Роторно-поршневая машина

 

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, гидро- и пневмодвигателям, компрессорам и насосам роторного типа. Роторно-поршневая машина, например ДВС, содержит корпус с волнообразной рабочей поверхностью, сопряженной с поршнями, шарнирно с возможностью качания установленными на роторе. Рабочий тракт двигателя образован камерами сжатия и расширения между поршнями и волнообразной поверхностью, впускными и выпускными окнами в корпусе. Центральные полости под поршнями образуют тракт воздушного охлаждения. Для надежного разделения рабочего тракта и полостей воздушного охлаждения между поршнями выполнены уплотнения. Двигатель обеспечивает завершение 12- и 4-тактных циклов за один оборот ротора, характеризуется простотой конструкции, высоким и эффективным КПД и удельной мощностью, малыми габаритами. 5 з.п ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, гидро- и пневмодвигателям, компрессорам и насосам роторного типа.

Известна роторно-поршневая машина, содержащая корпус с волнообразной в окружном направлении рабочей поверхностью, ротор и шарнирно соединенные с ним поршни, аксиальные кромки которых скруглены и сопряжены с рабочей поверхностью корпуса (DE 3027208 A1, 08.10.1981, F 01 C 1/40).

К недостаткам ее следует отнести негерметичность рабочего тракта в процессе газообмена, т.е. возможность перепуска части продуктов сгорания в фазе активного выпуска не только в выпускной патрубок, но и во внутренние полости, образующие тракт охлаждения, подобные перетечки возможны и в процессе впуска топливовоздушной смеси.

Задачей настоящего изобретения является устранение упомянутой негерметичности.

Указанная задача достигается в роторно-поршневой машине, содержащей корпус с волнообразной в окружном направлении рабочей поверхностью, ротор и шарнирно-соединенные с ним поршни, аксиальные кромки которых скруглены и сопряжены с рабочей поверхностью корпуса, при этом на аксиальных кромках поршней выполнены дополнительные соосные шарнирам цилиндрические поверхности, а между аксиальными кромками смежных поршней выполнены уплотнения.

Кроме того, уплотнения могут быть выполнены в виде минимальных зазоров между дополнительными цилиндрическими поверхностями аксиальных кромок поршней.

Кроме того, уплотнения могут быть выполнены в виде установленных на роторе или выполненных с ним за одно целое пластин, концы которых с минимальными зазорами расположены между аксиальными кромками поршней.

Кроме того, на сопряженных с минимальным зазором поверхностях могут быть выполнены лабиринтные уплотнения, например, в виде расположенных по образующей цилиндра, канавок.

Кроме того, на концах пластин могут быть выполнены пазы с размещенными в них уплотнительными элементами.

Кроме того, пластины могут быть выполнены в виде пластинчатых пружин, концы которых упруго поджаты к аксиальным кромкам поршней.

На фиг. 1 изображен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе; на фиг. 2 приведен фрагмент этого разреза с различными вариантами исполнения уплотнений.

Двигатель содержит корпус 1 с волнообразной рабочей поверхностью 2, которая на фиг. 1 близка к форме квадрата со скругленными углами, с поверхностью 2 сопряжены аксиальные кромки поршней 3, соединенных посредством шарниров 4 с кронштейнами ротора 5, установленного на подшипниках в торцевых крышках. Аксиальные кромки поршней скруглены и снабжены радиальными уплотнениями 6, на торцевых поверхностях установлены уплотнения 7, сопряженные с плоскими поверхностями торцевых крышек корпуса. В корпусе имеются два впускных окна 8, два выпускных 9 и две свечи зажигания 10 (или топливные форсунки при воспламенении от сжатия).

Аксиальные кромки смежных поршней снабжены уплотнениями, которые допускают различное исполнение. На фиг. 1 поршни имеют дополнительные, соосные шарниру цилиндрические поверхности с радиусом P, сопряженные между собой с минимальным зазором величина, которого порядка 0,1...0,05 мм, при этом на цилиндрических поверхностях могут быть выполнены лабиринтные уплотнения, например в виде ряда канавок, расположенных по образующей цилиндра.

На фиг. 2 изображено уплотнение в виде пластины 11, скрепленной или выполненной за одно целое с ротором на внешних концах пластин, пропущенных между аксиальными кромками поршней, выполнены цилиндрические впадины, сопряженные с минимальным зазором с цилиндрическими кромками поршней. Во впадинах пластин тоже могут быть выполнены лабиринтные уплотнения, или в них исполняются пазы с пластинчатыми контактными уплотнениями 12 и волнистыми пружинами - расширителями (экспандерами).

Уплотнение может быть выполнено в виде сдвоенных пластинчатых пружин 13, соединенных с ротором посредством, например, паза типа "ласточкин хвост", и зафиксированных трехгранным стержнем 14, внешние концы пластин с антифракционным покрытием упруго поджаты к аксиальным кромкам поршней. Вблизи развилки (т.е. линии соединения 15 концов пружины) последние герметично соединены между собой, например, пайкой.

Действует двигатель аналогично прототипу. При вращении вала с ротором 5 через впускные окна 8 осуществляется всасывание топливной смеси или воздуха в камеры 16, затем сжатие смеси, воспламенение ее от свечи 10, сгорание, расширение продуктов сгорания и выпуск их через окна 9. 4-тактный цикл в каждой камере совершается за 180^oC поворота ротора, за один оборот вала в шести камерах совершается двенадцать циклов.

Наличие уплотнений между качающимися поршнями позволяет надежно отделить рабочий тракт двигателя от внутренних полостей, в которых реализуется тракт воздушного охлаждения, устранить смешивание охлаждающего воздуха с выпускными газами и топливной смесью, повысить эффективность работы двигателя.

Формула изобретения

1. Роторно-поршневая машина, содержащая корпус с волнообразной в окружном направлении рабочей поверхностью, ротор и шарнирно-соединенные с ним поршни, аксиальные кромки которых скруглены и сопряжены с рабочей поверхностью корпуса, отличающаяся тем, что на аксиальных кромках поршней выполнены дополнительные, соосные шарнирам, цилиндрические поверхности, а между аксиальными кромками смежных поршней выполнены уплотнения.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнения выполнены в виде минимальных зазоров между дополнительными цилиндрическими поверхностями аксиальных кромок поршней.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнения выполнены в виде установленных на роторе или выполненных с ним заодно целое пластин, концы которых с минимальными зазорами расположены между аксиальными кромками поршней.

4. Машина по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что на сопряженных с минимальным зазором поверхностях выполнены лабиринтные уплотнения, например, в виде расположенных по образующей цилиндра канавок.

5. Машина по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что на концах пластин выполнены пазы с размещенными в них уплотнительными элементами.

6. Машина по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что пластины выполнены в виде пластинчатых пружин, концы которых упруго поджаты к аксиальным кромкам поршней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2