Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом и рабочими камерами, образованными рабочими полостями. В рабочих полостях параллельно на валу установлены ротор компрессора и ротор турбины. Ротор компрессора встроен внутри рабочего кольца между боковыми щеками. На внешней поверхности ротора компрессора выполнены пазы. В пазах установлены внешние и внутренние уплотняющие кольца. Наружный диаметр колец равен диаметру ротора компрессора. Внешние уплотняющие кольца установлены с возможностью перемещения параллельно валу двигателя и имеют с одной стороны плоские поверхности, прижимающиеся к плоским поверхностям боковых щек, и с другой противоположной стороны имеют клиновидные поверхности, скошенные в сторону боковых щек. Внутренние уплотняющие кольца установлены с возможностью радиального перемещения и имеют с одной стороны плоские поверхности, прижимающиеся к поверхностям пазов ротора компрессора, и с другой противоположной стороны имеют клиновидные поверхности, скошенные в противоположную сторону от боковых щек под тем же углом, что и клиновидные поверхности внешних уплотняющих колец. Внешние уплотняющие кольца снабжены выступами, расположенными внутри отверстий ротора компрессора. Изобретение направлено на повышение мощности и экономичности двигателя. 5 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, а именно к двигателям турбокомпрессорного типа.

Предложенный роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания обладает свойством газовой турбины, так как снабжен компрессором, камерой сгорания и турбиной, а по принципу действия является поршневым двигателем внутреннего сгорания с четырьмя тактами работы: впуском, сжатием, рабочим ходом и выпуском.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю и внешнюю поверхности, оси которых смещены в противоположных направлениях относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, то есть выполняющий функцию вращающейся части компрессора, выполненный в виде диска со сквозным радиальным прямоугольным пазом, образованным от оси вращения вала двигателя до наружной поверхности этого ротора по ширине последнего, в котором установлена подпружиненная рабочая заслонка с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазу ротора компрессора и прилегания ее торца к внутренней цилиндрической поверхности рабочего кольца шириной, равной ширине ротора компрессора, вращающийся ротор турбины, то есть выполняющий функцию вращающейся части турбины, выполненный виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, на боковой поверхности стакана над камерой сгорания, корпус которой, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для горящей рабочей смеси размещен в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешней и внутренней боковыми щеками, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для горящей рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для горящей рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении второго ротора с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, Г-образную подпружиненную уплотняющую пластину, установленную в рабочем кольце в области камеры сгорания с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце по направлению движения роторов позади ее граней, и прилегания гранью к цилиндрической внешней поверхности ротора компрессора, Г-образную подпружиненную уплотняющую пластину, установленную в рабочем кольце в области камеры сгорания с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в рабочем кольце по направлению движения роторов впереди ее граней, и прилегания гранью к внутренней поверхности утолщения ротора турбины. В корпусе камеры сгорания установлена свеча зажигания. Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками, рабочим кольцом и роторами. Сжатие рабочей смеси осуществляется первоначально в роторе компрессора, с последующим ее перемещением в камеру сгорания, где смесь и воспламеняется от свечи зажигания и далее поступает в рабочую камеру ротора турбины. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается на ротора турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2351780 С1, МПК7 F02B 53/08).

Основным недостатком этого двигателя является пониженная мощность вследствие наличия «мертвого» пространства по объему в рабочей полости ротора компрессора, из-за чего часть сжимаемой в рабочей полости ротора компрессора не попадает в камеру сгорания.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, то есть выполняющий функцию вращающейся части компрессора, выполненный в виде диска, и вращающийся ротор турбины, то есть выполняющий функцию вращающейся части турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине первого ротора, расположенную между роторами камеру сгорания, имеющую корпус, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для рабочей смеси, размещенный в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешнюю и внутреннюю боковые щеки, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, выступ ротора компрессора, расположенный на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора и переменной высоты, увеличивающейся от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазах выступа подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя, рабочую заслонку с шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами. В корпусе камеры сгорания установлена свеча зажигания. В утолщении ротора турбины установлена с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси Г-образная подпружиненная рабочая заслонка с шириной, равной ширине ротора турбины. Ось Г-образной подпружиненной рабочей заслонки закреплена в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки с прилеганием другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца. На цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца над камерой сгорания расположен уплотняющий сегмент ротора турбины, выполненный с переменной высотой, плавно увеличивающейся от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца до максимальной высоты и плавно уменьшающейся до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, с шириной, равной ширине рабочего кольца, и снабженный уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца, первый конец которой в направлении вращения роторов впереди второго ее конца посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, и второй конец которой посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора турбины. Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками, рабочим кольцом и роторами. Сжатие рабочей смеси осуществляется первоначально в роторе компрессора, с последующим ее перемещением в камеру сгорания, где смесь и воспламеняется от свечи зажигания и далее поступает в рабочую камеру ротора турбины. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается на ротор турбины, где и превращается в механическую (патент RU 2478803 С2, МПК F02B 53/08, F02B 55/02, F01C 1/46, F01C 19/04 (2006.01)).

Однако вышеописанный роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет пониженные показатели мощности и экономичности вследствие недостаточной эффективности лабиринтных уплотнений рабочей камеры ротора компрессора, особенно на малой частоте вращения вала двигателя.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения мощности и экономичности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, расположенную между роторами камеру сгорания, имеющую корпус, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для рабочей смеси, размещенный в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешнюю и внутреннюю боковые щеки, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, выступ ротора компрессора, расположенный на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся по углу поворота вала двигателя от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся по углу поворота вала двигателя до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазах выступа подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя, рабочую заслонку с шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами, свечу зажигания, установленную в корпусе камеры сгорания, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, при этом на цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца над камерой сгорания расположен уплотняющий сегмент ротора турбины, выполненный с переменной высотой, увеличивающейся по углу поворота вала двигателя от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца до максимальной высоты и уменьшающейся по углу поворота вала двигателя до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, с шириной, равной ширине рабочего кольца, и снабженный уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца, первый конец которой в направлении вращения роторов впереди второго ее конца посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, и второй конец которой посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора турбины, согласно изобретению на внешней поверхности ротора компрессора выполнены пазы со стороны внешней боковой щеки и со стороны внутренней боковой щеки. В этих пазах установлены со стороны внешней боковой щеки введенные в устройство внешнее и внутреннее уплотняющие кольца и установлены со стороны внутренней боковой щеки введенные в устройство внешнее и внутреннее уплотняющие кольца, наружный диаметр каждого из которых равен диаметру ротора компрессора. При этом внешние уплотняющие кольца установлены в пазах ротора компрессора с возможностью перемещения параллельно валу двигателя и имеют с одной стороны плоские поверхности, прижимающиеся к плоским поверхностям боковых щек, и с другой противоположной стороны имеют клиновидные поверхности, скошенные в сторону боковых щек под заданным углом, а внутренние уплотняющие кольца установлены в пазах ротора компрессора с возможностью радиального перемещения и имеют с одной стороны плоские поверхности, прижимающиеся к поверхностям пазов ротора компрессора, и с другой противоположной стороны имеют клиновидные поверхности, скошенные в противоположную сторону от боковых щек под тем же углом, что и клиновидные поверхности внешних уплотняющих колец. Внешние уплотняющие кольца дополнительно снабжены выступами, расположенными внутри отверстий ротора компрессора и обеспечивающими возможность перемещения внешних уплотняющих колец параллельно валу двигателя внутри отверстий ротора компрессора.

Повышение показателей мощности и соответственно экономичности роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания объясняется увеличением степени сжатия рабочей смеси в камере сгорания за счет герметизации рабочей полости ротора компрессора, обусловленной введением внешних и внутренних уплотняющих колец в рабочей камере ротора компрессора между боковыми поверхностями ротора компрессора и боковыми поверхностями щек.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез по линии А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез по линии Б-Б фиг.2; на фиг.4 - увеличенный вид камеры сгорания; на фиг.5 - ротор компрессора с уплотняющими кольцами в разобранном виде.

Основой предлагаемого роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания являются два ротора, ротор 1 компрессора, выполняющий функцию вращающейся части ротора компрессора, и ротор 2 турбины, выполняющий функцию вращающейся части ротора турбины, расположенных параллельно, закрепленных на одном валу 3 двигателя на фиксированном расстоянии друг от друга и вращающихся вместе с валом 3 в корпусе 4 (см. фиг.1). Ротор 1 компрессора выполнен в виде круглого диска с выступом 5, расположенным на его внешней цилиндрической поверхности, и встроен в рабочее кольцо 6 с возможностью вращения внутри последнего (см. фиг.2).

Рабочее кольцо 6, являющееся частью корпуса 4 двигателя, имеет две рабочие цилиндрические поверхности, а именно внутреннюю, обращенную в сторону ротора 1, и внешнюю, обращенную в сторону ротора 2.

Ось цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 совпадает с осью вала 3 двигателя, а ось цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 смещена относительно оси вращения вала 3 двигателя на величину Н, не позволяющую поверхностям рабочего кольца 6 пересекаться (см. фиг.2). Ширина рабочего кольца 6 равна ширине ротора 1 компрессора.

Выступ 5 ротора 1 компрессора, выполненный заодно с ротором 1 компрессора или жестко закрепленный на внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора, имеет ширину, равную ширине ротора 1 компрессора, и переменную высоту, плавно увеличивающуюся по углу поворота вала 3 двигателя от внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора до максимальной высоты и плавно уменьшающуюся по углу поворота вала 3 двигателя до внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора. Поверхность выступа 5 максимальной высоты выполнена по диаметру, позволяющему ротору 1 компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца 6, не соприкасаясь с его цилиндрической внутренней поверхностью.

В рабочем кольце 6 размещена рабочая заслонка 7, выполненная в виде пластины, один конец которой, расположенный в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки 7, имеющий закругление, через пружину 8 имеет возможность плотного прилегания к внешней цилиндрической поверхности ротора 1 компрессора, а второй конец рабочей заслонки 7, расположенный в направлении вращения роторов позади первого ее конца, закреплен через ось 9 в рабочем кольце 6 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения рабочей заслонки 7 вокруг оси 9. На цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца 6 имеется углубление 10, предназначенное для вхождения в него рабочей заслонки 7 при максимальном ее рабочем ходе. Ширина рабочей заслонки 7 равна ширине ротора 1 компрессора, а минимальная длина ее установлена такой, что не позволяет ей отрываться от внешней поверхности ротора 1 компрессора при вращении вала 3 двигателя. Рабочая заслонка 7 расположена таким образом, что ее ось 9 находится справа от ее первого конца по направлению вращения ротора 1 (см. фиг.2, 4).

Вращающийся ротор 2 турбины выполнен в виде стакана, днище которого жестко закреплено на валу 3 двигателя (см. фиг.1). На боковой поверхности стакана выполнено в направлении оси вращения вала 3 двигателя диаметральное утолщение по ширине, равной ширине ротора 1. Это утолщение расположено над цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6. В утолщении ротора 2 турбины установлена Г-образная рабочая заслонка 11, имеющая возможность возвратно-вращательного движения вокруг своей оси 12 (см. фиг.2). Ось 12 закреплена в утолщении ротора 2 турбины на одном конце Г-образной рабочей заслонки 11 по направлению вращения роторов 1 компрессора и 2 турбины впереди второго конца этой заслонки. Торец второго конца заслонки 11 установлен с возможностью плотного прилегания к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 посредством пружины 13. Заслонка 11 расположена таким образом, что ее ось 12 находится справа от ее второго конца по направлению вращения ротора 2 компрессора.

В рабочем кольце 6 в месте наибольшей высоты кольца, то есть в его наиболее широкой части, имеется отверстие, предназначенное для установки камеры сгорания 14. Ротор 1 компрессора, утолщение ротора 2 и рабочее кольцо 6 расположены между двумя рабочими боковыми щеками: внешней 15 и внутренней 16, стянутыми болтами 17, и являющимися вместе с рабочим кольцом 6 основой корпуса 4 двигателя (см. фиг.1). В этих щеках 15 и 16 на подшипниках 18 установлен вал 3 двигателя. Таким образом, ротор 1, встроенный внутри рабочего кольца 6 между внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внутренней поверхностью рабочего кольца 6 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками; ротор 2 с утолщением, расположенным над камерой сгорания 14, имеет возможность вращения в полости, образованной цилиндрической внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внешней 15 и внутренней 16 боковыми щеками.

Камера сгорания 14, расположенная между роторами 1 компрессора и 2 турбины, снабжена корпусом 19, выполненным в виде цилиндра и размещенным в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца 6 (см. фиг.3). На боковой поверхности корпуса 19 расположены окно 20 для впуска рабочей смеси и выпускное окно 21 для рабочей смеси, имеющие прямоугольную форму. Корпус 19 жестко закреплен в корпусе 4 двигателя, то есть во внешней щеке 15, посредством крышки 22. В торце камеры сгорания 14, в центре крышки 22 имеется отверстие 23 для свечи зажигания 24 (см. фиг.1,3).

Между отверстием в рабочем кольце 6, предназначенным для установки камеры сгорания 14, и наружной поверхностью корпуса 19 встроен газораспределительный стакан 25 механизма газораспределения, взаимодействующий с камерой сгорания 14 (см. фиг.3). К днищу стакана 25 со стороны ротора 2 жестко прикреплен вал 26, проходящий в отверстие внутренней боковой щеки 16. Вал 26 вместе со стаканом 25 имеет возможность вращения посредством механического редуктора 27 от вала 3 двигателя (см. фиг.1,3).

Боковая поверхность газораспределительного стакана 25 оборудована перепускным окном 28 механизма газораспределения, имеющим возможность совмещения с окном 20 для впуска рабочей смеси и с окном 29 в рабочем кольце 6 для впуска рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 1, а также с выпускным окном 21 для рабочей смеси и с выпускным окном 30 в рабочем кольце 6 для рабочей смеси, обращенным в сторону ротора 2 (см. фиг.3). Окна 20, 21, 28, 29 и 30 выполнены прямоугольной формы, то есть конфигурации этих окон совпадают, что позволяет им совмещаться друг с другом для перепуска рабочей смеси согласно фазам газораспределения.

Для уплотнения рабочей полости компрессора, создаваемой внешней поверхностью ротора 1 компрессора и внутренней поверхностью рабочего кольца 6, на внешней поверхности выступа 5, в зоне его максимальной высоты, выполнены пазы 31 для установки в них уплотняющих пластин 32 (см. фиг.2,4). Уплотняющие пластины 32, установленные в пазах 31, за счет пружины 33 плотно прилегают к внутренней поверхности рабочего кольца 6 и имеют возможность возвратно-поступательного движения в своих пазах (см. фиг.4). При этом уплотняющие пластины 32 расположены параллельно оси вала 3 двигателя.

Для уплотнения рабочей полости компрессора между внешней боковой щекой 15 и внутренней боковой щекой 16 корпуса 4 двигателя и боковыми поверхностями ротора 1 компрессора встроены по два уплотняющих кольца с каждой стороны, наружный диаметр каждого из которых равен диаметру ротора 1 компрессора (см. фиг.5). Внешние уплотняющие кольца 34 и 35 установлены в пазах 39 и снабжены выступами, расположенными внутри отверстий 36 ротора 1 компрессора и обеспечивающими возможность перемещения внешних уплотняющих колец 34 и 35 параллельно валу 3 двигателя внутри отверстий 39 ротора компрессора. Внутренние уплотняющие кольца 37 и 38 установлены в пазах 39 ротора 1 компрессора с возможностью радиального перемещения. При этом пазы 39 выполнены на внешней поверхности ротора 1 компрессора со стороны внешней боковой щеки 15 и со стороны внутренней боковой щеки 16.

В пазах 39 установлены со стороны внешней боковой щеки 15 внешнее уплотняющее кольцо 35 и внутреннее уплотняющее кольцо 38. Со стороны внутренней боковой щеки 16 в пазах 39 установлены внешнее уплотняющее кольцо 34 и внутреннее уплотняющее кольцо 37. Внешние уплотняющие кольца 34 и 35 установлены в пазах 39 ротора 1 компрессора с возможностью перемещения параллельно валу 3 двигателя. Внешнее уплотняющее кольцо 34 имеет с одной стороны плоскую поверхность, прижимающуюся к плоской поверхности внутренней боковой щеки 16, а с другой противоположной стороны имеет клиновидную поверхность, скошенную в сторону внутренней боковой щеки 16 под заданным углом. Внешнее уплотняющее кольцо 35 имеет с одной стороны плоскую поверхность, прижимающуюся к плоской поверхности внешней боковой щеки 15, а с другой противоположной стороны имеет клиновидную поверхность, скошенную в сторону внешней боковой щеки 15 под заданным углом.

Внутреннее уплотняющее кольцо 37, обладающее возможностью перемещаться по окружности, имеет с одной стороны плоскую поверхность, прижимающуюся к торцевой поверхности паза 39, а с другой противоположной стороны имеет клиновидную поверхность, скошенную в противоположную сторону от внутренней боковой щеки 16 под тем же углом, что и клиновидная поверхность внешнего уплотняющего кольца 34. Внутреннее уплотняющее кольцо 38, обладающее возможностью перемещаться по окружности, имеет с одной стороны плоскую поверхность, прижимающуюся к торцевой поверхности паза 39, а с другой противоположной стороны имеет клиновидную поверхность, скошенную в противоположную сторону от внутренней боковой щеки 15 под тем же углом, что и клиновидная поверхность внешнего уплотняющего кольца 35. Таким образом, обе пары уплотняющих колец 34, 37 и 35, 38 входят в пазы 39, выполненные по краям на боковых поверхностях ротора 1 компрессора, причем глубина пазов 39 равна суммарной толщине пар этих колец.

Для уплотнения рабочей полости турбины, создаваемой внешней поверхностью рабочего кольца 6 и внутренней поверхностью ротора 2 турбины, на внешней цилиндрической поверхности рабочего кольца 6 над камерой сгорания 14 расположен уплотняющий сегмент 40 (см. фиг.2,4) ротора 2 турбины, выполненный переменной высоты, плавно увеличивающейся от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6 по углу поворота вала 3 двигателя до максимальной высоты и плавно уменьшающейся по углу поворота вала 3 двигателя до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца 6. Поверхность сегмента 40 с максимальной высотой, обращенная в сторону ротора 2 турбины, выполнена по диаметру, позволяющему ротору 2 турбины свободно вращаться, не соприкасаясь с уплотняющим сегментом 40. Уплотняющий сегмент 40 жестко закреплен на рабочем кольце 6 или изготовлен заодно с ним. Ширина уплотняющего сегмента 40 равна ширине рабочего кольца 6.

В зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента 40 установлена уплотняющая заслонка 41 (см. фиг.2, 4), выполненная в виде пластины и имеющая ширину, равную ширине рабочего кольца 6. Уплотняющая заслонка 41 связана с пружиной 42 и снабжена осью 43. При этом уплотняющая заслонка 41 расположена таким образом, что ее ось 43 находится впереди по ходу вращения ротора 2 турбины. Первый конец уплотняющей заслонки 41 в направлении вращения роторов 1 и 2 впереди второго ее конца закреплен через ось 43 в сегменте 40 с возможностью совершения возвратно-вращательного движения заслонки 41 вокруг оси 43. Второй конец уплотняющей заслонки 41 через пружину 42 установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора 2 турбины.

На внешней поверхности уплотняющего сегмента 40 имеется углубление 44, предназначенное для вхождения в него уплотняющей заслонки 41 при максимальном ее перемещении.

Выпускное окно 30 в рабочем кольце 6 для рабочей смеси, предназначенное для выпуска из камеры сгорания 14 рабочей смеси, содержит несколько расположенных друг за другом окон, последовательно включающихся в работу по мере открывания перепускного окна 28 механизма газораспределения.

Рабочие полости двигателя образованы боковыми щеками 15 и 16, рабочим кольцом 6 и роторами 1 и 2 (см. фиг.1).

Рабочая камера ротора 1 компрессора, образованная наружной поверхностью ротора 1, внутренней цилиндрической поверхностью рабочего кольца 6 и боковыми щеками 15 и 16, разделена рабочей заслонкой 7 и выступом 5 на камеру впуска 45 и камеру предварительного сжатия 46 (см. фиг.2,4). Рабочая полость компрессора состоит из камеры впуска 45 и камеры предварительного сжатия 46.

Рабочая камера ротора 2 турбины, образованная цилиндрической наружной поверхностью рабочего кольца 6, цилиндрической внутренней поверхностью утолщения ротора 2 и боковыми щеками 15 и 16, разделена Г-образной заслонкой 11 и уплотняющим сегментом 40 на камеру рабочего хода 47 и камеру выпуска 48. Внутри рабочего кольца 6 образованы полости 49 для рубашки системы охлаждения (см. фиг.2). Рабочая полость турбины состоит из камеры рабочего хода 47 и камеры выпуска 48.

Во внешней боковой щеке 15 выполнены канал 50, предназначенный для соединения камеры впуска 45 с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал 51, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска 48 с атмосферой (см. фиг.2,4).

Положение выступа 5, когда он находится на наименьшем расстоянии от камеры сгорания 14, принимается за начало работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (см. фиг.2).

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено:

- стрелкой на фиг.2,4 - направление вращения роторов 1, 2;

- пунктирными линиями на фиг.2,4 - канал, предназначенный для соединения камеры впуска с впускным трактом системы впуска рабочей смеси, и канал, предназначенный для соединения рабочей полости камеры выпуска с атмосферой;

- стрелками на фиг.4 - направления движения рабочей смеси и отработавших газов.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

За начало отсчета принимаем положение ротора 1 компрессора, когда его выступ 5 будет расположен по центру камеры сгорания 14 (см. фиг.2). Вращение роторов 1, 2 происходит по часовой стрелке со стороны свечи зажигания 24 (см. фиг.1). Двигатель работает на жидком или газообразном топливе и имеет стандартную систему питания.

Рассмотрим первоначально полный рабочий цикл двигателя от такта впуска до такта выпуска, происходящий с одним зарядом рабочей смеси.

1 такт - впуск - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 0° до 360°. При вращении ротора 1 компрессора за рабочей заслонкой 7 создается разряжение, и порция рабочей смеси по каналу 50 поступает в камеру впуска 45 (см. фиг.2, 4).

2 такт - сжатие - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 720° и заканчивается тогда, когда заслонка 7 полностью войдет в углубление 10 рабочего кольца 6. В этот момент газораспределительным стаканом 25 перекроется окно 29 в рабочем кольце 6, соединяющее камеру предварительного сжатия 46 с камерой сгорания 14. На угле поворота вала 3 двигателя от 360° до 520°÷540° (в зависимости от установки фаз газораспределения) рабочая смесь предварительно сжимается в камере предварительного сжатия 46, пока окна 28 и 29 не начнут совмещаться. После начала совмещения окон 28 и 29 предварительно сжатая рабочая смесь начнет поступать в камеру сгорания 14 и будет дальше сжиматься в камере сгорания 14 вплоть до 720° поворота вала 3 двигателя, то есть до момента перекрытия газораспределительным стаканом 25 окна 29. В этот момент рабочая смесь окажется в сжатом состоянии в камере сгорания 14.

3 такт - рабочий ход - происходит на угле поворота вала 3 двигателя от 720°-1080°. При этом при угле поворота вала 3 двигателя, равном 700° ± угол опережения зажигания, происходит воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 14 за счет проскакивания искры в свече зажигания 24. В этот же момент начинают совмещаться перепускное окно 28 газораспределительного стакана 25 с выпускным окном 21 корпуса камеры сгорания 19 и выпускным окном 30 (см. фиг.3,4). Через образовавшуюся и постоянно увеличивающуюся за счет вращения газораспределительного стакана 25 щель горящая рабочая смесь устремляется в камеру рабочего хода 47 (см. фиг.2, 3).

За счет горения рабочей смеси создается высокое давление, которое воздействует на Г-образную рабочую заслонку 11, расположенную в утолщении ротора 2 турбины, заставляя ротор 2 турбины вращаться и создавать крутящий момент на валу 3 двигателя.

4 такт - выпуск - происходит при вращении вала 3 двигателя от 1080° до 1440°. При этом отработавшие газы из камеры выпуска 48 по каналу 51 выпускаются в атмосферу.

Таким образом, при угле поворота вала 3 двигателя, равном 1440°, заканчивается процесс выпуска, а следовательно, заканчивается полный рабочий цикл, происшедший в данном роторно-поршневом двигателе с одним зарядом рабочего тела.

При постоянной работе двигателя происходит следующее. При вращении роторов 1, 2 от 0° до 360° в рабочей полости ротора 1 компрессора (см. фиг.2, 4) происходит одновременно сжатие рабочей смеси в камере предварительного сжатия 46 и впуск рабочей смеси в камеру впуска 45, а в рабочей полости ротора 2 турбины происходит одновременно рабочий ход в камере рабочего хода 47 и выпуск отработавших газов из камеры выпуска 48. Таким образом, полный цикл совершается на угле поворота вала 3 двигателя, равном 360°.

При вращении ротора 1 компрессора внутренние уплотняющие кольца 37 и 38 за счет сил инерции, так как их масса неравномерно распределена по окружности, начинают поворачиваться против направления вращения вала 3 двигателя, заставляя за счет скошенной боковой поверхности колец перемещаться внешние уплотняющие кольца 34 и 35 параллельно валу двигателя 3 и прижимая их к боковым поверхностям щек 15 и 16, создавая тем самым беззазорное соединение.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение степени сжатия рабочей смеси в камере сгорания, а следовательно, и повышение мощности двигателя, за счет обеспечения герметизации рабочей полости компрессора путем изменения конструкции уплотнений между боковыми поверхностями ротора компрессора и боковыми поверхностями щек.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус двигателя с являющимся его частью рабочим кольцом, имеющим цилиндрические внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, ось которой смещена относительно оси вращения вала двигателя на величину, не позволяющую этим поверхностям пересекаться, рабочими камерами, образованными рабочими полостями, в которых параллельно на валу двигателя установлены вращающийся ротор компрессора, выполненный в виде диска, и вращающийся ротор турбины, выполненный в виде стакана с жестко закрепленным на валу днищем, имеющего утолщение в направлении оси вращения вала двигателя шириной, равной ширине ротора компрессора, расположенную между роторами камеру сгорания, имеющую корпус, выполненный в виде цилиндра и жестко закрепленный в корпусе двигателя, с окном для впуска рабочей смеси и выпускным окном для рабочей смеси, размещенный в отверстии наиболее широкой части рабочего кольца, внешнюю и внутреннюю боковые щеки, между которыми внутри рабочего кольца встроен ротор компрессора, выступ ротора компрессора, расположенный на внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, шириной, равной ширине ротора компрессора, и переменной высоты, увеличивающейся по углу поворота вала двигателя от внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора до максимальной высоты, размер которой позволяет ротору компрессора свободно вращаться внутри рабочего кольца, и уменьшающейся по углу поворота вала двигателя до внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, причем в пазах выступа в зоне максимальной высоты последнего установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пазах выступа подпружиненные уплотняющие пластины, расположенные параллельно оси вала двигателя, рабочую заслонку с шириной, равной ширине ротора компрессора, выполненную в виде пластины и установленную в рабочем кольце с возможностью размещения при максимальном ее рабочем ходе в углублении цилиндрической внутренней поверхности рабочего кольца, причем один конец рабочей заслонки в направлении вращения роторов впереди второго конца заслонки посредством пружины установлен плотно прилегающим к внешней цилиндрической поверхности ротора компрессора, а второй конец рабочей заслонки посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, газораспределительный стакан, взаимодействующий с камерой сгорания, имеющий жестко прикрепленный к его днищу вращающийся вал, связанный с валом двигателя, встроенный между корпусом камеры сгорания и рабочим кольцом и оборудованный перепускным окном, конфигурация которого аналогична конфигурациям окна корпуса камеры сгорания для впуска рабочей смеси, выпускного окна корпуса камеры сгорания для рабочей смеси, окна в рабочем кольце для впуска рабочей смеси и выпускного окна в рабочем кольце для рабочей смеси, причем перепускное окно установлено с возможностью совмещения с названными окнами, свечу зажигания, установленную в корпусе камеры сгорания, Г-образную подпружиненную рабочую заслонку, установленную в утолщении ротора турбины с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг своей оси, закрепленной в утолщении ротора турбины на одном конце заслонки по направлению вращения роторов впереди второго конца заслонки, и прилегания другим концом к цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, при этом на цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца над камерой сгорания расположен уплотняющий сегмент ротора турбины, выполненный с переменной высотой, увеличивающейся по углу поворота вала двигателя от цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца до максимальной высоты и уменьшающейся по углу поворота вала двигателя до цилиндрической внешней поверхности рабочего кольца, с шириной, равной ширине рабочего кольца, и снабженный уплотняющей заслонкой, расположенной в зоне максимальной высоты уплотняющего сегмента и выполненной в виде пластины с шириной, равной ширине рабочего кольца, первый конец которой в направлении вращения роторов впереди второго ее конца посредством оси закреплен в рабочем кольце с возможностью возвратно-вращательного движения вокруг этой оси, и второй конец которой посредством пружины установлен плотно прилегающим к внутренней цилиндрической поверхности ротора турбины, отличающийся тем, что на внешней поверхности ротора компрессора выполнены пазы со стороны внешней боковой щеки и со стороны внутренней боковой щеки, в этих пазах установлены со стороны внешней боковой щеки введенные в устройство внешнее и внутреннее уплотняющие кольца и установлены со стороны внутренней боковой щеки введенные в устройство внешнее и внутреннее уплотняющие кольца, наружный диаметр каждого из которых равен диаметру ротора компрессора, причем внешние уплотняющие кольца установлены в пазах ротора компрессора с возможностью перемещения параллельно валу двигателя и имеют с одной стороны плоские поверхности, прижимающиеся к плоским поверхностям боковых щек, и с другой противоположной стороны имеют клиновидные поверхности, скошенные в сторону боковых щек под заданным углом, а внутренние уплотняющие кольца установлены в пазах ротора компрессора с возможностью радиального перемещения и имеют с одной стороны плоские поверхности, прижимающиеся к поверхностям пазов ротора компрессора, и с другой противоположной стороны имеют клиновидные поверхности, скошенные в противоположную сторону от боковых щек под тем же углом, что и клиновидные поверхности внешних уплотняющих колец, при этом внешние уплотняющие кольца дополнительно снабжены выступами, расположенными внутри отверстий ротора компрессора и обеспечивающими возможность перемещения внешних уплотняющих колец параллельно валу двигателя внутри отверстий ротора компрессора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, ведущий вал с передним зубом, задним зубом и перегородкой между ними, передний и задний ведомые валы с шиберами, имеющими впадину для зуба.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания содержит компрессор, двухроторный винтовой двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической полостью, крышку, вал 3, ротор 4 цилиндрической формы, три подвижные заслонки 5, 6, 7, торцевые и радиальные 12 уплотнения для герметизации камер, систему устройств подачи топлива в камеру сгорания, систему электронного зажигания и систему охлаждения.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит компрессорный и расширительный отсеки, топливную систему с встроенными в камеру сгорания форсунками и свечу зажигания.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внутреннего сгорания содержит в корпусе несколько полых роторных секций двух типов технологического назначения: компрессорную роторную секцию и силовую роторную секцию.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с объемом цилиндрической формы, ограниченной с торцов боковыми крышками.

Изобретение относится к двигателестроению. Двухсекционный роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статорный блок с двумя цилиндрическими полостями.

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к роторным двигателям. .

Изобретение относится к системам герметизации роторно-поршневых машин. .

Изобретение относится к тепловым двигателям внутреннего сгорания и газовым двигателям. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к машиностроению. Роторный механизм содержит установленный в корпусе ротор. Ротор имеет винтовые многозаходные рабочие каналы. Рабочие каналы плотно перекрыты корпусом и заслонками. Заслонки закреплены на разделительных звездочках. Звездочки установлены перекрестно ротору. Заслонки выполнены гибкими из пакетов упругих жаростойких листов с антифрикционными износостойкими покрытиями. Заслонки могут быть установлены с заглублением оси их вращения вплоть до внешней поверхности образующего цилиндра ротора. Может быть установлено три и более заслонок. Техническим результатом является упрощение конструкции механизма. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Роторная машина включает рабочую ступень. Рабочая ступень содержит корпус с патрубками и установленный в нем на валу с возможностью вращения ротор. Ротор имеет винтовые многозаходные рабочие каналы. Рабочие каналы плотно перекрыты корпусом и расположенными перпендикулярно ротору вращающимися заслонками. Ступени на валу закреплены попарно с размещением в центре зоны высокого давления или разрежения. Заслонки выполнены гибкими из пакетов упругих жаростойких листов с антифрикционными износостойкими покрытиями или прокладками. Техническим результатом является увеличение производительности и мощности, упрощение конструкции машины, а также обеспечение компенсации осевых усилий. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двухкамерный двигатель внутреннего сгорания содержит ротор, разделительные колеса и шестерни сопряжения, расположенные в неподвижном статоре-картере с впускными, выпускными отверстиями и камерой сгорания. Ротор состоит из двух рабочих колес цилиндрической формы на одном валу. Камера сгорания расположена между этими колесами и за счет формы рабочих колес камера сгорания периодически перекрывается для работы двигателя. Рабочие колеса представляют из себя два сегмента цилиндра разного диаметра, оси которых совмещены с осью вала ротора. Разделительные колеса имеют форму из двух сегментов цилиндров разного диаметра с общей осью, поверхность большего из которых катится по поверхности меньшего сегмента цилиндра рабочего колеса ротора. Диаметр большего сегмента цилиндра разделительных колес равен диаметру меньшего сегмента цилиндра рабочих колес. Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение надежности, моторесурса, удельной мощности и КПД двигателя. 4 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к роторному двигателю внутреннего сгорания. Двигатель выполнен с внешней камерой сгорания, с возможностью применения паровой фазы и работы на углеводородном топливе или на водородно-кислородной смеси. Двигатель представляет собой корпус, состоящий из секции мотора, секции компрессора и секции связующих шестерен. Шестерни жестко посажены на соответствующие им валы. Секции мотора и компрессора имеют сходные по конструкции роторы, расположенные с зазором к корпусу и между собой. Малый ротор представляет собой цилиндр с полостью и выполняет роль золотника между камерой сгорания и каналом, предназначенным для пропуска горячих газов от камеры сгорания в область вращения ротора, представляющего собой цилиндр с лопастями. Двигатель имеет системы: подачи воды, воздуха в камеру сгорания, впрыска топлива, воспламенения топливной смеси, отвода выхлопных газов, смазки подшипников и шестерен, а также систему охлаждения корпуса и роторов. Компрессор расположен на том же валу, что и секция мотора. Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания. Камера сгорания выполнена с непосредственным впрыском топлива, воспламеняемого от свечи зажигания. Канал в малом роторе секции мотора используется при газораспределении в зависимости от такта работы двигателя в качестве проводника либо рабочего тела, либо выхлопных газов. Техническим результатом является повышение эффективности двигателя. 14 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Роторная машина включает рабочую ступень. Рабочая ступень содержит корпус с патрубками и установленный в нем на валу с возможностью вращения ротор. Ротор имеет винтовые многозаходные рабочие каналы. Рабочие каналы плотно перекрыты корпусом и расположенными перпендикулярно ротору вращающимися заслонками. Ступени на валу закреплены попарно с размещением в центре зоны высокого давления или разрежения. Заслонки выполнены гибкими из пакетов упругих жаростойких листов с антифрикционными износостойкими покрытиями или прокладками. Техническим результатом является увеличение производительности и мощности, упрощение конструкции машины, а также обеспечение компенсации осевых усилий. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх