Система уплотнений роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: система относится к технике, где используются уплотнения рабочих объемов роторно-поршневых двигателей. Система содержит расположенные в канавках каждого лопасти-поршня радиальные уплотнительные элементы, контактирующие с поверхностью рабочей камеры, торцевые уплотнительные элементы, установленные в пазах корпуса по обеим сторонам ротора и контактирующие с его торцевыми поверхностями, и дополнительные уплотнительные элементы, размещенные в канавках на стенках ротора по обеим сторонам от лопасти-поршня, контактирующие с боковыми стенками последнего и выполненные в виде П-образных пластин, верхняя перемычка которых расположена перпендикулярно плоскости вращения ротора, а их ножки направлены в сторону оси вращения ротора, при этом система дополнительно содержит секторные уплотнения и уплотнительные выступы, контактирующие с торцевыми уплотнительными элементами в корпусе, выполненные с внешней стороны секторных уплотнений, размещенных в лопасти-поршне, и имеющие длину в радиальном направлении, большую, чем половина величины смещения центра, образующего полутороидальную поверхность камеры, причем величины подбираются из условия, приведенного в тексте описания. 5 ил.

Изобретение относится к системам уплотнения рабочих объемов роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Известна система уплотнений роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащая расположенные в канавках каждой лопасти-поршня радиальные уплотнительные элементы, контактирующие с поверхностью рабочей камеры, торцовые уплотнительные элементы, установленные в пазах корпуса по обеим сторонам ротора и контактирующие с его торцовыми поверхностями, и дополнительные уплотнительные элементы, размещенные в канавках на стенках пазов ротора по обеим сторонам от лопасти-поршня, контактирующие с боковыми стенками последнего и выполненные в виде П-образных пластин, верхняя перемычка которых расположена перпендикулярно плоскости вращения ротора, а их ножки направлены в сторону оси вращения ротора.

Известная система уплотнения имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она не обеспечивает полную герметизацию рабочей камеры. Имеет место утечка заряда 10-15% камеры через переменные по величине зазоры между плоскостью торцового уплотнения, боковой поверхностью ножки П-образной пластины, стенкой лопасти-поршня и стенкой паза ротора. В известном устройстве нарушен принцип замкнутости различных типов уплотнений и непрерывности их контакта в течение всего рабочего цикла, т.е. неразрывности контактов уплотнительных элементов рабочих камер двигателя.

Создание системы уплотнений с неразрывным контактом уплотнительных элементов для обеспечения герметичности рабочих камер в роторно-поршневом двигателе является задачей, на решение которой направлено изобретения.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе уплотнений роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащей расположенные в канавках каждой лопасти-поршня радиальные уплотнительные элементы, контактирующие с поверхностью рабочей камеры, торцовые уплотнительные элементы, установленные в пазах корпуса по обеим сторонам ротора и контактирующие с его торцовыми поверхностями, и дополнительные уплотнительные элементы, размещенные на стенках пазов ротора по обеим сторонам от лопасти-поршня, контактирующие с боковыми стенками последнего и выполненные в виде П-образных пластин, верхняя перемычка которых расположена перпендикулярно плоскости вращения ротора, а их ножки направлены в сторону оси вращения ротора, она дополнительно содержит секторные уплотнения и уплотнительные выступы, контактирующие с торцовыми уплотнитель- ными элементами в корпусе, выполненные с внешней стороны секторных уплотнений, размещенных в лопасти-поршне, и имеющие длину в радиальном направлении большую, чем половина величины смещения центра, образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры, причем величины подбираются из условия 1,00 1,30 где R_р радиус ротора; r_п радиус поршня; δ_р толщина ротора; Н_п ширина паза ротора; ϕ_кам угол между радиальными осями двух соседних лопастей-поршней; i_кам число камер сгорания в одной секции роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Числитель представленного соотношения это величина расстояния от оси вала ротора до верхней кромки канавки в корпусе двигателя (см. фиг.3, точка М) для установки торцовых уплотнительных элементов по вертикальной линии. Знаменатель это положительная величина отрезка на вертикальной линии, полученной в результате пересечения плоскости стенки паза в роторе с вертикальной линией (см. фиг.3, точка N). Когда отношения этих величин находятся в пределах 1,00-1,30, обеспечивается неразрывность контакта торцовых уплотнений с боковыми выступами дополнительных уплотнений.

В случае, когда отношение меньше единицы, то это означает, что наступил разрыв контакта торцовых уплотнений с боковыми выступами дополнительных уплотнений, установленных в канавках лопасти-поршне.

В случае, когда отношение больше величины 1, 3, происходит нарушение неразрывности контакта торцовых и боковых выступов дополнительных уплотнений.

Вполне достаточно иметь радиальную длину бокового выступа больше половины смещения центра образования полутороидальной рабочей поверхности корпуса двигателя, так как лопасть-поршень при вращении с ротором еще и радиально перемещается.

На фиг.1 изображен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг.1; на фиг.4 вид по стрелке Б на фиг.3; на фиг.5 вид по стрелке В на фиг.3.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с рабочей камерой 2, очерченной в продольном сечении двумя дугами окружности и двумя отрезками прямых, а в поперечном окружностью. В корпусе 1 установлен вал 3 с ротором 4, снабженным пазами для размещения лопастей-поршней 5. Последние установлены на направляющих элементах 6, несущих ролики 7, обкатывающиеся на профилированной беговой дорожке 8 корпуса 1. Направляющий элемент 6 соединен с лопастью-поршнем 5 при помощи шарнира 9. Лопасти-поршни 5 снабжены также боковыми стабилизаторами-вытеснителями 10 и ведущим пояском 11. В канавке, выполненной на ведущем пояске 11, установлены радиальные уплотнения 12, контактирующие с тороидальной поверхностью рабочей камеры 2. В корпусе 1 по обе стороны от ротора 4 выполнены канавки для размещения прямоугольных в поперечном сечении торцовых уплотнений 13, поджимаемых к торцам ротора 4 при помощи пружин 14. В канавках на стенках пазов ротора 4 по обеим сторонам от лопастей-поршней 5 размещены дополнительные уплотнительные элементы, контактирующие с боковыми стенками лопастей-поршней 5 и выполненные в виде набора П-образных пластин 15, верхняя перемычка 16 которых расположена перпендикулярно плоскости вращения ротора 4, а ножки 17 направлены в сторону оси вращения ротора 4. Причем дополнительные уплотнительные элементы выполнены с параллельными ножками 17. При числе лопастей-поршней больше четырех и условии 1,00 1,30 где R_р радиус ротора; r_п радиус поршня; δ_р толщина ротора;
Н_п ширина паза ротора;
ϕ_кам угол между радиальными осями двух соседних лопастей поршней;
i_кам число камер сгорания в одной секции роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Для установки выступов 18, взаимодействующих с прямоугольными в поперечном сечении торцовыми уплотнительными элементами 13, в лопасти-поршне размещены секторные уплотнения 19, сбоку которых размещены выступы 18. Длина L выступов 18 в радиальном направлении больше одной четверти величины смещения центра е, образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры. В корпусе 1 двигателя выполнены также впускной 20 и выпускной 21 каналы и установлена свеча 22 зажигания (или форсунка для впрыска топлива).

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении вала 3 с ротором 4 и лопастями-поршнями 5 в рабочей камере 3 образуются полости изменяемых объемов, в которых протекают термодинамические процессы. Всасывание топливо-воздушного (или воздушного) заряда осуществляется через впускной канал 29 с последующим сжатием заряда в уменьшающейся по объему полости, заключенной между поверхностями рабочей камеры 2, ротора 4 и переднего торца лопасти-поршня 5. Сжатый заряд воспламеняется свечой зажигания 22 или впрыскивается топливо форсункой, что приводит к сгоранию топливовоздушной смеси, к повышению давления продуктов сгорания. Продукты сгорания воздействуют на задний торец лопасти-поршня 5, приводя во вращение ротор 4 и вал 3. Отработанные газы поступают в выпускной канал 21 и выводятся в атмосферу, после чего цикл повторяется. Причем рабочий цикл совершается за 360^о поворота ротора во всех четырех камерах. Каждый такт совершается за 90^о поворота ротора 4.

Выполненные в лопастях-поршнях 5 секторные уплотнения 19, снабженные сбоку выступами 18, взаимодействуют последними с прямоугольными в поперечном сечении торцовыми уплотнительными элементами 13 и обеспечивают неразрывность контакта между ними. Выступы 18, выполненные в радиальном направлении длиной L больше половины величины смещения центра "е", образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры, способствуют обеспечению неразрывности контакта торцовых уплотнений с уплотнениями, выполненными в канавках лопасти-поршня 5. Для устойчивости нахождения в канавке и надежности уплотнения оптимальными являются следующие соотношения соответствующих величин
L 0,25e; l_o 0,5l; K_o 0,5К где L длина выступа 18 в радиальном направлении;
е величина смещения центра, образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры;
l_о длина выступа 18;
l ширина секторного уплотнения 19;
К_о толщина выступа 18;
К суммарная толщина секторного уплотнения 19 и выступа 18.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает герметичность рабочих объемов за счет уменьшения утечек через зазоры между плоскостью торцового уплотнения, боковой поверхностью ножки П-образной пластины, стенкой лопасти-поршня и стенкой паза ротора, обеспечивая неразрывность контакта дополнительных уплотнительных элементов и прямоугольных в поперечном сечении торцовых уплотнений в течение всего времени рабочего цикла, что в свою очередь повышает мощность, удельные мощностные и экономические показатели роторно-поршневого двигателя на 10-15%

Формула изобретения

СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ РОТОРНО-ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая расположенные в канавках каждой лопасти-поршня радиальные уплотнительные элементы, контактирующие с поверхностью рабочей камеры, торцевые уплотнительные элементы, установленные в пазах корпуса по обеим сторонам ротора и контактирующие с его торцевыми поверхностями, и дополнительные уплотнительные элементы, размещенные в канавках на стенках пазов ротора по обеим сторонам от лопасти-поршня, контактирующие с боковыми стенками последнего и выполненные в виде П-образных пластин, верхняя перемычка которых расположена перпендикулярно плоскости вращения ротора, а их ножки направлены в сторону оси вращения ротора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит секторные уплотнения и уплотнительные выступы, контактирующие с торцевыми уплотнительными элементами в корпусе, выполненные с внешней стороны секторных уплотнений, размещенных в лопасти-поршне и имеющих длину в радиальном направлении, большую половины величины смещения центра, образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры, причем величины подбираются из условия

где R_р - радиус ротора;
R_п - радиус поршня;
δ_р - толщина ротора;
H_п - ширина паза ротора;
- угол между радиальными осями двух соседних ползунов,
i_кам - число камер сгорания в одной секции роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5