего тела в крутящий момент. Что в силу конструктивных особенностей преобразователя /компактность, простота и уравновешенность кинематической схемы, отсутствие деталей совершающих возвратно-поступательные движения, не­большой объем номенклатуры деталей, принципиальная мягкость работы, обещает возможность производства технологически дешевых, мощных, экономичных, компактных и надежных двига­телей внутреннего сгорания.

Отсутствие ударных и вибрационных нагрузок на элементы дви­гателя позволяет использование дешевых керамики и чугуна в качестве конструкционных материалов.

 

Для достижения этой цели произведена доработка конструкции роторно-вентиляторной машины. Назначение доработки - со­здание условий для организации четырехтактного газового цикла двигателя внутреннего сгорания. Роторно-вентиляторная машина, в силу своих конструктивных особенностей имеет два рабочих контура - первый /верхний/ и второй /нижний/. Здесь и далее ориентация относительно нижних основании чертежей, первый контур - это совокупность рабочих объемов над вентилятором машины, второй - под венти­лятором.

 

Оба контура имеют по две рабочих зоны. Все четыре зоны геометрически одинаковы и равноценны. При работе, в рабочих зонах каждого контура фазы взаимных перемещении элементов системы ротор-вентилятор противоположны, причем в попарно-противоположных относительно общего геометричес­кого центра, зонах машины, фазы рабочих процессов одинаковы. Эти особенности машины делают возможным организацию работы двигателя и по четырехтактному полутораконтурному /по количеству активных контуров/ газовому циклу, и по четырех­тактному двухконтурному газовому циклу.

 

Следующая особенность машины - движущиеся по кругу рабочие камеры - позволяет простым расположением свечи зажигания в соответствующем секторе рабочей зоны активного контура, обе­спечить своевременное воспламенение сжатой рабочей смеси /регулируемый угол опережения зажигания/. Доработка машины включила в себя:

1. Целенаправленную оптимизацию конфигурации внутренних организующих полостей статора.

2. Соединение внутренних полостей машины между собой и с атмосферой в соответствующих секторах статора.

3. Стыковку элементов топливоподающей системы с конструк­цией машины.

 

Результатом доработки является реализация двух модификаций полутораконтурного и двух модификаций двухконтурного газо­вого четырехтактного роторно-вентиляторного двигателя.

В газовом /например на смеси пропан-бутан/ двигателе, в отли­чие от карбюраторного вакуум в начале первого такта не обяза­телен, что, за счет конструктивного потенциала роторно-вентиляторной машины, делает возможным утилизацию части энер­гии выхлопных газов в дополнительную мощность. Постоянно циркулирующий внутри некоторых объемов двигателя свежий атмосферный воздух производит охлаждение деталей двигателя.

 

В двигателе сжатая газововоздушная смесь воспламеняется свечой установленной в статоре, в секторе соответствующем оптимальному углу опережения зажигания. При необходимости ширина сектора угла опережения зажигания, за счет увеличе­ния количества установленных свечей, может быть существен­но расширена. Тогда угол опережения зажигания может устана­вливаться грубо переключением свеч /выбор активной свечи/, плавно - моментом подачи напряжения на свечу. Все вышеприведенные моменты обуславливают собой возможность реализации следующих модификаций двигателя:

1. Четырехтактный полутораконтурный роторно-вентиляторный газовый двигатель с оптимизированным управляемым углом опе­режения зажигания.

2. Четырехтактный полутораконтурный роторно-вентиляторный газовый двигатель с расширенным управляемым углом опереже­ния зажигания.

3. Четырехтактный двухконтурный роторно-вентиляторный га­зовый двигатель с оптимизированным углом /управляемым/ опе­режения зажигания.

4. Четырехтактный двухконтурный роторно-вентиляторный газо­вый двигатель с расширенным управляемым углом опережения за­жигания.

 

Оптимизация конструкции двигателя по системам смазки и ох­лаждения не проводилась, т.к. главной целью настоящего изо­бретения является теоретическая реализация двигателя внутреннего сгорания на базе принципиально новой роторно-вентиляторной машины. Эти системы могут быть традиционной конс­трукции.

 

Поскольку:

А/ Роторно-вентиляторная машина подробно описана в приложе­нии.                                 

Б/ Прямых прототипов роторно-вентиляторного двигателя нет.

В/ Для конкретной реализации двигателей требуется опреде­ленный объем опытно-конструкторских работ.

 

… то конструкция двигателя в данном описании объясняется на основе упрощенных схем, которые приведены в графической части.

 

На фиг. 4 изображена схема конструкции четырехтактного полутораконтурного газового роторно-вентиляторного двигателя с оптимизированным углом опережения зажигания.

На фиг. 5 изображена схема конструкции четырехтактного двухконтурного газового роторно-вентиляторного двигателя с опти­мизированным углом опережения зажигания.

На фиг. 9 изображен фрагмент схемы конструкции четырехтак­тного газового роторно-вентиляторного двигателя с расширен­ным управляемым углом опережения зажигания.

 

Графическое пояснение-ключ для чтения схем фиг. 4, 5 и 9 и его описание приведено в приложении /см. приложение/.

Изображенный схематично на фиг. 4 четырехтактный полутораконтурный газовый роторно-вентиляторный двигатель с оптими­зированным управляемым углом опережения зажигания состоит из статора АВ и ротор-вентилятора Б.

Главные рабочие процессы происходят в первом /верхнем/ контуре и в половине второго /нижнего/ контура. Это второй такт "сжатие" и третий - "расширение". Отсюда название двигателя.

 

Работа од­ной половины второго контура используется для отбора мощности от выхлопных газов, второй половины - для продувки рабочих камер первого контура.

 

Верхняя часть статора А и прилегающие к ней внутренние рабо­чие объемы /активный контур/, условно разделены на восемь секторов:

1 - сектор оптимального угла впуска,

2 - сектор оптимального угла сжатия,

3 - сектор оптимального угла опе­режения зажигания,

4 - сектор оптимального угла расширения,

5 - сектор оптимального угла ответвления газов,

6 - первый защитный сектор первого контура,

7 - сектор оптимального угла выпуска-продувания первого контура,

8 - второй защитный сектор первого контура.

 

В секторе оптимального угла опережения зажигания 3 расположена камера сгорания 11 со свечой 33.

В секторе 5 оптима­льного угла ответвления газов находится отверстие 13, к которому подсоединен газопровод 37 сообщающийся со вторым контуром.

В сектора 7 оптимального угла выпуска-продувания первого контура находится отверстие 12, к которому подсое­динен воздухопровод 36 сообщающийся со вторым контуром, и в боковой стенке 9 статора - отверстие 15 сообщающееся с атмосферой.

В секторе 1 оптимального угла впуска в боковой стенке 9 ста­тора находится отверстие 14, к которому подсоединен редук­тор-дозатор 10.

Все отверстия и камера сгорания не мешают вращению ротор-вентилятора Б состоящего из сферического сегмента 16, кры­льев-перегородок 17, лопастей-поршней 18 и оси 39.

Таким образом внутренняя поверхность верхней части статора А и верхняя поверхность ротор-вентилятора Б ограничивают собой первый /активный/ контур двигателя, рабочие процессы которого организованы в секторе сжатия Ф1 и в секторе рас­ширения Ф2 /см. приложение/.

 

Второй /активно-пассивный/ контур двигателя образуется внут­ренней поверхностью нижней части статора В и нижней повер­хностью ротор-вентилятора Б. Рабочие процессы в нем организо­ваны в секторе расширения Ф3 и в секторе сжатия Ф4 /см. при­ложение/.

 

Вся круговая поверхность нижней части статора В и прилега­ющие к ней внутренние рабочие объемы условно разделены на восемь секторов:

 

20 - первый защитный сектор второго контура,

21 - сектор вторичного расширения,

22 - второй защитный сектор второго контура,

23 - сектор оптимального угла выпуска-продувания второго контура,

24 - третий защитный сектор вто­рого контура,

25 - сектор оптимального угла коммутации с атмосферой,

26 - четвертый защитный сектор второго контура,

27 - сектор компресс-процесса.

 

В секторе 21 вторичного расширения находится круговая орга­низующая выемка 29 переходящая в сквозное отверстие 28, к которому подсоединен газопровод 37.

В секторе 23 оптималь­ного угла выпуска-продувания второго контура находится отверстие 30, к которому подсоединен воздухопровод 38. В этом же секторе в боковой стенке статора 19 находится отверстие 31 сообщающееся с атмосферой.

В секторе 25 оптимально­го угла коммутации с атмосферой находится отверстие 32 сообщающееся с атмосферой. 

В секторе 27 компресс-процесса находится круговая организующая выемка 34 переходящая в два сквозных отверстия 35 и 40. К первому подсоединен воздухо­провод 36, ко второму - воздухопровод 38.

Все отверстия и выемки нижней части статора не мешают вра­щению ротор-вентилятора Б.

 

Схематично работа четырехтактного полутораконтурного газо­вого роторно-вентиляторного двигателя с оптимизированным углом опережения зажигания выглядит следующим образом:

 

При вращении ротор-вентилятора, рабочие камеры первого кон­тура, имея внутри себя свежий воздух под атмосферным давле­нием, последовательно попадают в сектор впуска, где в каж­дую, последовательно, редуктором-дозатором впускается про­пан-бутан за счет своего избыточного давления. Далее в ка­ждой рабочей камере, со своей индивидуальной фазой, происхо­дит сжатие получившейся газововоздушной смеси, которая в секторе зажигания воспламеняется свечой. При этом образуются высокосжатые продукты сгорания, которые, расширяясь, созда­ют крутящий момент системы ротор-вентилятор.

В секторе раз­ветвления расширяющихся газов, через имеющееся там отвер­стие, часть газов перераспределяется во второй контур для дальнейшего /вторичного/ расширения, оставшаяся часть газов, дойдя вместе с камерой до сектора выпуска-продувания перво­го контура, выбрасывается в атмосферу. Здесь же камеры проду­ваются свежим воздухом от компресс-процесса второго контура, расширяющиеся газообразные продукты сгорания, ответвленные во второй контур, расширяются там дополнительно, внося лепту в величину крутящего момента двигателя.

В каждой рабочей камере все процессы происходят последова­тельно со сдвигом 360/Н градусов, по мере поворота системы ротор-вентилятор. Н - количество лопастей-поршней системы

ротор-вентилятор.

 

Угол опережения зажигания в пределах плюс-минус 360/2Н гра­дусов относительно оптимального угла опережения зажигания задается моментом подачи напряжения на свечу. Свеча распо­ложена в камере сгорания в центре сектора оптимального  угла  опережения зажигания.

 

Подробно работа двигателя выглядит так:

В первом контуре очередная рабочая камера К /верхняя/ сис­темы ротор-вентилятор Б при движении по часовой стрелке, имея внутри себя чистый воздух под атмосферным давлением, /результат продувки камеры сжатым воздухом в четвертом так­те/, входит в сектор оптимального угла впуска 1, где за счет избыточного давления пропан-бутана на выходе редуктора-доза­тора 10, через отверстие 14 производится впуск пропан-бутана в рабочую камеру. В ней образуется горючая газововоздушная смесь, /такт первый - "впуск"/. 

Далее при повороте ро­тор-вентилятора, рабочая камера с газововоздушной смесью попадает в сектор сжатия 2, где за счет сокращения объема камеры, газововоздушная смесь сжимается до необходимой сте­пени /такт второй - "сжатие"/. Попав в сектор 3 оптимального угла зажигания, сжатая смесь, свечой 33 воспламеняется, и сгорает в камере сгорания 11.

При этом образуются высоко­сжатые продукты сгорания, которые стремясь расшириться, да­вят на лопасть-поршень 18 вентилятора, что вызывает в свою очередь поворот системы ротор-вентилятор Б, а соответствен­но и перемещение рабочей камеры по сектору расширения 4 /такт третий - "расширение"/.

Расширяющиеся газы, попав вместе с камерой К в сектор 5 оптимального угла ответвления газов, через отверстие 13 и газопровод 37, частично направляются во второй контур, в сектор 21 вторичного расширения, /см. ниже/.

Оставшаяся же часть расширяющихся газов, подхва­ченная рабочей камерой К, пройдя первый защитный сектор 6 первого контура, попадает в сектор 7 оптимального угла вы­пуска-продувания первого контура, откуда выбрасывается в атмосферу через отверстие 15 /такт четвертый -"выпуск"/.

В этом же секторе производится продувка камеры сжатым воз­духом из отверстия 12 /получение сжатого воздуха см. ниже/.

Далее рабочая камера К продутая свежим воздухом проходит второй защитный сектор и попадает в сектор 1 оптимального угла впуска. На этом полный рабочий цикл рабочей камеры первого контура двигателя замыкается.

Первый и второй защитный секторы 6 и 8 необходимы для ис­ключения взаимного влияния соседних рабочих камер друг на друга.

 

В нижнем /активно-пассивном/ контуре двигателя организованы процесс вторичного расширения продуктов сгорания первого контура и компресс-процесс, необходимый для очистки рабочих камер первого и второго контуров от остатков продуктов сго­рания.

 

Во втором контуре очередная рабочая камера К /нижняя/ сис­темы ротор-вентилятор Б при движении по часовой стрелке, из первого защитного сектора второго контура 20 /при этом объем рабочей камеры минимален/ попадает в сектор вторичного рас­ширения 21, где все находящиеся в нем рабочие камеры оказы­ваются соединенными между собой газопроводящей организующей вы­емкой 29.

Это обуславливает мягкость процесса вторичного рас­ширения продуктов сгорания, которые регулярно поступают из сектора 5 по газопроводу 37. Расширяющиеся продукты сгорания действуют одновременно на несколько лопастей-поршней 18 сис­темы ротор-вентилятор /за счет организующей выемки 29/, нахо­дящихся в секторе вторичного расширения 21.

Это вызывает по­явление дополнительного крутящего момента системы ротор-вен­тилятор Б, который суммируется с основным крутящим моментом, создаваемым тактом "расширение" в первом контуре.

Таким образом, происходит утилизация энергии выхлопных газов первого контура.

Утилизируется только энергия той части газов, которые попа­дают во второй контур.

Пройдя сектор вторичного расширения и имея внутри себя от­работавшие газы, рабочая камера К попадает в защитный сек­тор 22 и далее в сектор 23 оптимального угла выпуска-проду­вания второго контура.

В секторе 23 отработавшие газы через отверстие 31 выбрасываются в атмосферу. Здесь же камера продувается сжатым воздухом через отверстие 30 из воздухо­провода 38 /см. ниже/.

После выпуска-продувки рабочая каме­ра К проходит третий защитный сектор 24 и попадает в сектор оптимального угла коммутации с атмосферой 25. Через отвер­стие 32 находящееся в этом секторе, давление воздуха в рабочей камере выравнивается с атмосферным. При этом объем рабо­чей камеры близок к максимальному. Миновав четвертый защит­ный сектор 26, рабочая камера попадает в сектор 27 компресс-процесса, где все находящиеся в нем рабочие камеры оказываются соединенными между собой воздухопроводящей организу­ющей выемкой 34.

Это обуславливает мягкость компресс-про­цесса, так как по мере движения рабочих камер от начала сектора компресс-процесса к его концу, их объем уменьшает­ся, при одновременном поступлении новых порций воздуха /во­здух захватывается камерами в секторе 25/, то давление воз­духа в каждой из них и во всех сразу повышается.

Сжатый во­здух через отверстия 35 и 40 подается в первый и второй воздухопроводы 36 и 38 соответственно, для продувки рабочих камер первого и второго контуров на выхлопе.

Миновав сектор компресс-процесса 27, рабочая камера попадает в первый защитный сектор второго контура 20. На этом полный рабочий цикл рабочей камеры второго контура двигателя замы­кается.                                                   

Абсолютно во всех рабочих камерах двигателя рабочие процессы поконтурно, последовательно идут со сдвигом 360/Н градусов, где Н - количество лопастей-поршней ротор-вентилятора Б.

Угол опережения зажигания управляется следующим образом:

Как только очередная рабочая камера первого контура оказы­вается в секторе 3, становится возможным воспламенение еще сжимающейся газововоздушной смеси, но так как камера находится в  этом секторе некоторое время, то путем подачи в необходимый момент этого времени, напряжения на свечу 33, производится в конечном итоге выбор необходимого угла опе­режения зажигания.

При большем количестве лопастей-поршней в системе ротор-вен­тилятор /при большом Н/ возможна модификация двигателя с несколькими свечами.

 

Изображенный схематично на фиг. 5 четырехтактный двухконтурный газовый роторно-вентиляторный двигатель с оп­тимизированным углом опережения зажигания состоит из статора АВ и ротор-вентилятора Б.

Все рабочие процессы происходят синхронно в верхнем и нижнем активных контурах. Отсюда наз­вание двигателя. Поскольку работа обоих контуров и их ус­тройство абсолютно идентичны, ниже приводится описание лишь одного контура.

 

Верхняя часть статора А и прилегающие к ней внутренние ра­бочие объемы /первый активный контур/,  условно разделены на восемь секторов:

 

1 - сектор оптимального угла впуска,

2 - сектор оптимального угла сжатия,

3 - сектор оптимального угла опережения зажигания,

4 - сектор оптимального угла расширения,

5 - сектор оптимального угла выпуска,

6 - первый защитный сектор,

7 - сектор оптимального угла продувания,

8 - второй защитный сектор.

 

В секторе оптимального угла впуска 1 находится  отверстие 24, к которому подсоединен газовый редуктор-дозатор 10.

В секторе оптимального угла опережения зажигания 3 находится камера сгорания 11 со свечой 12. В секторе оптимального уг­ла выпуска находится отверстие 13, к которому подсоединен выхлопной патрубок 14 состыкованный с эжекторной насадкой 15.

В секторе оптимального угла продувания 7 находятся два отверстия:

одно - 20 сообщается с атмосферой,

другое - 21 /расположенное в боковой стенке 9/ - с всасывающим входом эжекторной насадки 15. Выходы 22 эжекторных насадок обоих контуров объединены и работают на общий глушитель /на схеме эти элементы не показаны/. Топливо на редуктор-дозаторы 10 подается через топливопроводы 23.

Все отверстия и камеры сгорания обоих контуров не мешают вращению ротор-вентилятора Б состоящего из сферической центральной детали 16, крыльев-перегородок 17, лопастей-порш­ней 18 и оси 19.

 

Работа двигателя выглядит следующим образом:

Очередная рабочая камера К системы ротор-вентилятор Б при движении по часовой стрелке, имея внутри себя чистый воздух под атмосферным давлением /результат продувки камеры в сек­торе 7/, входит в сектор оптимального угла впуска 1, где за счет избыточного давления пропан-бутана на выходе редуктор-дозатора 10 через отверстие 24 производится впуск пропан-бутана в рабочую камеру /такт первый - "впуск"/. В ней образуется горючая газововоздушная смесь.

Далее при повороте ротор-вентилятора, рабочая камера с газововоздушной смесью попадает в сектор сжатия 2, где за счет сокращения объема камеры, газововоздушная смесь сжимается до необходимой степени /такт второй - "сжатие"/. Попав в сектор 3 оптимального угла опережения зажигания, сжатая смесь свечой 12 воспламеняется и сгорает в камере сгорания 11. При этом образуются высокосжатые продукты сгорания, которые стремясь расшириться, давят на лопасть-поршень 18 вентилятора, что вызывает в свою очередь поворот системы ротор-вентилятор Б, а соответственно и перемещение рабочей камеры по сектору расширения 4 /такт третий - "расширение"/.

 Расширившиеся газы, попав вместе в камерой К в сектор выпу­ска 5 через отверстие 13 выбрасываются в выхлопной патру­бок 14 и далее, минуя эжекторную насадку 15 и выходную тру­бу 22 - в атмосферу /такт четвертый- "выпуск"/.

В рабочей камере после выхлопа остаются под атмосферным давлением остатки отработавших газов, которые после прохождения ею защитного сектора 6, в секторе продувания 7 заменяются свежим воздухом за счет эжекторного отсоса через отверстие 21 и поступления свежего воздуха через отверстие 20.

Пройдя защитный сектор 8, рабочая камера, имея внутри себя чистый воздух, попадает в сектор оптимального угла впуска 1.

На этом, рабочий цикл рабочей камеры замыкается.       

Во всех рабочих камерах рабочие процессы, поконтурно, идут последовательно со сдвигом 360/Н градусов, где Н - количес­тво лопастей-поршней ротор-вентилятора Б.

 

За счет активной синхронной работы двух контуров, двигатель имеет повышенную мощность на валу при тех же габаритах, что и полутораконтурный. Однако он имеет и повышенный расход топлива, т.к. пассивная /эжекторно-турбулентная/ продувка рабочих камер недостаточно эффективна.

И полутораконтурный и двухконтурный, газовые двигатели, могут иметь модификации с несколькими свечами для обеспечения относительного /необходимость возникает при

больших Н/ расширения сектора угла опережения зажигания.

Фрагмент схемы модифицированных двигателей приведен на фиг.9.

Модифицированные двигатели имеют дополнительную камеру сго­рания 40 со свечой 41.

Эти элементы расположены в дополните­льном секторе угла опережения зажигания 42.

Между основным сектором угла опережения зажигания 3 и дополнительным 42 находится защитный сектор 43.

Модифицированные двигатели имеют следующие особенности ра­боты:

При достаточно малой скорости вращения системы ротор-вентилятор Б активными являются свеча 33 с камерой сгорания 11.

В этом случае воспламенение газововоздушной смеси в рабочих камерах К осуществляется в любой требуемый момент вре­мени начиная с момента когда передняя граница очередной ра­бочей камеры К объединяется с камерой сгорания 11 и до мо­мента, когда задняя граница камеры К проходит камеру сгора­ния 11.

При большой скорости вращения системы ротор-вентилятор Б, когда требуются гораздо более ранние моменты воспламенения газововоздушной смеси в рабочих камерах К, активными стано­вятся свеча 41 с камерой сгорания 40 /свеча 33 в силу своего местонахождения уже не может воспламенять газововоздушную смесь в требуемые моменты времени/.

Переключение производится с помощью электронного /или механического/ устройства /на фиг. 9 не показано/.

В этом случае воспламенение газововоздушной смеси в рабочих камерах К осуществляется в любой требуемый момент времени, начиная с момента когда передняя граница очередной рабочей камеры К объединяется с камерой сгорания 40 и до момента, когда задняя граница камеры К проходит камеру сгорания 40.

Правильно выбранное взаимное расположение камер сгорания 11 и 40 обеспечивает плавное управление углом опережения зажигания в два раза более широ­ком диапазоне углов, чем в немодифицированных /с одной свечой/ двигателях, при одинаковых системах ротор-вентилятор /при одинаковых Н/.

Модифицированные двигатели имея /для этого собственно и предусмотрена модификация/ большее количество рабочих камер /большое Н-количество лопастей-поршней в системах ротор--вентилятор/ обеспечивает более равномерный крутящий момент на ва­лу, более приемист, легче заводится и т.д.

Газовый роторно-вентиляторный ДВС предложенный в настоящей заявке выгодно отличается от существующих ДВС /в том числе и двигателя Ванкеля/ простотой, технологичностью и компак­тностью.

При соответствующей доработке роторно-вентиляторные ДВС мо­гут по удельным характеристикам в З -5 раз превзойти тра­диционные поршневые ДВС.

Немаловажным достоинством роторно-вентиляторного ДВС явля­ется перспектива использования чугуна и керамики для изготовления основных деталей: высокопрочные более дорогие уп­ругие стали не потребуются благодаря почти сферической форме корпусных деталей и высокой равномерности крутящего момента. Важно и то, что номенклатура деталей составляю­щих роторно-вентиляторный ДВС минимальна.

 

ФОРМУЛА      ИЗОБРЕТЕНИЯ

 

1. Роторно-вентиляторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из статора, ротор-вентилятора и элементов обслу­живающих и организующих систем, отличающийся тем, что с целью преобразования энергии высокосжатых продуктов сгорания топливовоздушной смеси в крутящий момент, в нем используется роторно-вентиляторная машина, конструктивно оптими­зированная под организацию четырехтактных самоподдерживаю­щихся циклов работы, возникающих автоматически в рабочих камерах при вращении ротор-вентилятора в соответствующую сторону относительно статора с углевой скоростью, удовлет­воряющей условиям цикла Карно.

 

2. Роторно-вентиляторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что с целью организации четырехтактного полутораконтурного газового цикла с оптимизированным углом зажигания, управляемым в небольших прёделах в зависимости от скорости вращения системы ротор-вентилятор, первый /активный/ контур его организован в рабочих объемах роторно-вентиляторной ма­шины находящихся над вентилятором, где прилегающая к этим объемам внутренняя поверхность статора имеет восемь условно определенных, последовательно расположенных, оптимизированных по угловому местоположению и ширине, секторов: сектор впуска, к которому подсоединен газовый редуктор-дозатор, сектор сжатия, сектор воспламенения в котором находятся камера сго­рания со свечой, сектор расширения, сектор ответвления продуктов сгорания, от которого отходит газопровод во второй кон­тур, первый защитный сектор, сообщающийся с атмосферой сектор выпуска-продувания к которому подходит воздухопровод от второго контура, и второй защитный сектор, а второй /активно-пассивный/ контур организован в рабочих объемах роторно-вентиляторной машины, находящихся под вентилятором, где при­легающая к этим объемам внутренняя поверхность статора имеет восемь условно определенных, последовательно располо­женных, оптимизированных по угловому местоположению и ширине, секторов: первый защитный сектор, сектор вторичного расши­рения продуктов сгорания снабженный организующей выемкой во всю ширину сектора к которой подведен газопровод от перво­го контура, второй защитный сектор, сообщающийся с атмосфе­рой сектор выпуска-продувания к которому подведен воздухо­провод, третий защитный сектор, сектор коммутации с атмос­ферой, четвертый защитный сектор, и сектор компресс-процесса снабженный выемкой во всю ширину сектора, от которой отхо­дят воздухопроводы для соответствующих секторов первого и второго контуров, причем свеча зажигания электрически со­единена с внешним электронным или электромеханическим упра­вляемым по периоду и фазе генератором высоковольтных электрических импульсов.

 

3. Роторно-вентиляторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что с целью организации четырехтактного двухконтурного газового цикла с оптимизированным управляемым углом зажига­ния, первый и второй активные контуры организованы в рабо­чих объемах роторно-вентиляторной машины соответственно над и под вентилятором, где прилегающие к этим объемам внутренние поверхности статора имеют по восемь условно определенных, последовательно расположенных, оптимизированных по углово­му местоположению и ширине, секторов: сектор впуска к кото­рому подсоединен редуктор-дозатор, сектор сжатия, сектор воспламенения в котором находятся камера сгорания со свечой, сектор расширения, сектор выпуска соединенный с атмосферой через эжекторную насадку, первый защитный сектор, сектор про­дувания скоммутированный с атмосферой отверстием с одной стороны и всасывающим патрубком эжекторной насадки, с дру­гой стороны, и второй защитный сектор, причем свечи зажига­ния обоих контуров параллельно электрически соединены с внеш­ним электронным или электромеханическим управляемым по пери­оду и фазе генератором высоковольтных электрических импульсов.

 

4. Роторно-вентиляторный двигатель по п.1, п.2, п.3, от­личающийся тем, что с целью получения широкого управляемого угла зажигания, активные контура имеют по несколько отделенных друг от друга защитными секторами, последовательно расположенных камер сгорания со свечами электрически соеди­ненными с внешним электронным или электромеханическим упра­вляемым по периоду, фазе и направлению подачи импульсов, генератором высоковольтных электрических импульсов.

 

 

АННОТАЦИЯ

 

Газовый роторно-вентиляторный двигатель относится к двигателестроению.

Цель изобретения - реализации газового двигателя внутренне­го сгорания на базе принципиально нового - роторно-вентиляторного преобразователя разности статического давления рабочего тела в крутящий момент.

Двигатель представляет собой совокупность статора, ротор-вен­тилятора и элементов обслуживающих и организующих систем, конструктивно оптимизированных под цикл Карно. Пассивные и активные рабочие процессы организованы в верх­нем и нижнем контурах роторно-вентиляторной машины, или, что, то же самое - в верхних и нижних рабочих камерах системы ротор-вентилятор.

Последовательность и длительность рабочих процессов в рабочих камерах задается конструктивными эле­ментами /выемками, отверстиями и пр./ расположенными в со­ответствующих секторах прилегающей к рабочим объемам конту­ров, рабочей поверхности статора.

Двигатель четырехтактный. Может иметь либо полтора активных контура, либо два.

Во вто­ром случае мощность на валу выше. Предполагается возможность для обоих вариантов реализации двух модификаций: первая - с оптимизированным управляемым углом опережения зажигания, вторая - с расширенным управляемым углом опережения зажигания.

 

 Вернуться к оглавлению книги 3.