Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в конструкциях самоходной техники. Изобретение позволяет повысить отношение мощности двигателя к его массогабаритным характеристикам и надежность его работы. Полость корпуса двигателя выполнена цилиндрической. Торцы ротора снабжены цилиндрическими крышками, диаметр которых соответствует внешнему диаметру ротора. Поршни выполнены в виде лопаток, дугообразного поперечного сечения, шириной, соответствующей толщине ротора, и установлены с возможностью поворота в цилиндре от плоскости, соответствующей внешней поверхности ротора, до дна паза, его образующего, вокруг фиксирующих пальцев, ориентированных вдоль образующей внешней поверхности ротора и зафиксированных в соответствующих отверстиях в стенках крышек ротора. Лопатки снабжены направляющими пальцами, расположенными на расстоянии от фиксирующих пальцев и параллельных им. Направляющие пальцы пропущены через серповидные прорези в стенках крышек ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них, а их свободные концы размещены в направляющих канавках с возможностью свободного перемещения по ним. Свободные концы направляющих пальцев снабжены роликами, установленными с возможностью вращения вокруг осей пальцев. Радиус дуги, описывающей профиль внешней поверхности ротора, соответствует радиусу дуги, описывающей профиль внешней поверхности поршня. Зазор между внутренними поверхностями крышек ротора, кромок полостей, образующих цилиндры, и поверхностью поршня и зазор между внутренней поверхностью корпуса двигателя и внешней поверхностью ротора перекрыт уплотнениями. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкциям двигателей внутреннего сгорания, а точнее к роторно-поршневым двигателям, и может быть использовано в конструкциях самоходной техники.

Известен роторно-поршневый двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с эллиптической рабочей камерой, цилиндрический ротор с пазами для размещения разделительных пластин, снабженных механизмом взаимной фиксации и ограничителем крайних положений (см. а.с. СССР N 1451304, кл. F 02 В 53/00, 1989).

Недостаток этого решения - конструктивная сложность и недостаточная надежность работы. Кроме того, недостаточно большая полнота сгорания топлива и наличие остаточных газов снижают эффективность работы этого устройства.

Известен также роторно-поршневый двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с боковыми крышками и цилиндрический ротор с рабочими цилиндрами, выполненными в виде сквозных пазов фигурного профиля, ориентированных вдоль образующей ротора, поршни, размещенные в цилиндрах и имеющие пальцы, установленные с возможностью взаимодействия с направляющими канавками, выполненными в боковых крышках (см. а.с. СССР N 1455007, кл. F 02 В 57/00, 1989).

Однако это техническое решение недостаточно надежно и долговечно. Кроме того, отношение мощности двигателя к его массогабаритным характеристикам недостаточно велико.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в обеспечении надежности работы двигателя и повышении отношения его мощности к массогабаритным характеристикам.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что повышается мощность двигателя и снижаются его массогабаритные характеристики.

Для решения поставленной задачи роторно-поршневый двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с боковыми крышками и цилиндрический ротор с рабочими цилиндрами, выполненными в виде сквозных пазов фигурного профиля, ориентированных вдоль образующей ротора, поршни, размещенные в цилиндрах и имеющие пальцы, установленные с возможностью взаимодействия с направляющими канавками, выполненными в боковых крышках, отличается тем, что полость корпуса двигателя выполнена цилиндрической, торцы ротора снабжены цилиндрическими крышками, диаметр которых соответствует внешнему диаметру ротора, при этом поршни выполнены в виде лопаток, предпочтительно дугообразного поперечного сечения, шириной, соответствующей толщине ротора, и установлены с возможностью поворота в цилиндре от плоскости, соответствующей внешней поверхности ротора, до дна паза, его образующего, вокруг фиксирующих пальцев, ориентированных вдоль образующей внешней поверхности ротора и зафиксированных в соответствующих отверстиях в стенках крышек ротора, кроме того, лопатки снабжены направляющими пальцами, расположенными на расстоянии от фиксирующих пальцев и параллельных им, при этом направляющие пальцы пропущены через серповидные прорези в стенках крышек ротора, с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них, а их свободные концы размещены в направляющих канавках с возможностью свободного перемещения по ним. Кроме того, свободные концы направляющих пальцев, размещенные в направляющих канавках, снабжены роликами, установленными с возможностью вращения вокруг осей пальцев. Кроме того, радиус дуги, описывающей профиль внешней поверхности ротора, соответствует радиусу дуги, описывающей профиль внешней поверхности поршня. Кроме того, число цилиндров ротора не менее двух. Кроме того, зазор между внутренними поверхностями крышек ротора, кромок полостей, образующих цилиндры, и поверхностью поршня перекрыт уплотнениями. Кроме того, зазор между внутренней поверхностью корпуса двигателя и внешней поверхностью ротора перекрыт уплотнениями предпочтительно размещенными на цилиндрической поверхности ротора.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков известных аналогов и прототипа показывает, что заявленное устройство соответствует критерию "новизна".

Приведенные в отличительной части формулы изобретения признаки решают следующие функциональные задачи.

Признак "... полость корпуса двигателя выполнена цилиндрической" упрощает процесс изготовления двигателя и повышает надежность его работы.

Признак "... торцы ротора снабжены цилиндрическими крышками, диаметр которых соответствует внешнему диаметру ротора" упрощает процесс изготовления цилиндров и способствует надежности работы двигателя.

Признак "... поршни выполнены в виде лопаток, предпочтительно дугообразного поперечного сечения, шириной, соответствующей толщине ротора" упрощает изготовление поршней, поскольку снижает уровень требований к зазорам между стенками цилиндров и поршнями, кроме того, исключается возможность заклинивания поршней в цилиндрах, что повышает надежность работы двигателя.

Признак ". .. поршни ... установлены с возможностью поворота в цилиндре от плоскости, соответствующей внешней поверхности ротора, до дна паза, его образующего, вокруг фиксирующих пальцев, ориентированных вдоль образующей внешней поверхности ротора и зафиксированных в соответствующих отверстиях в стенках крышек ротора" упрощает изготовление поршней, поскольку снижает уровень требований к зазорам между стенками цилиндров и поршнями, кроме того, исключается возможность заклинивания поршней в цилиндрах, что повышает надежность работы двигателя.

Признак "... лопатки снабжены направляющими пальцами, расположенными на расстоянии от фиксирующих пальцев и параллельных им" обеспечивает возможность поворота лопаток вокруг фиксирующих пальцев при взаимодействии направляющих пальцев с канавками и тем самым изменение объема поршня.

Признак ". .. направляющие пальцы пропущены через серповидные прорези в стенках крышек ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них" обеспечивает возможность поворота лопаток вокруг фиксирующих пальцев при взаимодействии направляющих пальцев с канавками и тем самым изменение объема поршня.

Признак "... свободные концы (направляющих пальцев) размещены в направляющих канавках с возможностью свободного перемещения по ним" обеспечивает возможность заданного поворота лопаток вокруг фиксирующих пальцев при взаимодействии направляющих пальцев с канавками и тем самым заданное изменение объема поршня.

Признаки второго пункта формулы изобретения снижают силу трения при движении направляющих пальцев по канавкам.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают минимизацию рабочих зазоров между поршнем и стенками цилиндра.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения регламентируют минимальное количество цилиндров, при котором устройство остается работоспособным.

Признаки пятого и шестого пунктов формулы изобретения обеспечивают повышение эффективности использования давления газов сгорающей воздушно-топливной смеси.

На фиг. 1 схематически показан поперечный разрез двигателя в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора; на фиг. 2 показана боковая крышка двигателя; на фиг. 3 показан вид ротора в плоскости, перпендикулярной оси его вращения; на фиг. 4 показан вид поршня в сборе с пальцами, но без уплотнений; на фиг. 5 показана цилиндрическая крышка.

На чертежах показаны корпус 1 двигателя, боковые крышки 2 и цилиндрический ротор 3, рабочие цилиндры 4 ротора 3, поршни 5, размещенные в цилиндрах 4 и снабженные фиксирующими 6 и направляющими 7 пальцами, направляющие канавки 8, выполненные в боковых крышках 2. Кроме того, показаны цилиндрические крышки 9, снабженные отверстиями 10 и 11, обеспечивающими возможность соответствующих движений поршней 5. Кроме того, крышки 9 снабжены монтажными отверстиями 12, обеспечивающими сборку ротора. На чертежах также показаны узел 13 воспламенения горючей смеси, подшипники 14 ротора 3, выхлопное отверстие 15 и отверстие 16 для подачи топливо-воздушной смеси, отверстие 18 для прохода вала 19 ротора, стенка 20 цилиндра 4, отверстия 21 поршня 5, уплотнения 22.

Корпус 1 двигателя выполнен в виде кожуха с цилиндрической внутренней полостью 17 и содержит сквозное отверстие, снабженное резьбой для фиксации узла 13 воспламенения горючей смеси, например свечи зажигания известной конструкции, кроме того, в корпусе выполнены сквозные отверстия - выхлопное отверстие 15 и отверстие 16 для подачи топливо-воздушной смеси. Торцы корпуса 1 снабжены боковыми крышками 2, выполненными в виде дисков, при этом по крайней мере одна из крышек снабжена сквозным отверстием 18 для прохода вала 19 ротора 3. Кроме того, в боковых крышках 2 зафиксированы подшипники 14 ротора 3. Поверхность каждой из крышек 2, обращенная к ротору 3, снабжена кольцеобразной направляющей канавкой 8. Очертания и размеры кольца, образованного канавкой 8, определяют угол поворота поршня 5 во внутрь цилиндра 4, зависят от числа рабочих цилиндров ротора 3, поэтому кольцо имеет фигурный профиль. В случае, когда ротор содержит четыре рабочих цилиндра, этой фигурой может быть эллипс. Количество и размещение по периметру корпуса 1 элементов 13, 15 и 16 также зависит от числа рабочих цилиндров ротора 3. Для упомянутых условий узел 13 воспламенения горючей смеси расположен у одного из краев эллипса на его длинной оси, а выхлопное отверстие 15 и отверстие 16 для подачи топливо-воздушной смеси расположены диаметрально ему с обеих сторон от длинной оси эллипса. Цилиндры 4 выполнены в виде сквозных пазов в теле ротора 3, их поперечное сечение имеет форму V-образного сектора. Стенки 20 цилиндров, у которых расположены свободные концы поршней 5 (перемещающиеся вверх-вниз ко дну цилиндров), выполнены криволинейными вогнутыми. Профиль дна цилиндров образован прямолинейными плоскостями. Профиль стенки цилиндра 4, расположенной у конца поршня 5, зафиксированного фиксирующими 6 пальцами, повторяет профиль этого конца, который имеет вид дуги окружности.

Поршни 5 выполнены в виде лопаток, предпочтительно дугообразного поперечного сечения, шириной, соответствующей толщине ротора 3. Внешняя поверхность поршней 5 выполнена в виде цилиндрической поверхности, диаметр которой соответствует диаметру ротора 3. Лопатки (поршни 5) снабжены сквозными отверстиями 21, оси которых параллельны образующей внешней поверхности поршней 5. В этих отверстиях размещены фиксирующий 6 и направляющий 7 пальцы, каждый из которых выполнен в виде цилиндрического штока (они отличаются друг от друга только длиной - направляющие пальцы длиннее на величину, необходимую для их размещения в направляющих канавках 8), при этом фиксирующий 6 палец свободно пропущен через отверстие 21, а направляющий палец 7 зафиксирован в соответствующем ему отверстии 21.

Концы фиксирующих 6 пальцев жестко зафиксированы в отверстиях 10 цилиндрических крышек 9. Концы направляющих пальцев 7 свободно пропущены через серповидные отверстия 11 цилиндрических крышек 9. Сами цилиндрические крышки 9 жестко скреплены с ротором 3 посредством резьбовых соединений и монтажных отверстий 12, за счет чего образуются полости цилиндров 4.

Свободные концы направляющих пальцев 7, выступающие за поверхность цилиндрических крышек 9 и размещенные в направляющих канавках 8, снабжены роликами, выполненными в виде колец (на чертежах не показаны), установленных с возможностью вращения вокруг осей пальцев 7.

Уплотнения 22 выполнены из упругого термостойкого материала, например металла или композитов.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Для варианта двигателя, изображенного на фиг. 1, вращение ротора 3 происходит против часовой стрелки, при этом самый нижний (на чертеже) цилиндр 4 подходит к отверстию 16 для подачи топливо-воздушной смеси, в соседнем (по направлению вращения) цилиндре осуществляется сжатие топливо-воздушной смеси за счет соответствующего перемещения направляющих пальцев 7 поршня 5 этого цилиндра в направляющих канавках 8 и разворота поршня к внешней поверхности ротора, тогда в следующем за ним цилиндре (самом верхнем на чертеже) осуществляется возгорание сжатой топливо-воздушной смеси. Развивающееся при этом давление газов давит на стенку ротора, придавая новый импульс его вращательному движению.

При этом поворот ротора влечет за собой смещение поршня вовнутрь цилиндра, в процессе которого растет площадь ротора, испытывающая давление газов, при дальнейшем движении цилиндр достигает выхлопного отверстия 15 и выхлопные газы выбрасываются во внешнюю среду под действием собственного высокого давления и соответствующего поворота поршня в цилиндре. Далее все повторяется.

Формула изобретения

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с боковыми крышками и цилиндрический ротор с рабочими цилиндрами, выполненными в виде сквозных пазов фигурного профиля, ориентированных вдоль образующей ротора, поршни, размещенные в цилиндрах и имеющие пальцы, установленные с возможностью взаимодействия с направляющими канавками, выполненными в боковых крышках, отличающийся тем, что полость корпуса двигателя выполнена цилиндрической, торцы ротора снабжены цилиндрическими крышками, диаметр которых соответствует внешнему диаметру ротора, при этом поршни выполнены в виде лопаток, предпочтительно дугообразного поперечного сечения, шириной, соответствующей толщине ротора, и установлены с возможностью поворота в цилиндре от плоскости, соответствующей внешней поверхности ротора, до дна паза его образующего, вокруг фиксирующих пальцев, ориентированных вдоль образующей внешней поверхности ротора и зафиксированных в соответствующих отверстиях в стенках крышек ротора, кроме того, лопатки снабжены направляющими пальцами, расположенными на расстоянии от фиксирующих пальцев и параллельных им, при этом направляющие пальцы пропущены через серповидные прорези в стенках крышек ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них, а их свободные концы размещены в направляющих канавках с возможностью свободного перемещения по ним.

2. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что свободные концы направляющих пальцев, размещенные в направляющих канавках, снабжены роликами, установленными с возможностью вращения вокруг осей пальцев.

3. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что радиус дуги, описывающей профиль внешней поверхности ротора, соответствует радиусу дуги, описывающей профиль внешней поверхности поршня.

4. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что число цилиндров ротора не менее двух.

5. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что зазор между внутренними поверхностями крышек ротора, кромок полостей образующих цилиндры и поверхностью поршня перекрыт уплотнениями.

6. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что зазор между внутренней поверхностью ротора перекрыт уплотнениями, предпочтительно размещенными на цилиндрической поверхности ротора.

РИСУНКИ

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