Патент на изобретение №2152522
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к двигателесторению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. В основу изобретения поставлена задача создания надежного в работе роторно-поршневого двигателя с наибольшей мощностью при лучших весогабаритных показателях и простого как в технологическом, так и в конструктивном исполнении. Роторно-поршневой двигатель содержит: неподвижный корпус с выполненной в нем трехсторонней рабочей камерой в форме фигуры постоянной ширины, образованной с соотношением радиусов сопряженных дуг, удовлетворяющим условию: ![]() где M – габаритная ширина по кромкам уплотнительных элементов, установленных на торцах ротора-поршня; R – большой радиус сопряженной дуги; r – малый радиус сопряженной дуги; D – диаметр описанной вокруг вентиляционных каналов торцовых крышек окружности. ![]() осесимметричный ротор-поршень с цилиндрическими поверхностями головок, расположенный в рабочей камере и установленный на выходном коленвалу при помощи ползуна, размещенного в продольном пазу ротора-поршня. Кроме того, двигатель содержит механизм привода, снабженного двумя парами роликов, установленных на торцах ротора-поршня соосно цилиндрическим поверхностям головок и взаимодействующих с рабочими цилиндрическими поверхностями секторов, которые выполнены заодно целое с коненвалом. Газораспределительный механизм двигателя выполнен в виде двух окон газообмена, выполненных в стенках корпуса рабочей камеры вблизи одной из вершин, расположенной напротив стороны с источником воспламенения (форсункой или свечой зажигания). Система уплотнения двигателя включает уплотнение ротора-поршня, состоящего из пластин, расположенных в вершинах головок ротора-поршня, и уплотнительных элементов, расположенных на торцах ротора-поршня, а также неподвижное уплотнение рабочей камеры, образованное за счет торцовых крышек. Торцовые крышки с отверстиями в центре для отвода утечек газа и масла установлены неподвижно на торцах корпуса рабочей камеры. Для выхода из мертвой точки на противоположных концах коленвала установлены маховик и рабочее колесо вентилятора с соизмеряемыми между собой массами. 9 ил. Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Из уровня техники известен роторный двигатель Ф. Ванкеля, содержащий неподвижный корпус с выполненной в нем рабочей камерой гипоциклоидной формы, в стенке которой выполнены окна газообмена, ротор-поршень трехгранной формы с радиальными стенками, являющимися поверхностями рабочих камер, на которых выполнены выемки для создания требуемой степени сжатия. С торцовой стороны ротора-поршня установлена синхронизирующая шестерня с внутренним зацеплением. Кривошипный механизм двигателя в виде цельного коленвала выполнен заодно целое с шестерней. [Е.И. Ипатов и другие “Судовые роторные двигатели” (стр. 46- 73)]. Недостатком данного двигателя является наличие сложной гипоциклоидной формы рабочей камеры, исключающей возможность образования ее дугой постоянного радиуса, что приводит к технологическим сложностям при изготовлении. Кроме того, форма рабочей камеры сгорания не обеспечивает необходимой турбулизации смеси, что отрицательно сказывается на массовой скорости сгорания. К недостаткам данного двигателя относится и исключение возможности изготовления цельного коленвала в случае изготовления многосекционного двигателя ввиду невозможности его монтажа. К недостаткам двигателя относится и такая конструкция двигателя, при которой происходит газосмешение выхлопных газов и нового заряда. Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с выполненной в нем трехгранной рабочей камерой, стороны которой образованы сопряженными дугами окружности, осесимметричный ротор-поршень, расположенный в рабочей камере и установленный на коленвалу при помощи ползуна, размещенного в продольном пазу ротора-поршня, причем длина ротора-поршня равна постоянной ширине рабочей камеры, механизм привода ротора-поршня, снабженный неподвижной шестерней внутреннего зацепления, установленной в корпусе и связанной с малой шестерней наружного зацепления, установленной на ползуне выходного вала, при этом ползун подпружинен и установлен в щеках выходного вала с возможностью вращения его. В каждой стенке корпуса для подачи топливовоздушной смеси и отвода отработанных газов выполнены окна газообмена, в которых установлены клапаны, обеспечивающие газообмен, и размещен источник воспламенения. Система уплотнения двигателя включает радиальные уплотнения и подвижные торцовые уплотнения, расположенные как в корпусе, так и в роторе двигателя (RU, а.с. 1343062 от 06.12.71). Недостатком данного двигателя является наличие подвижных торцовых уплотнений рабочей камеры, вызывающих утечку рабочих газов и требующих дополнительных элементов (подшипников) для удержания уплотнения и коленвала в центре вращения, что приводит к снижению надежности за счет износа подшипников и уплотнений, а также усложняет конструкцию и увеличивает габариты двигателя при равных рабочих объемах. К снижению надежности работы двигателя приводит и конструкция сборного коленвала, состоящего из трех взаимноперемещающихся деталей – двух щек и ползуна. Наличие же зубчатой передачи внутреннего зацепления механизма привода в планетарном их исполнении затрудняет обеспечение необходимой смазки для нормальной работы двигателя и требует большого количества деталей с высокой точностью изготовления и с высоким качеством рабочих поверхностей, что приводит к большим затратам и технологическим сложностям как при изготовлении деталей, так и при изготовлении двигателя в целом. Конструкция же газораспределительных валов, механизм, связывающий их движение, а также наличие разуплотнения в области клапанов отнимают часть рабочего объема заряда декомпрессии, что снижает характеристики и КПД двигателя. В основу изобретения положена задача создания надежного в работе роторно-поршневого двигателя с лучшими весогабаритными показателями и простого как в технологическом, так и в конструктивном отношении. Поставленная задача решается тем, что в заявляемом роторно-поршневом двигателе, содержащем неподвижный корпус с выполненной в нем трехсторонней камерой в форме фигуры постоянной ширины, образованной сопряженными дугами окружности, механизм привода с коленвалом, осесимметричный ротор-поршень, расположенный в рабочей камере и установленный на коленвалу при помощи ползуна, размещенного в продольном пазу ротора-поршня, при этом длина ротора-поршня равна постоянной ширине рабочей камеры, газораспределительный механизм, источник воспламенения топливовоздушной смеси, а также включающий систему уплотнений ротора-поршня и рабочей камеры, согласно изобретению механизм привода снабжен двумя парами роликов, установленных на торцах ротора-поршня соосно цилиндрическим поверхностям головок и взаимодействующих с цилиндрическими поверхностями секторов, выполненных заодно целое с коленвалом, газораспределительный механизм в виде двух окон газообмена, выполненных в стенках корпуса рабочей камеры вблизи одной из ее вершин, расположенной напротив стороны с установленным на ней источником воспламенения, а уплотнение рабочей камеры выполнено неподвижным за счет торцовых крышек, установленных неподвижно на торцах корпуса рабочей камеры, при этом рабочая камера выполнена с соотношением радиусов сопряженных дуг, удовлетворяющим условию: ![]() где M – габаритная ширина по кромкам уплотнительных элементов, установленных на торцах ротора-поршня; R – большой радиус сопряженной дуги; r – малый радиус сопряженной дуги; D – диаметр описанной вокруг вентиляционных каналов торцовых крышек окружности. ![]() ![]() где M – габаритная ширина по кромкам уплотнительных элементов, установленных на торцах ротора-поршня; R – большой радиус сопряженной дуги; r – малый радиус сопряженной дуги; D – диаметр описанной вокруг вентиляционных каналов торцовых крышек окружности; ![]() отличает заявленное техническое решение от прототипа и обуславливает соответствие этого решения критерию “новизна”. Из уровня техники известны роторно-поршневые двигатели с коленвалами, выполненными заодно целое с приводными деталями, обеспечивающими определенную траекторию движения ротора-поршня, а также снабженные неподвижным торцовым уплотнением торцов корпуса рабочей камеры. Однако из уровня техники не известны роторно-поршневые двигатели с механизмом привода, снабженного двумя парами роликов, установленных на торцах ротора-поршня соосно цилиндрическим поверхностям головок и взаимодействующих с цилиндрическими рабочими поверхностями секторов, выполненных заодно целое с коленвалом, а также двигателей, снабженных газораспределительными механизмами в виде двух окон газообмена, выполненных в стенках корпуса рабочей камеры вблизи одной из ее вершин, расположенной напротив стороны с источником воспламенения, и снабженных неподвижным, образованным торцовыми крышками, установленными на торцах корпуса рабочей камеры, уплотнением рабочей камеры, образованной радиусами сопряженных дуг с отношением: ![]() где М – габаритная ширина по кромкам уплотнительных элементов, установленных на торцах ротора-поршня; R – большой радиус сопряженной дуги; r – малый радиус сопряженной дуги; D – диаметр описанной вокруг вентиляционных каналов торцовых крышек окружности; ![]() что доказывает соответствие заявленного технического решения критерию “изобретательский уровень” Наличие промежуточного звена в кинематической связи двигателя между ротором-поршнем и кривошипным механизмом в виде пары роликов, установленных на торцах ротора-поршня соосно цилиндрическим поверхностям головок и взаимодействующих с цилиндрическими рабочими поверхностями секторов с возможностью блокировки одной из головок ротора-поршня поочередно в центре одной из вершин рабочей камеры, обеспечивает создание такой траектории движения ротора-поршня, которая обеспечивает постоянство зазоров между рабочей камерой и ротором- поршнем, исключая тем самым преждевременный износ их, а следовательно, повышая надежность работы двигателя. Кроме того, малые (на порядок) перемещения масс относительно центра вращения коленвала позволяют получить двигатель с незначительной вибрацией, а возможность размещения уравновешивающих деталей в одном, с рабочей камерой, габаритном пространстве уменьшает, кроме того, габариты двигателя в целом. Расположение газораспределительного механизма в виде двух окон газообмена в стенках корпуса рабочей камеры вблизи одной из ее вершин, расположенной напротив стороны с источником воспламенения, исключает газосмешение выхлопных газов и нового заряда за счет полного разделения рабочей камеры на две части, что приводит к повышению как экологических, так и мощностных показателей двигателя. Неподвижное уплотнение рабочей камеры, образованное за счет крышек, установленных на торцах корпуса рабочей камеры, исключает износ уплотнительных элементов, взаимодействующих с торцовой поверхностью корпуса рабочей камеры, а выполнение трехсторонней рабочей камеры в форме фигуры постоянной ширины с соотношением радиусов сопряженных дуг, удовлетворяющим условию: ![]() исключает раскрытие отверстии отвода утечек газа из внутренней полости рабочей камеры в картер уплотнительными элементами и позволяет улучшить герметичность рабочих объемов, а также снизить потери рабочего тела, повысив тем самым мощностные и экологические показатели двигателя, что и доказывает соответствие заявленного технического решения критерию “промышленная применимость”. На фиг. 1 показан двигатель, продольный разрез с дугой сектора 120o; на фиг. 2 – разрез А-А на фиг.1 (положение элементов двигателя в мертвой точке); на фиг. 3 – продольный разрез двигателя с дугой сектора 240o; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3 (положение элементов двигателя в мертвой точке); на фиг. 3 – схема положений ротора-поршня в начале (штриховое) и в конце первого такта “впуск- выпуск”; на фиг. 6 – схема положений ротора-поршня в начале (штриховое) и в конце второго такта “сжатие”; на фиг. 7 – схема положений ротора-поршня в начале (штриховое) и в конце третьего такта “рабочий ход – расширение”; на фиг. 8 – схема образования профиля рабочей камеры; на фиг. 9 – схема двигателя с шатуном. Роторно-поршневой двигатель содержит неподвижный корпус 1, в котором выполнена трехсторонняя рабочая камера в форме фигуры постоянной ширины 2. Внутренние рабочие поверхности рабочей камеры 2 – это части цилиндрических поверхностей, при этом вершины очерчены малыми сопряженными дугами фигуры постоянной ширины, а стороны – большими дугами при следующем их соотношении: ![]() где М – габаритная ширина по кромкам уплотнительных элементов, установленных на торцах ротора-поршня; R – большой радиус сопряженной дуги; r – малый радиус сопряженной дуги; D – диаметр описанной вокруг вентиляционных каналов торцовых крышек окружности; ![]() Формула изобретения
![]() где М – габаритная ширина по кромкам уплотнительных элементов, установленных на торцах ротора-поршня; R – большой радиус сопряженной дуги; r – малый радиус сопряженной дуги; D – диаметр описанной вокруг вентиляционных каналов торцовых крышек окружности; ![]() РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 28.11.2003
Извещение опубликовано: 10.12.2004 БИ: 34/2004
Изменения:
Номер и год публикации бюллетеня: 34-2004
Извещение опубликовано: 10.03.2005 БИ: 07/2005
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 28.11.2004
Извещение опубликовано: 10.12.2005 БИ: 34/2005
|
||||||||||||||||||||||||||