Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Цель изобретения - повышение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя. Двигатель содержит корпус с тороидально - цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого расположен ротор. Ротор снабжен радиальными пазами, в которых расположены лопатки - поршни. Поверхность паза ротора в зоне тороидальной рабочей поверхности выполнена линейчатой. Такое выполнение поверхности паза ротора значительно уменьшает величину контактных напряжений на контактируемых поверхностях и их кромочное трение. 8 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, ротор, радиальные пазы, в которых расположены лопатки.Корпус имеет пазы, в которых расположены лопатки, контактирующие с плоской гранью ротора-поршня. Поверхность паза заканчивается ребром, полученным в результате пересечения внутренней цилиндрической рабочей поверхности корпуса с плоскостью паза. В результате взаимодействия поверхностей лопаток с ребрами паза корпуса возникают значительные контактные напряжения, вызывающие кромочное трение и износ поверхностей лопаток, а следовательно, утечки рабочего тела, снижение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого расположен ротор, имеющий радиальные пазы, в которых расположены лопатки-поршни.

Поверхность паза ротора в зоне тороидальной поверхности выполнена в виде плоскости, пересекающей плоскость паза. При пересечении поверхности паза ротора с тороидальной поверхностью образуется ребро, которое как геометрическая линия имеет минимальный радиус перехода одной плоскости в другую. Лопатка-поршень, перемещаясь в пазу ротора, контактирует своей поверхностью с этим ребром с обеих сторон, что увеличивает кромочное трение лопатки-поршня в пазу ротора, в результате из-за разных удельных давлений со стороны ребра на поверхности лопатки-поршня возникает волнистость - нарушение плоскостности этих поверхностей. Это приводит к нарушению контакта уплотнительных элементов, расположенных в канавках стенок паза ротора с изнашиваемой поверхностью лопатки-поршня, а следовательно, к значительным утечкам рабочего тела, т.е. к снижению надежности, механического КПД и моторесурса двигателя.

В роторно-поршневых двигателях, в которых заслонки лопатки-поршня значительно выдвигаются из паза ротора, имеют место значительные концентрации напряжений на рабочих поверхностях лопаток-поршней, контактирующих с рабочими поверхностями пазов ротора, что вызывает интенсивный износ рабочих поверхностей лопаток-поршней, нарушение плоскостности поверхности и выкрашивание металла с поверхности, напоминающее явление "питтинга", что снижает надежность, механический КПД и моторесурс двигателя.

Повышение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя приводит к повышению эксплуатационной эффективности двигателя, топливной эффективности при снижении эксплуатационных затрат.

Цель изобретения - устранение названных недостатков, а именно повышение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя.

Цель достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого расположен ротор, имеющий радиальные пазы, в которых расположены лопатки-поршни, поверхность паза ротора в зоне переменной ширины ротора выполнена линейчатой и сопряженной с плоской поверхностью паза постоянной ширины ротора.

Эта поверхность выполнена линейчатой с образующей в виде части циклоиды, в виде части овальной кривой, в виде части эллипса, в виде части улитки Паскаля.

Выполнение поверхности паза в зоне переменной ширины ротора линейчатой и сопряженной с плоской поверхностью паза постоянной ширины ротора уменьшает величину контактных напряжений на контактируемых поверхностях и их кромочное трение.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез роторного двигателя; на фиг. 2 - продольный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (увеличенный вид паза ротора с лопаткой-поршнем); на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 3; на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 4, показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части циклоиды; на фиг. 6 - вид по стрелке В на фиг. 4 показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части овальной кривой; на фиг. 7 - вид по стрелке В на фиг. 4, показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части эллипса; на фиг. 8 - вид по стрелке В на фиг. 4, показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части улитки Паскаля.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, внутри которого расположен ротор 2, имеющий радиальные пазы 3, в которых расположены лопатки-поршни, состоящие из лопаток 4, связанных шарнирами 5 с поршнями 6. Корпус 1 состоит из секторов всасывания 7, сжатия 8, сгорания и расширения 9, выпуска 10, впускного 11 и выпускного 12 коллекторов. Ротор 2 имеет боковую 13, линейчатую 14, тороидальную 15 поверхности, переходную кромку 16, плоскость паза 17, линию перехода 18 плоскости паза в линейчатую 14 поверхность и линию пересечения 19 линейчатой 14 поверхности с тороидальной 15 поверхностью. В корпусе 1 установлена свеча зажигания 20. Ротор 2 имеет диаметр ⊘_р и толщину δ_р, наружная тороидальная 15 поверхность выполнена радиусом r_п поршня.

Роторный двигатель работает следующим образом.

При вращении ротора 2 по часовой стрелке, в секторе всасывания 7 происходит разрежение и горючая смесь (воздух) через впускной коллектор 11 поступает в сектор всасывания 7. Затем в результате изменения первоначального объема в секторе сжатия 8 происходит сжатие горючей смеси, которая всасывается в секторе сгорания 9 в результате искрообразования на свече 20 или впрыска топлива форсункой, при сгорании горючей смеси давление газов мгновенно растет и равномерно распространяется по всему сектору сгорания 9.

Вследствие того что лопатка 4 слева в секторе сгорания 9 максимально утоплена в пазу 3 ротора 2, а лопатка 4 справа максимально выдвинута, образуется избыточная поверхность относительно оси вала роторного двигателя.

В результате давления газов на избыточную поверхность образуется крутящий момент, вращающий ротор по часовой стрелке. Отработанные газы поступают в сектор 10 выпуска, откуда удаляются через выпускной коллектор 12 сначала под собственным избыточным давлением, а затем в результате их вытеснения при уменьшении объема в секторе выхлопа. Итак, процессы всасывания, сжатия, рабочий ход и выпуск повторяются. Причем рабочий цикл совершается за 360^о поворота ротора во всех четырех камерах. Каждый процесс (такт) совершается за 90^о поворота ротора. Лопатка 4, максимально выдвигаясь из паза ротора 3, не контактирует с кромкой СЕС₁, линейчатой 14 поверхности за линией перехода 18. В результате того что поверхность паза 3 ротора 2 выполнена линейчатой, трение плоскости лопатки 4 происходит по всей толщине δ_р ротора 2.

Таким образом, сохраняется плоскостность обеих рабочих поверхностей по ширине лопаток 4 поршней 6 и пазов 3 ротора 2 в результате равномерного давления на поверхности лопаток 4 поршней 6 со стороны линии перехода СС₁ плоскости паза 17 в линейчатую 14 поверхность.

Предложенная конструкция роторного двигателя позволяет повысить надежность, механический КПД и моторесурс двигателя за счет значительного уменьшения кромочного трения, устранения концентрации напряжений на рабочих поверхностях лопаток поршней, контактирующих с рабочими поверхностями пазов ротора, сохранения, тем самым, плоскостности рабочих поверхностей лопаток-поршней.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью и установленный в нем ротор с радиальными проходящими через зоны переменной и постоянной ширины последнего пазами под лопатки-поршни, отличающийся тем, что поверхность паза в зоне переменной ширины ротора выполнена линейчатой и сопряжена с поверхностью паза в зоне постоянной ширины ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8