Кольцевой роторно-поршневой двигатель

 

Использование: двигателестроение, в частности конструкции двигателей с торообразной рабочей камерой, работающих с непрерывным однонаправленным вращательным движением поршня. Сущность изобретения: двигатель содержит торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, поршень, шток которого связан с валом отбора мощности посредством по меньшей мере трех пар захватных рычагов, взаимодействующих с направляющим элементом. Рабочая камера снабжена установленной на входе заслонкой, концевым запорным устройством и раздвижными компрессионными кольцами, размещенными между концевым запорным устройством и газораспределительными окнами. Поршень подвижно закреплен на штоке посредством пружины и фиксатора, а на штоке выполнены посадочные места для зацепления с захватным устройством, расстояние между которыми больше длины рабочей камеры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано преимущественно для роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания с торообразной рабочей камерой.

Из уровня техники известны роторно-поршневые двигатели, содержащие торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, поршень, связанный с валом отбора мощности [1-3] Основным недостатком известных устройств является конструктивная сложность выполнения элементов связи поршня, совершающего как правило возвратно-поступательное движение, с валом для передачи крутящего момента, направленного в одну сторону.

Наиболее близким к изобретению является кольцевой роторно-поршневой двигатель, содержащий торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, сообщенными с системой подачи топлива и продувки, поршень со штоком, связанный посредством рычажных элементов с валом отбора мощности [4] Для передачи вращательного движения от поршня к валу посредством рычажных элементов в корпусе для прохода рычагов выполнены прорези, что существенно усложняет конструкцию двигателя и снижает надежность его работы.

Изобретение направлено на создание простой и надежной конструкции кольцевого роторно-поршневого двигателя с непрерывным вращательным движением поршня в одну сторону.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в кольцевом роторно-поршневом двигателе, содержащем торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, сообщенными с системой подачи топлива и продувки, поршень со штоком, который связан посредством рычажного механизма с валом отбора мощности, согласно изобретению рабочая камера снабжена установленной на входе заслонкой, концевым запорным устройством и раздвижными компрессионными кольцами, размещенными между концевым запорным устройством и газораспределительными окнами, а поршень подвижно закреплен на штоке, посредством пружины и фиксатора, при этом рычажный механизм содержит по меньшей мере три пары захватных рычагов, прикрепленных к валу и взаимодействующих с профилированным направляющим элементом, а на штоке поршня выполнены соответственно по меньшей мере три пары посадочных мест, расстояние между которыми больше длины рабочей камеры.

Предпочтительно выполнение концевого запорного устройства в виде раздвижного кольца, а компрессионных колец из двух полуколец с перекрывающимися замками.

Основной технический результат в изобретении достигается за счет выполнения рычажного механизма в виде конструкции из нескольких пар раздвижных захватных рычагов, поочередно находящихся в зацеплении со штоком поршня, что обеспечивает надежную механическую связь поршня с валом и позволяет выполнить корпус рабочей камеры без прорезей для прохода рычажных элементов, обусловливая существенное упрощение конструкции двигателя в целом и повышение надежности его работы.

Наличие заслонки концевого запорного устройства и раздвижных компрессионных колец, размещенных в рабочей камере и синхронно взаимодействующих с поршнем, обеспечивает возможность работы двигателя с непрерывным вращательным движением поршня в одну сторону, что упрощает конструкцию механизма, передающего движение от поршня к валу отбора мощности, снижает вес вращающихся деталей и механические потери.

На фиг. 1 схематично представлен общей вид кольцевого роторно-поршневого двигателя; на фиг. 2 изображена рабочая камера с поршнем; на фиг. 3 представлено сечение I-I на фиг. 1.

Роторно-поршневой двигатель содержит торообразную рабочую камеру 1 с газораспределительными окнами 2, которые сообщены с системой приготовления и подачи топлива и продувки (на чертеже не показано), поршень 3, шток 4 которого связан с валом 5 отбора мощности посредством рычажного механизма 6, выполненного в виде трех захватных пар (6₁; 6₂; 6₃), взаимодействующих с профилированным направляющим элементом 7. Двигатель может иметь несколько симметрично расположенных рабочих камер 1 и поршней 3. На входе в рабочую камеру 1 в направлении движения поршня 3 установлена заслонка 8, на выходе размещено кольцевое запорное устройство 9, выполненное, например, в виде раздвижного кольца, а между концевым запорным устройством 9 и газораспределительными окнами 2 смонтированы раздвижные компрессионные кольца 10.

Поршень 3 подвижно закреплен на штоке 4 посредством фиксатора 11 и пружины 12, обеспечивающих возможность возвратно-поступательного движения. На штоке 4 для зацепления с захватными рычагами 6₁; 6₂; 6₃ выполнены соответственные посадочные места 13, расстояние между которыми больше длины рабочей камеры 1. Синхронная последовательность работы системы приготовления и подачи топлива.

Система зажигания (на чертеже не показано), заслонки 8 компрессионных колец 10, концевого запорного устройства 9 и фиксатора 11 в зависимости от положения поршня 3 обеспечивается блоком управления (на чертеже не показано), который связан электрически или механически с упомянутыми узлами.

Роторно-поршневой двигатель работает следующим образом.

При приближении поршня 3, совершающего однонаправленное вращательное движение вокруг вала 5, к рабочей камере 1, вход в которую не перекрыт заслонкой 8, шток 4 находится в зацеплении со всеми захватными рычагами (6₁; 6₂; 6₃) рычажного механизма 6. При этом первая по ходу движения пара рычагов 6₁ вступает в контакт с профилированным направляющим элементом 7, который плавно разжимает их, выводя из зацепления с посадочными местами 13 штока 4, до положения, обеспечивающего свободный проход пары рычагов 6₁ вне (снаружи) рабочей камеры 1. В этот момент передняя часть штока 4 свободно проходит внутри рабочей камеры 1. Когда рычаги 6₁ пройдут зону рабочей камеры 1 и перестанут контактировать с направляющим элементом 7, они снова войдут в зацепление с соответствующими посадочными местами 13 штока 4, а следующая пара рычагов 6₂ начнет контактировать с направляющим элементом 7, аналогично обеспечивающим их раздвижение и свободный проход вне (снаружи) рабочей камеры 1. Возврат каждой пары захватных рычагов (6₁, 6₂, 6₃) на посадочные места 13 обеспечивается, например, стягивающей их пружиной (на чертеже не показано) или другим средством. Таким образом, при прохождении штока 4 через рабочую камеру 1 имеет место его постоянная связь с валом 5 двумя парами рычагов рычажного механизма 6, надежно фиксирующих поршень 3 и передающих крутящий момент. При прохождении зоны рабочей камеры 1 последней пары захватных рычагов 6₃ в рабочую камеру 1 входит поршень 3 и начинается собственно рабочий цикл. При этом, как только поршень 3 пройдет плоскость, в которой перемещается заслонка 8, блок управления выдаст команду на ее закрытие и заслонка 8 перекроет рабочую камеру 1, образуя замкнутый объем камеру сгорания 14, а затем команду концевому запорному устройству 9 на частичное перекрытие по периметру проходного канала рабочей камеры 1. Когда поршень 3 упрется в концевое запорное устройство 9 и остановится, с блока управления последует команда на герметизацию поршня 3 сжимающимися компрессионными кольцами 10 и подачу через газораспределительные окна 2 топливо-воздушной смеси. В период заполнения камеры сгорания 14 топливо-воздушной смесью шток 4 продолжает совершать вращательное движение, находясь в зацеплении со всеми захватными рычагами (6₁, 6₂, 6₃) рычажного механизма 6 и выдвигаясь из поршня 3. При достижении в камере сгорания 14 заданного давления по команде с блока управления происходит воспламенение топливовоздушной смеси, ее сгорание с резким возрастанием давления образовавшихся газов и разблокировка поршня 3 от удержания концевым запорным устройством 9. Под действием давления газов поршень 3 начинает движение, фиксатор 11 жестко соединяет его с штоком 4, который передает крутящий момент, возникающий при расширении газов в камере сгорания 14, валу 5 отбора мощности. После выхода поршня 3 из рабочей камеры 1 по команде с блока управления компрессионные кольца 10 разжимаются, происходит разблокировка фиксатора 11 и поршень 3 под действием пружины 12 возвращается в первоначальное положение до упора в торец штока 4. Затем открывается заслонка 8, обеспечивая продувку рабочей камеры 1 и удаление обработанных газов. При последующем подходе поршня 3 к рабочей камере 1 рассмотренный выше рабочий процесс кольцевого роторно-поршневого двигателя повторяется, обеспечивая непрерывное вращательное движение поршня 3 и передачу на вал 5 крутящего момента.

Формула изобретения

1. Кольцевой роторно-поршневой двигатель, содержащий торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, сообщенными с системой подачи топлива и продувки, поршень со штоком, который связан посредством рычажного механизма с валом отбора мощности, отличающийся тем, что рабочая камера снабжена установленной на входе заслонкой, концевым запорным устройством и раздвижными компрессионными кольцами, размещенными между концевым запорным устройством и газораспределительными окнами, а поршень подвижно закреплен на штоке посредством пружины и фиксатора, при этом рычажный механизм содержит по меньшей мере три пары захватных рычагов, прикрепленных к валу и взаимодействующих с профилированным направляющим элементом, а на штоке поршня выполнены соответственно по меньшей мере три пары посадочных мест, расстояние между которыми больше длины рабочей камеры.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что концевое запорное устройство выполнено в виде раздвижного кольца.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что компрессионные кольца выполнены из двух раздвижных полуколец с перекрывающимися замками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2