Шеститактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД за счет снижения потерь на трение. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит статор с впускными и выпускными окнами, отверстиями для свечей зажигания и рабочими камерами забора и сжатия топливовоздушной смеси, чередующимися с рабочими камерами расширения и удаления продуктов горения. На валу жёстко закреплён цилиндрический ротор с продольными пазами, в которых размещены лопатки. Камеры горения выполнены на его цилиндрической поверхности между пазами. Двигатель имеет боковые стенки, передний и задний подшипниковые щиты. Согласно изобретению боковые стенки выполнены составными из двух вращающихся синхронно с ротором деталей, одна из которых жёстко соединена с ротором и имеет наружную коническую поверхность, меньшим основанием обращённую в сторону ротора, а вторая одной стороной прилегает к торцовой поверхности статора и с другой стороны имеет цилиндрический выступ, выполняющий роль наружной обоймы. В собранном виде между указанными деталями образуется клиновая суживающаяся наружу щель, в которую пружинами вдвигаются заклинивающие шарики, препятствующие раскрытию стыка в паре статор – боковая стенка. 3 ил.
Настоящее изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами, а именно к роторно-лопастному двигателю внутреннего сгорания (ДВС), который может быть использован на водном, воздушном и сухопутном транспорте, а также в качестве стационарной силовой установки.
Известен шеститактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение № 2619672, опубликован 17.05.2017) (1). Указанный двигатель содержит статор с впускными и выпускными окнами, отверстиями для свечей зажигания и рабочими камерами забора и сжатия топливовоздушной смеси, чередующимися с рабочими камерами расширения и удаления продуктов горения; жёстко закреплённый на валу цилиндрический ротор с продольными пазами, в которых размещены лопасти, с камерами горения, выполненными на его цилиндрической поверхности между пазами; боковые стенки; передний и задний подшипниковые щиты. В известном двигателе надёжно решён вопрос герметизации между ротором и боковыми стенками, а также вопрос утечек газов за пределы рабочей зоны. Однако система уплотнений не исключает некоторой межкамерной перетечки как топливовоздушной смеси, так и отработавших продуктов горения.
Известен также шеститактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение № 2654555, опубликован 21.05.2018) (2). Данный двигатель содержит статор; жёстко закреплённый на валу цилиндрический ротор с продольными пазами, в которых размещены лопасти; боковые стенки, жёстко и герметично скреплённые со статором; передний и задний подшипниковые щиты. В двигателе (2) полностью исключены как утечки газов за пределы рабочего пространства, так и межкамерные перетечки. Однако при этом появляются повышенные силы трения между боковыми стенками и торцами лопастей, что ведёт к излишнему нагреву двигателя и износу контактирующих поверхностей.
В качестве прототипа изобретения выбран ДВС по патенту РФ № 2619672 как наиболее близкий по технической сути.
Задачей настоящего изобретения является создание двигателя с минимально возможными силами трения и, как следствие, с повышенным к.п.д.
Поставленная задача решается тем, что в шеститактном роторно-лопастном ДВС, содержащем статор с впускными и выпускными окнами, отверстиями для свечей зажигания и рабочими камерами забора и сжатия топливовоздушной смеси, чередующимися с рабочими камерами расширения и удаления продуктов горения; закреплённый на валу цилиндрический ротор с продольными пазами, в которых размещены лопасти, с камерами горения, выполненными на его цилиндрической поверхности между пазами; боковые стенки; передний и задний подшипниковые щиты; при этом боковые стенки выполнены составными их двух деталей с промежуточными элементами, причем одна из указанных деталей жёстко соединена с ротором и имеет наружную коническую поверхность, меньшим основанием обращённую в сторону ротора, а вторая деталь одной стороной контактирует с торцовой поверхностью статора и торцовыми уплотнениями ротора, а на второй стороне имеет цилиндрический выступ в виде обоймы и имеет возможность осевого перемещения; при этом между указанными подвижной и неподвижной деталями помещены заклинивающие шарики, пружинами вдвигаемые в клиновидную щель между подвижной и неподвижной деталями, так что смещение подвижной детали в сторону раскрытия стыка между ней и статором ограничивается силой реакции от действия силы расширяющихся продуктов горения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан осевой разрез двигателя, на фиг. 2 показано сечение А – А с фиг. 1, на фиг. 3 показана схема действующих на боковую стенку сил.
Роторно-лопастной ДВС согласно варианту осуществления изобретения содержит статор 1 с впускными и выпускными окнами, отверстиями для свечей зажигания и рабочими камерами забора и сжатия топливовоздушной смеси, чередующимися с рабочими камерами расширения и удаления продуктов горения (на чертежах не показаны), с которым сцентрированы и жёстко и герметично соединены передний 2 и задний 3 подшипниковые щиты. В щитах на подшипниках установлен вал 4, на котором жёстко закреплён цилиндрический ротор 5, в продольных пазах которого размещены лопасти (на чертеже не показаны) и элементы уплотнения 6 (на чертеже не расшифрованы). С ротором 5 соединены неподвижные относительно ротора 5 детали 7 и 8 боковых стенок. Детали 7 и 8 имеют наружную коническую поверхность, меньшим основанием обращённую в сторону ротора 5. Концентрично коническим поверхностям деталей 7 и 8 через заклинивающие шарики 9 в сепараторах 10 помещены подвижные в осевом направлении детали 11 и 12, одной стороной прилегающие к торцовым поверхностям статора 1 и уплотняющим элементам 6 со стороны ротора 5, а с другой стороны имеющие цилиндрические выступы, функционально выполняющие роль наружной обоймы для шариков 9. Пружины (на чертеже не показаны) прижимают детали 11 и 12 к торцовым поверхностям статора 1 и смещают шарики 9 в клиновидные щели между деталями 7 и 11 и, соответственно, деталями 8 и 12, обеспечивая тем самым их постоянный контакт и первоначальное заклинивание. Штифт 13 осуществляет кинематическую связь между деталями 7 и 11 и, соответственно, деталями 8 и 12.
ДВС согласно изобретению работает следующим образом (см. фиг. 3). В статическом состоянии на подвижные детали 11 и 12 действуют силы Р1 (от торцового уплотнения лопастей) и Р2 (от действия пружин, распирающих шарики и подвижные детали 11 и 12). При этом параметры подбираются так чтобы было обеспечено условие Р2>Р1, гарантирующее плотность контакта в паре статор – боковая стенка. В динамике к указанным силам добавляется сила Р3 от расширяющихся продуктов горения и направленная противоположно ей сила R, являющаяся суммой сил реакции от действия силы Р3 на заклиненные в клиновидных щелях шарики 9. Соответственно, равнодействующая сил R=Р3 равна нулю. В результате в качестве силы, обеспечивающей примыкание деталей боковых стенок к торцам статора в динамике, также выступает сила Р2-Р1, что обеспечивает минимально возможную силу трения между вращающимися боковыми стенками и торцами статора.
На основании приведенного раскрытия сущности изобретения специалист в данной области техники сможет осуществить изобретение с использованием средств и приемов, известных из предшествующего уровня техники, например, из вышеуказанных источников. Представленные выше примеры осуществления не следует рассматривать как единственно возможные или другим образом ограничивающие объем правовой защиты изобретения, определяемый исключительно формулой изобретения.
Шеститактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с впускными и выпускными окнами, отверстиями для свечей зажигания и рабочими камерами забора и сжатия топливовоздушной смеси, чередующимися с рабочими камерами расширения и удаления продуктов горения; жёстко закреплённый на валу цилиндрический ротор с продольными пазами, в которых размещены лопатки, с камерами горения, выполненными на его цилиндрической поверхности между пазами; боковые стенки; передний и задний подшипниковые щиты, отличающийся тем, что боковые стенки выполнены составными из двух вращающихся синхронно с ротором деталей, одна из которых жёстко соединена с ротором и имеет наружную коническую поверхность, меньшим основанием обращённую в сторону ротора, вторая из которых одной стороной прилегает к торцовой поверхности статора, а с другой стороны имеет цилиндрический выступ, выполняющий роль наружной обоймы, так что в собранном виде между указанными деталями образуется клиновая суживающаяся наружу щель, в которую пружинами вдвигаются заклинивающие шарики.
