Роторно-поршневой двигатель
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Двигатель содержит корпус с цилиндрической полостью и торцевыми крышками, концентрично установленный в полости ротор с продольно ориентированными, расположенными равномерно по окружности пазами фигурного профиля, образующими совместно с торцевыми стенками ротора рабочие цилиндры, и поршни, снабженные жестко закрепленными в теле ротора фиксирующими и свободно пропущенными через серповидные отверстия в последних направляющими пальцами, ориентированными в продольном направлении. На внутренних поверхностях торцевых крышек корпуса выполнены круговые, эксцентрично смещенные относительно оси ротора выемки, в которых размещены диски с отверстиями, расположенными равномерно по окружности. В отверстиях дисков подвижно установлены кривошипы, оси вращения которых параллельны фиксирующим и направляющим пальцам, жестко связаны с ротором и подвижно, посредством согласующих шайб, - с дисками. Шипы кривошипов посредством шатунов связаны со свободными концами направляющих пальцев. Повышается быстроходность, надежность и технологичность двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Известен (см. патент RU №2158375, МПК F 02 B 57/00, 2000 г.) роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с цилиндрической полостью, торцевые крышки корпуса с направляющими канавками на их внутренних поверхностях, установленный в полости ротор с цилиндрами, расположенными равномерно по окружности и ориентированными вдоль оси ротора, и поршни, выполненные в виде лопаток дугообразного профиля, установленных в цилиндрах с возможностью их поворота относительно образующих ротора.
Поршни снабжены фиксирующими и направляющими пальцами, ориентированными параллельно образующим ротора, при этом свободные концы фиксирующих пальцев жестко закреплены в торцевых стенках ротора, а направляющих - свободно пропущены через серповидные отверстия в последних и через посредство подшипниковых опор вставлены в направляющие канавки крышек корпуса.
При вращении ротора известного устройства направляющие пальцы поршней, свободные концы которых катятся по опорам в направляющих канавках, вращаются совместно с ротором, оставаясь параллельными его образующим, и одновременно по определенной траектории смещаются в радиальном направлении. При этом поршни, связанные с пальцами, согласованно перемещаются в цилиндрах, изменяя объем камер сгорания и обеспечивая тем самым цикличность и длительность рабочих тактов двигателя.
Траектория радиального перемещения направляющих пальцев и, соответственно, цикличность и длительность рабочих тактов задаются формой контура направляющих канавок.
Основными недостатками известного двигателя являются его неприемлемо низкие для практики скоростные характеристики и надежность.
Указанные недостатки обусловлены тем, что при движении направляющих пальцев вдоль направляющих канавок скорость вращения их концевых подшипниковых опор в 10-15 раз (отношение среднего диаметра контура канавки к внешнему диаметру подшипника) превышает скорость вращения ротора. Как следствие, при скоростях вращения ротора (1000-1500) об/мин подшипниковые опоры работают на пределе своих скоростных возможностей, надежность их работы и, соответственно, двигателя в целом резко уменьшается. Дальнейшее повышение оборотов двигателя приводит к его поломке.
Кроме того, воздействие на направляющие пальцы значительных по величине знакопеременных динамических напряжений изгиба, возникновение которых обусловлено вариациями знака и величины ускорения пальцев при их перемещении в канавках по контуру сложной формы, также снижает надежность и приводит к сокращению срока службы двигателя.
Другим недостатком известного двигателя является его низкая технологичность, обусловленная высокими требованиями к точности изготовления направляющих канавок и необходимостью проведения особо точной сборки и балансировки устройства.
Задачей настоящего изобретения является повышение быстроходности, надежности и технологичности роторно-поршневого двигателя.
Поставленная задача решается за счет того, что в роторно-поршневом двигателе, содержащем корпус с цилиндрической полостью и торцевыми крышками, концентрично установленный в полости ротор с продольно ориентированными, расположенными равномерно по окружности пазами фигурного профиля, образующими совместно с торцевыми стенками ротора рабочие цилиндры, и поршни, снабженные жестко закрепленными в теле ротора фиксирующими и свободно пропущенными через серповидные отверстия в последних направляющими пальцами, ориентированными в продольном направлении, на внутренних поверхностях торцевых крышек корпуса выполнены круговые, эксцентрично смещенные относительно оси ротора выемки, в которых размещены диски с отверстиями, расположенными равномерно по окружности, в отверстиях дисков подвижно установлены кривошипы, оси вращения которых параллельны поршневым пальцам и связаны жестко с ротором и подвижно, посредством согласующих шайб, с дисками, при этом шипы кривошипов посредством шатунов связаны со свободными концами направляющих пальцев.
На фиг.1 представлено поперечное сечение предлагаемого двигателя, на фиг.2 - продольный разрез по сечению А-А на фиг.1, на фиг.3 - торцевая стенка ротора 6 с отверстиями 7, 8, на фиг.4 - диск 16 с отверстиями 17 (вид со стороны ротора).
Двигатель содержит корпус 1, торцевые крышки 2 с выемками 3, ротор 4 с пазами 5 и торцевыми стенками 6 с отверстиями 7, 8, поршни 9 с фиксирующими 10 и направляющими 11 пальцами, шатуны 12, кривошипы 13 с осями 14 и шипами 15, диски 16 с отверстиями 17, шайбы 18.
Кроме того, в корпусе двигателя выполнены впускные 19 и выпускные 20 окна, а в одной из стенок ротора - гнезда 21 для установки свечей зажигания.
Зазоры между смежными поверхностями корпуса и ротора, поршней и цилиндров снабжены уплотнениями 22.
Двигатель работает следующим образом.
Начальный запуск двигателя производится путем раскрутки ротора любым известным способом, например посредством электростартера. При вращении ротора 4 диски 16, связанные с ротором осями 14, вращаются синхронно с ротором. При этом оси кривошипов 14 вращаются по окружности, концентричной ротору, а диски 16, контактирующие с установленными в отверстиях 17 кривошипами 13, - по окружности, эксцентрично смещенной относительно оси ротора. Вследствие эксцентричности указанных траекторий кривошипы 13 в процессе вращения качаются относительно осей 14. Качания кривошипов посредством шатунов 12 преобразуются в радиальные перемещения поршневых пальцев 11, которые, в свою очередь, двигают связанные с ними поршни 9.
Форма отверстий 17 на одной стороне дисков (смежной с ротором) определяется опытным путем таким образом, чтобы обеспечить свободное перемещение кривошипов 13 в отверстиях без нарушения их контакта с дисками 16, на другой - круговая.
Согласующие шайбы 18, установленные в отверстиях 17 на свободные концы осей кривошипов, обеспечивают надежную кинематическую связь ротора с дисками и исключают вибрацию свободных концов осей.
Необходимые цикличность и длительности рабочих тактов двигателя, а также степень расширения обеспечиваются простым изменением величины эксцентриситета.
В отличие от прототипа кинематическая схема заявляемого устройства не содержит элементов, скорость вращения которых превышает скорость вращения ротора, поэтому скоростные возможности и надежность предлагаемого двигателя существенно выше аналогичных характеристик известного объекта.
Кроме того, использование для привода поршней относительно простого кривошипно-шатунного механизма позволяет снизить уровень механических нагрузок на направляющие пальцы, облегчить условия их работы и, как следствие, дополнительно повысить надежность двигателя.
Использование в конструкции двигателя известных и относительно простых и технологичных деталей и узлов обеспечивает повышение его технологичности в целом.
Роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с цилиндрической полостью и торцевыми крышками, концентрично установленный в полости ротор с продольно ориентированными, расположенными равномерно по окружности пазами фигурного профиля, образующими совместно с торцевыми стенками ротора рабочие цилиндры, и поршни, снабженные жестко закрепленными в теле ротора фиксирующими и свободно пропущенными через серповидные отверстия в последних направляющими пальцами, ориентированными в продольном направлении, отличающийся тем, что на внутренних поверхностях торцевых крышек корпуса выполнены круговые, эксцентрично смещенные относительно оси ротора выемки, в которых размещены диски с отверстиями, расположенными равномерно по окружности, в отверстиях дисков подвижно установлены кривошипы, оси вращения которых параллельны фиксирующим и направляющим пальцам, жестко связаны с ротором и подвижно посредством согласующих шайб - с дисками, при этом шипы кривошипов посредством шатунов связаны со свободными концами направляющих пальцев.
