Роторно-поршневой двигатель
Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение надежности и долговечности. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус, выходной вал, вращающееся установочное кольцо с кронштейнами и закрепленными на них дугообразными цилиндрами. Поршни жестко закреплены с дугообразными штоками, свободные концы которых шарнирно соединены с кронштейнами. При этом выгнутая сторона цилиндров направлена к корпусу, а вогнутая - к центру вращения установочного кольца. Средние части штоков шарнирно соединены с опорными кольцами, расположенными на опорном валу, который установлен в крышках корпуса эксцентрично центру вращения установочного кольца. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в насосокомпресоростроении.
По патенту РФ № 2038495, кл. F 02 В 57/00, 57/04, известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с по меньшей мере парой цилиндров, закрепленных на выходном валу, по меньшей мере пару поршней, установленных в цилиндрах, ролики, кинематически связанные со штоками поршней и установленные с возможностью взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью корпуса, снабжен по меньшей мере парой кронштейнов, закрепленных на выходном валу, по меньшей мере одним двуплечим и одним одноплечим рычагом, шарнирно установленными на концах кронштейнов, по меньшей мере одной тягой, причем первый кронштейн шарнирно связан с одноплечим рычагом, шток с роликом первого поршня жестко связан с одноплечим рычагом, второй кронштейн шарнирно связан с серединой двуплечего рычага, шток с роликом второго поршня жестко связан с первым плечом двуплечего рычага, тяга шарнирно связана с вторым плечом двуплечего рычага и штоком первого поршня, а штоки, поршни и цилиндры выполнены дугообразными.
По авторскому свидетельству СССР № 1830423, кл. F 02 В 57/00, известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, эксцентрично установленный в корпусе выходной вал с поперечным отверстием, два цилиндра, жестко связанных с выходным валом, установленные в цилиндрах поршни со штоками, взаимодействующими с внутренней криволинейной поверхностью корпуса. Двигатель снабжен кронштейнами, жестко связанными с выходным валом, двуплечими рычагами, шарнирно закрепленными средней частью на кронштейнах, и штангой, цилиндры и поршни со штоками выполнены дугообразными. Одни концы рычагов жестко связаны со штоками поршней, а другие концы рычагов шарнирно связаны при помощи штанги, причем последняя установлена в отверстие выходного вала с возможностью возвратно-поступательного движения. Штоки снабжены роликами.
Недостатком данных двигателей является низкая надежность и долговечность вследствие большой скорости вращения роликов, взаимодействующих с внутренней криволинейной поверхностью корпуса, сложность шарнирных соединений, обеспечивающих вывод поршней из мертвых точек для организации рабочего процесса двигателя, наличие центробежных сил, воздействующих на вращающиеся части.
Цель изобретения - повышение надежности и долговечности двигателя вследствие уменьшения скорости вращения роликов, взаимодействующих с криволинейной поверхностью, за счет уменьшения линейной длины криволинейной поверхности, упрощения шарнирных соединений, обеспечивающих вывод поршней из мертвых точек, уменьшение центробежных сил за счет распределения их на установочное кольцо, взаимодействующее с внутренней поверхностью корпуса.
Поставленная цель достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе, содержащем корпус с крышками, выходной вал, кронштейны с закрепленными на них дугообразными цилиндрами, установленными в цилиндрах поршнями с жестко закрепленными дугообразными штоками, свободные концы штоков соединены с кронштейнами, жестко закреплены на установочном кольце, расположенном с возможностью вращения и взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, причем выгнутая сторона цилиндров направлена к корпусу, а вогнутая - к центру вращения установочного кольца, средние части дугообразных штоков связаны с приспособлением, обеспечивающим возвратно-поступательные движения поршней в цилиндрах при вращении установочного кольца.
По сравнению с прототипом заявляемый роторно-поршневой двигатель имеет следующие отличительные признаками:
- кронштейны с закрепленными на них дугообразными цилиндрами, установленными в цилиндрах поршнями с жестко закрепленными дугообразными штоками, свободные концы штоков шарнирно соединены с кронштейнами, жестко закреплены на установочном кольце, расположенном с возможностью вращения и взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, причем выгнутая сторона цилиндров направлена к корпусу, а вогнутая - к центру вращения установочного кольца;
- кронштейны с закрепленными на них дугообразными цилиндрами, установленными в цилиндрах поршнями с жестко закрепленными дугообразными штоками, свободные концы штоков соединены с кронштейнами, жестко закреплены на выходном валу, причем выгнутая сторона цилиндров направлена к корпусу, а вогнутая - к центру вращения выходного вала;
- средние части дугообразных штоков связаны с приспособлением, расположенным в средней части двигателя и обеспечивающим возвратно-поступательные движения поршней в цилиндрах при вращении установочного кольца или выходного вала.
Сведений об использовании отличительных признаков в других известных технических решениях с той же целью не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".
Предлагаемый роторно-поршневой двигатель изображен в трех вариантах.
Вариант 1: на фиг.1 изображен поперечный разрез двигателя, на фиг.2 - приспособление, обеспечивающее возвратно-поступательные движения поршней в цилиндрах.
Вариант 2: на фиг.3 изображен поперечный разрез двигателя, на фиг.4 - приспособление, обеспечивающее возвратно-поступательные движения поршней в цилиндрах.
Вариант 3: на фиг.5 изображен поперечный разрез двигателя, на фиг.6 - приспособление, обеспечивающее возвратно-поступательные движения поршней в цилиндрах.
Роторно-поршневой двигатель (вариант 1, фиг.1, 2) содержит корпус 1 с крышками 2 и 3, выходной вал 4, кронштейны 5 и 6 с закрепленными на них дугообразными цилиндрами 7 и 8, установленными в цилиндрах 7 и 8 поршнями 9 и 10, с жестко закрепленными дугообразными штоками 11 и 12, свободные концы штоков 11 и 12 шарнирно соединены с кронштейнами 5 и 6. Кронштейны 5 и 6 жестко закреплены на установочном кольце 13, расположенном с возможностью вращения и взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса 1, причем выгнутая сторона цилиндров 7 и 8 направлена к корпусу 1, а вогнутая - к центру вращения установочного кольца 13, средние части штоков 11 и 12 шарнирно соединены с опорными кольцами 14 и 15 (кольцо состоит из двух частей), расположенными на опорном валу 16, установленном в крышках 2 и 3 средней части корпуса 1 эксцентрично центру вращения установочного кольца 13. Выходной вал 4 установлен в крышке 3 корпуса 1 и снабжен шестерней 17, взаимодействующей с внутреннем зубчатым венцом кольца 18 жестко соединенными стойками 19, 20, 21, 22 коаксиально с установочным кольцом 13 (расположение выходного вала и соединение его с установочным кольцом произвольно).
Предлагаемый роторно-поршневой двигатель (вариант 1) работает следующим образом. При вращении установочного кольца 13 (вращение против часовой стрелки) средняя часть штоков 11 и 12 взаимодействует с опорными кольцами 14 и 15, расположенными на опорном валу 16 с возможностью вращения или качания (если опорный вал вращается), и т.к. опорный вал установлен эксцентрично центра вращения установочного кольца, то поршни 9 и 10 совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах 7 и 8, образуя объемы для организации рабочего процесса двигателя. Взаимодействие средних частей штоков 11 и 12 с опорными кольцами 14 и 15, расположенными на опорном валу 16, установленном эксцентрично центру вращения установочного кольца 13, обеспечивает вывод поршней 9 и 10 из верхней и нижней мертвых точек. Вращение установочного кольца 13 через жестко закрепленное с ним кольцо 18 с внутренним зубчатым венцом и шестерню 17 передается выходному валу 4.
Роторно-поршневой двигатель (вариант 2, фиг.3, 4) содержит корпус 1 с крышками 2 и 3, выходной вал 4, кронштейны 5 и 6 с закрепленными на них дугообразными цилиндрами 7 и 8, установленными в цилиндрах 7 и 8 поршнями 9 и 10 с жестко закрепленными дугообразными штоками 11 и 12, свободные концы штоков 11 и 12 шарнирно соединены с кронштейнами 5 и 6, кронштейны 5 и 6 жестко закреплены на установочном кольце 13, расположенном с возможностью вращения и взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса 1. Причем выгнутая сторона цилиндров 7 и 8 направлена к корпусу 1, а вогнутая - к центру вращения установочного кольца 13, средние части штоков 11 и 12 шарнирно соединены между собой штангой 23 и снабжены соответственно роликами 24 и 25, 26 и 27, взаимодействующими с криволинейными поверхностями 28 и 29, выполненными в крышках 2 и 3 средней части корпуса 1. Причем плоскости криволинейных поверхностей 28 и 29 обращены к корпусу 1. Выходной вал 4 состоит из двух полувалов, жестко закрепленных с установочным кольцом 13 стойками 19, 20, 21 и 22. Центр вращения выходного вала совпадает с центром вращения установочного кольца 13 (расположение выходного вала 4 и соединение его с установочным кольцом произвольны). Криволинейные поверхности 28 и 29 крышек 2 и 3 выполнены с обеспечением постоянного взаимодействия с ними роликов 24 и 25, 26 и 27.
Предлагаемый роторно-поршневой двигатель (вариант 2) работает следующим образом. При вращении установочного кольца 13 (вращение против часовой стрелки) штоки 11 и 12 взаимодействуют с криволинейными поверхностями 28 и 29 крышек 2 и 3 корпуса 1 и через штангу 23 между собой. Поршни 9 и 10 совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах 7 и 8, образуя объемы для организации рабочего процесса двигателя. Шток 11, взаимодействуя через ролики 24 и 25 с криволинейными поверхностями 28 и 29 крышек 2 и 3, выводит поршень 9 из нижней мертвой точки, и через штангу 23 шток 12 выводит поршень 10 из верхней мертвой точки. После поворота установочного кольца 13 на 180° шток 12, взаимодействуя через ролики 26 и 27 с криволинейными поверхностями 28 и 29 крышек 2 и 3, выводит поршень 10 из нижней мертвой точки, и через штангу 23 шток 11 выводит поршень 9 из верхней мертвой точки. Дальше процесс повторяется.
Роторно-поршневой двигатель (вариант 3, фиг.5, 6) содержит корпус 1 с крышками 2 и 3, выходной вал 4, кронштейны 5 и 6 с закрепленными на них дугообразными цилиндрами 7 и 8, установленными в цилиндрах 7 и 8 поршнями 9 и 10 с жестко закрепленными дугообразными штоками 11 и 12. Свободные концы штоков 11 и 12 шарнирно соединены с кронштейнами 5 и 6. Кронштейны 5 и 6 жестко закреплены на выходном валу 4. Причем выгнутая сторона цилиндров 7 и 8 направлена к корпусу 1, а вогнутая - к центру вращения выходного вала 4. Средние части штоков 11 и 12 снабжены роликами 24 и 25, 26 и 27, взаимодействующими с криволинейными поверхностями 30 и 31, выполненными в крышках 2 и 3 средней части корпуса 1. Причем плоскости криволинейных поверхностей 30 и 31 обращены к корпусу 1. Средние части штоков 11 и 12 также снабжены роликами 32 и 33, 34 и 35, взаимодействующими с криволинейными поверхностями 36 и 37, выполненными в крышках 2 и 3 средней части корпуса 1. Причем плоскости криволинейных поверхностей 36 и 37 обращены к центру вращения выходного вала 4. Аналогичным образом выполнены два других оппозитно расположенных цилиндра. Установочное кольцо ликвидировано.
Предлагаемый роторно-поршневой двигатель (вариант 3) работает следующим образом. При вращении выходного вала 4 (вращение против часовой стрелки) штоки 11 и 12 поршней 9 и 10 взаимодействуют с криволинейными поверхностями 30 и 31, 36 и 37, выполненными в крышках 2 и 3 корпуса 1, и поршни 9 и 10 совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах 7 и 8, образуя объемы для организации рабочего процесса двигателя. Штоки 11 и 12, взаимодействуя через ролики 24 и 25, 26 и 27 с криволинейными поверхностями 36 и 37 крышек 2 и 3, выводят поршни 9 и 10 из нижних мертвых точек, а взаимодействуя через ролики 32 и 33, 34 и 35 с криволинейными поверхностями 36 и 37 крышек 2 и 3, выводят поршни 9 и 10 из верхних мертвых точек. Аналогичным образом работают два других оппозитно расположенных цилиндра.
1. Роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с крышками, выходной вал, кронштейны с закрепленными на них дугообразными цилиндрами, установленными в цилиндрах поршнями с жестко закрепленными дугообразными штоками, свободные концы штоков шарнирно соединены с кронштейнами, средние части штоков связаны с приспособлением, обеспечивающим возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах при вращении кронштейнов, вращение которых передается выходному валу, отличающийся тем, что выгнутая сторона цилиндров направлена к корпусу, вогнутая - к центру вращения, а приспособление, обеспечивающее возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах при вращении, расположено в средней части двигателя.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что кронштейны жестко закреплены на установочном кольце, расположенном с возможностью вращения и взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что выходной вал снабжен шестерней, взаимодействующей с внутренним зубчатым венцом кольца, жестко соединенного стойками коаксиально с установочным кольцом.
4. Двигатель по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что средние части штоков шарнирно соединены с опорными кольцами, расположенными на опорном валу, установленном эксцентрично центру вращения установочного кольца.
5. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что средние части штоков шарнирно соединены между собой штангой и снабжены роликами, взаимодействующими с криволинейными поверхностями, выполненными в крышках, при этом криволинейные поверхности обращены к корпусу, выходной вал выполнен из двух полувалов, жестко закрепленных с установочным кольцом стойками, а центр вращения выходного вала совпадает с центром вращения установочного кольца.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что кронштейны жестко закреплены на выходном валу, средние части штоков снабжены роликами, взаимодействующими с криволинейными поверхностями, выполненными в крышках, при этом одни ролики взаимодействуют с поверхностями, обращенными к корпусу, а другие - с поверхностями, обращенными к центру вращения выходного вала.
