роторный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий боковые опоры, цилиндрический корпус с кольцевыми выступами по бокам, в полости которого установлен двухкулачковый ротор с профилированной цилиндрической поверхностью с газоплотно закрепленными на его торцах кольцами ротора, внешний диаметр которых превышает диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса, Г-образные упоры со средствами их управления и регулирования зазоров между упорами и ротором, отличающийся тем, что ротор выполнен с профилем, образованным дугами окружностей и сопрягающими их отрезками прямых, кольца ротора выполнены с цилиндрической внешней поверхностью, в каждом упоре выполнен Г-образный поперечный паз, обращенный к ротору, в котором установлен шарнирный уплотнитель с двумя степенями свободы, выполненный в виде Г-образной пластины-держателя, способной перемещаться в пазу упора, в поперечном цилиндрическом пазу пластины-держателя расположены с возможностью поворота цилиндрический стержень с закрепленной на нем плоской уплотнительной пластиной, имеющей цилиндрическую выемку с радиусом профиля кругового участка кулачка ротора, в кольцевых пазах, выполненных по бокам корпуса вблизи его внутренней цилиндрической поверхности, на участках между пазами для упоров установлены дугообразные пластины, прижимаемые к плоским, обращенным к корпусу поверхностям колец ротора, к внешним закругленным сторонам колец ротора прижимаются упругие кольцевые пластины, укрепленные на торцах кольцевых выступов корпуса, по бокам упоров выполнены дугообразные пазы, в которых установлены соответствующей формы поджимаемые к кольцам ротора плоские уплотнители, предохраняемые от перемещения и перекосов в пазах, нарушающих контакт с кольцами ротора, удлиненными пальцами, закрепленными на уплотнителях и входящими в углубления упоров, причем на сторонах корпусов и камер сгорания, обращенных к упорам, выполнены пазы, в которые установлены Г-образные уплотнители, прижимаемые одной стороной к упору, а другой стороной - к корпусу, в пазы, выполненные в вершинах кулачков ротора, установлены Т-образные уплотнители, центральные сопрягаемые с корпусом участки поверхностей которых повторяют профиль корпуса, а боковые участки выполнены со скосами и прорезями в них для прохода рабочего тела под уплотнитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Цель изобретения - обеспечение работоспособности двигателя на основе эффективного газовоздушного уплотнения.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с двумя камерами сгорания, соосно установленный в нем двухкулачковый ротор и подвижные упоры, расположенные в пазах корпуса с возможностью качания и контактирования с ротором (патент США N 2175265, кл. 123-8.19, опубл. 1939).

Недостатком двигателя является то, что в нем не предусмотрено предотвращение перетекания рабочего тела из рабочих полостей, разделенных упорами, через зазоры между боковыми крышками двигателя и торцовыми поверхностями упоров и корпусом в полости над упорами; уплотнение между упором и ротором осуществляется по линейному контакту, необладающему высокой эффективностью, а прямоугольное поперечное сечение уплотнительных пластин, установленных в вершинах кулачков ротора, недопустимо вследствие того, что при обязательном наличии зазора между ротором и корпусом взаимодействие пластины с упорами будет осуществляться в виде удара, а это сопряжено с затратами энергии и повышенным износом указанных деталей.

В роторном двигателе внутреннего сгорания (патент РФ N 2013598, опубл. 1994), содержащем цилиндрический корпус, в полости которого установлен кулачковый ротор с профилированной поверхностью, Г-образные упоры со средствами их управления, торцовое уплотнение выполнено в виде дисков с конической поверхностью, газоплотно установленных по бокам ротора, имеющих диаметр больший, чем диаметр внутренней полости корпуса, и прижатых к ним внутренней конической поверхностью разрезных колец, внешняя цилиндрическая поверхность которых одновременно сопрягается с кольцевыми выступами, выполненными по бокам корпуса.

Недостатком двигателя является то, что уплотнение осуществляется одной деталью - кольцом по двум сопряжениям, и что ввиду неравномерного нагрева корпуса и ротора тепловая деформация их приведет к появлению зазоров в сопряжениях, истечению рабочего тела в атмосферу и ухудшению выходных параметров двигателя.

Работоспособность (надежность) двигателя, как способность в течение всего ресурса обеспечивать заложенные в него выходные параметры - мощность и удельный расход топлива - существенно зависит от эффективности газовоздушных уплотнений: при недостаточной их эффективности отсутствует компрессия и двигатель вообще не в состоянии работать.

Цель изобретения достигается уплотнением всех подвижных сопряжений деталей в рабочих полостях двигателя при любом его тепловом состоянии наиболее эффективным путем - контактом по полоскам поверхностей. Для этого роторный двигатель внутреннего сгорания снабжен двухкулачковым ротором с профилем, образованным дугами окружностей и сопрягающими их отрезками прямых, с газоплотно закрепленными на его торцах кольцами ротора, диаметр внешней цилиндрической поверхности которых превышает диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса, установленными в обращенных к ротору Г-образных пазах упоров шарнирными уплотнителями с двумя степенями свободы, каждый из которых выполнен в виде Г-образной пластины-держателя, способной перемещаться в пазу упора, в цилиндрическом поперечном пазу пластины-держателя расположен с возможностью поворачиваться цилиндрический стержень с закрепленной на нем плоской уплотнительной пластиной, имеющей цилиндрическую выемку с радиусом кругового участка кулачка ротора; корпус выполнен с кольцевыми выступами по бокам и кольцевыми пазами под ними вблизи внутренней цилиндрической поверхности, в которые устанавливаются дугообразные уплотнительные пластины, прижимаемые к плоским, обращенным к корпусу поверхностям колец ротора, а на торцах кольцевых выступов корпуса закреплены плоские кольцевые пластины, упруго прижимающиеся к внешним закругленным сторонам колец ротора; кроме того, двигатель снабжен расположенными в боковых пазах упоров и упруго прижимающимися к кольцам ротора дугообразными уплотнительными пластинами, предохраняемыми от перемещения вдоль пазов и от перекоса в пазах удлиненными пальцами, закрепленными на уплотнительных пластинах и входящими в углубления упоров, Г-образными уплотнителями, устанавливаемыми в пазы корпуса и прижимаемыми к цилиндрическим поверхностям упоров, Т-образными в поперечном сечении уплотнителями, устанавливаемыми в пазы, выполненные в вершинах кулачков ротора, центральный, сопрягаемый с корпусом участок которых повторяет профиль корпуса, а боковые участки выполнены со скосами и прорезями (отверстиями) в них; для сохранения эффективности уплотнения при вероятных тепловых деформациях, нарушающих прямолинейность образующих цилиндрических поверхностей ротора, упоров и корпуса, шарнирные, Г-образные и Т-образные уплотнители выполнены составными из нескольких частей.

На фиг. 1 изображен роторный двигатель внутреннего сгорания в момент процессов наполнения, сжатия и свободного выпуска; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - вид I на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 и на фиг. 5 - вид II на фиг. 1.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, внутреннюю цилиндрическую поверхность которого образуют корпусы камер наполнения 1, камер расширения 2 и камеры сгорания 3 с выполненными по бокам выступами 4, внешними сторонами которых они прижимаются к внутренним цилиндрическим поверхностям опор 5. В центральных отверстиях опор устанавливается вал 6 с ротором 7, а в периферийных отверстиях - валы упоров 8.

Профиль ротора образован дугами окружностей и сопрягающими их отрезками прямых. На торцах ротора газоплотно закреплены кольца ротора 9.

Г-образные упоры рабочего хода 10, сжатия 11 и разделительные 12 выполнены с возможностью качания и контактирования с ротором посредством уплотнителей. В разделительных упорах выполнены выемки 13 для поступления в двигатель свежего заряда. Выпускные окна 14 выполнены в корпусах расширения. В упорах сжатия выполнены выемки 15 для поступления в камеру расширения воздуха в конце такта расширения.

В пазах упоров 16 установлены шарнирные уплотнители с двумя степенями свободы. Г-образные формы паза в упоре и подпружиненно установленной в нем пластины-держателя 17 уплотнителя предотвращают выпадение уплотнителя из паза. Уплотнительная пластина 18 с цилиндрической выемкой 19 закреплена на цилиндрическом стержне 20, расположенном в цилиндрическом пазу пластины-держателя с возможностью поворачиваться, что наряду с возможностью перемещаться уплотнителю вдоль паза упора позволяет ей постоянно прижиматься к ротору: при сопряжении с закругленным участком кулачка ротора уплотнение обеспечивается контактом по цилиндрической выемке, а при сопряжении с плоским - плоскими участками пластины. Контакт в уплотнении не нарушается при изменении радиальных размеров ротора вследствие тепловой деформации. Выполнение уплотнителя из нескольких отдельно подпружиненных в пазу упора частей обеспечивает эффективный контакт и при нарушении прямолинейности цилиндрической поверхности ротора.

Под боковыми выступами корпуса вблизи его внутренней цилиндрической поверхности выполнены кольцевые пазы 21, в которых установлены дугообразные уплотнительные пластины 22, прижимаемые эспандерами к кольцам ротора, диаметр внешней цилиндрической поверхности которых превышает диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Непрерывный контакт дугообразных пластин осуществляется независимо от тепловой деформации корпуса, поскольку пластины могут занимать необходимое для этого положение в своих пазах. На боковых торцах выступов корпуса закреплены кольцевые пластины 23. Они упруго прижимаются к закругленным внешним сторонам колец ротора и создают второй заслон утечкам рабочего тела и выбросам его в атмосферу независимо от тепловой деформации ротора и его колец. Просочившееся в кольцевые полости между кольцами ротора и выступами корпуса рабочее тело попадает на вход в двигатель в пазы корпуса для разделительных упоров.

На сторонах корпусов и камер сгорания, обращенных к цилиндрическим поверхностям упоров, выполнены пазы, в которые установлены Г-образные уплотнители 26, одной стороной обращенные к упору, другой - к ротору. Давлением рабочего тела уплотнители прижимаются к тангенциальным стенкам пазов и к упорам. В наиболее ответственных местах, таких как у камер сгорания, устанавливается до 3-х уплотнителей на различных удалениях от центра двигателя. Для сохранения эффективности уплотнения при вероятной тепловой деформации упоров уплотнители выполняются составными из нескольких частей.

В пазах, выполненных в вершинах кулачков ротора, установлены уплотнители 27 с Т-образным поперечным сечением. Центральный участок поверхности уплотнителя, обращенный к корпусу, повторяет профиль корпуса, а боковые участки выполнены со скосами, обеспечивающими безударное взаимодействие с шарнирными уплотнителями. В боковых частях уплотнителя выполнены проходы 28 для протекания рабочего тела под уплотнитель. Площадь поверхности, на которую оказывается давление изнутри, превышает площадь поверхности скошенного участка. Поэтому оказываемые усилия изнутри не только компенсируют усилия, оказываемые на скошенный участок извне, но и наряду с центробежной силой прижимают уплотнитель к корпусу. При необходимости уплотнитель выполняется составным. Для благополучного прохода полостей камер сгорания каждая часть уплотнителя выполняется при этом в виде двух симметричных Г-образных деталей 20, как половинок Т-образного. Все детали свободно навешиваются на объединительную пластину 30, длина которой равна ширине ротора, для чего в пластине запрессовываются пальцы 31 с равным выходом на обе стороны. Диаметр отверстий в навешиваемых деталях превышает диаметр пальцев на величину отклонения образующей цилиндрической поверхности корпуса от прямолинейной.