Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания
Полезная модель может быть использована в качестве пневмо- и гидромашин, двигателей внутреннего и внешнего сгорания, основы для реактивных двигателей, а также устройства для преобразования равномерного вращательного движения в неравномерное вращательное. Задачей полезной модели является снижение сил трения и ударных нагрузок за счет улучшения синхронизации движения рабочих элементов при передаче крутящего момента от лопастей к выходному валу. Поставленная задача решается роторно-лопастным двигателем внутреннего сгорания, содержащим полый разъемный цилиндрический корпус, внутри которого неподвижно установлен опорный вал, на котором вращаются два взаимодействующих роторных блока с лопастями, образующие четыре рабочие камеры с изменяющимся объемом, и механизм синхронизации, представляющий собой эксцентрично расположенный относительно оси вращения роторов синхронизирующий диск, взаимодействующий с роликами роторных блоков, отличающийся тем, что диск имеет профильные ответные криволинейные вырезы для роликов. Конфигурация вырезов синхронизирующего диска обеспечивает постоянный линейный контакт роликов с диском в рабочей зоне выреза при минимальных зазорах с нерабочей в данный момент противоположной зоной. Это приводит к меньшему износу деталей при знакопеременных нагрузках, повышая надежность и работоспособность механизма синхронизации. Снижение пиковых и ударных нагрузок в такте расширения рабочих газов обеспечивается за счет криволинейного профиля вырезов в диске, обеспечивая при этом плавность синхронизации. Механизм корректировки эксцентриситета синхронизирующего диска устраняет зазор, возникающий в процессе эксплуатации между вырезом диска и роликом при нахождении в верхней мертвой точке.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использована в качестве пневмо- и гидромашин, двигателей внутреннего и внешнего сгорания, основы для реактивных двигателей, а также устройства для преобразования равномерного вращательного движения в неравномерное вращательное.
Известна роторная машина объемного типа (авторское свидетельство СССР 
973878, 1982), содержащая полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены две пары лопастей, жестко соединенные с двумя соосными валами и механизмом синхронизации движения лопастей, позволяющим изменять величину минимального объема. Недостатком подобных роторных машин является недостаточное восприятие неравномерных нагрузок механизмом синхронизации из-за наличия неравномерного пульсирующего, возвратно-поступательного движения его элементов относительно друг друга. Кроме того, синхронизаторы этих машин сложны, громоздки, имеют малый ресурс и ненадежны.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является роторная лопастная машина (патент РФ на ИЗ 2103519, 1998) с крестообразным механизмом синхронизации, содержащая полый цилиндрический корпус с торцовыми крышками, внутри которого установлены две лопасти с роликами, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной Недостатком данной машины является недостаточное восприятие больших ударных нагрузок в механизме синхронизации и плохая согласованность вращения двух роторов, что снижает эффективность работы двигателя вследствие повышенных сил трения и больших ударных нагрузок, вызванных отсутствием плавной синхронизации рабочих элементов.
Задачей полезной модели является снижение сил трения и ударных нагрузок за счет улучшения синхронизации движения рабочих элементов при передаче крутящего момента от лопастей к выходному валу.
Поставленная задача решается роторно-лопастным двигателем внутреннего сгорания, содержащем полый разъемный цилиндрический корпус, внутри которого установлены два взаимодействующих роторных блока с лопастями, образующие четыре рабочие камеры с изменяющимся объемом, и механизм синхронизации, представляющий собой эксцентрично расположенный синхронизирующий диск, взаимодействующий с роликами роторных блоков, отличающийся тем, что диск имеет профильные ответные криволинейные вырезы для роликов.
При этом в торцевой крышке корпуса установлен механизм корректировки эксцентриситета синхронизирующего диска, который имеет суппорт с эксцентрично смещенным отверстием для вала диска.
На фиг.1 изображена схема устройства роторно-лопастного двигателя, на фиг.2 - разрез А-А, а на фиг.3 - разрез Б-Б, где:
1. Лопасти
2. Боковая часть корпуса
3. Центральная часть корпуса
4. Роторы
5. Опорный вал
6. Двусторонний рычаг
7. Вырез синхронизирующего диска
8. Торцевая крышка корпуса
9. Суппорт механизма коррекции эксцентриситета
10. Боковая крышка
11. Шестерня синхронизатора
12. Выходной вал
13. Синхронизирующий диск
14. Палец
15. Ролик
16. Пружина
Корпус цилиндрической формы состоит из двух частей. Боковая часть корпуса 2 имеет рабочую полость, впускное и выпускное окна, и неподвижный вал. Центральная часть корпуса 3 имеет рабочую полость, впускное и выпускное окна, посадочное место для подшипника вала ротора, полость для синхронизирующего механизма и посадочное место для торцевой крышки 8. Каждый роторный блок состоит из единого ротора-вала 4 с пазами для крепления лопастей 1 и шлицами для установки двустороннего рычага 6 с роликами 15. С одной стороны, на роторе крепятся две противоположно расположенные лопасти 1. Лопасти выполнены в виде сферических сегментов. С другой стороны, на валу крепится двусторонний рычаг с двумя противоположно расположенными роликами. Каждый ролик в двустороннем рычаге установлен при помощи пальца 14, находящегося в проушине рычага.
Роторные блоки взаимодействуют с механизмом преобразования движения. Этот механизм синхронизирует движения роторов и преобразовывает их колебательно-вращательное движение в равномерное вращение выходного вала. Механизм синхронизации представляет собой эксцентрично расположенный относительно оси вращения роторов синхронизирующий диск 13 с механизмом корректировки эксцентриситета. Синхронизирующий диск имеет профильные вырезы 7 для перемещения роликов 15 и вал с шестерней. Механизм корректировки эксцентриситета состоит из: суппорта 9 с эксцентричным отверстием для синхронизирующего диска и рычагом для привода; выходного вала с шестерней 11 и опорным цилиндром; боковой крышки 10. Синхронизирующий диск устанавливается в суппорте. Весь механизм синхронизации расположен в торцевой крышке корпуса двигателя 8.
Конфигурация вырезов синхронизирующего диска обеспечивает постоянный линейный контакт роликов с диском в рабочей зоне выреза, при минимальных зазорах с нерабочей в данный момент противоположной зоной. Это приводит к меньшему износу деталей при знакопеременных нагрузках и повышает надежность. Наиболее выгодное взаимное расположение роторных блоков и синхронизирующего диска позволяют добиться большей величины изменения расстояния между лопастями, т.е. большей степени сжатия и расширения газов. Что приводит к повышению эффективности двигателя. Снижение пиковых и ударных нагрузок в такте расширения рабочих газов обеспечивается за счет криволинейного профиля вырезов в диске, обеспечивая при этом плавность синхронизации.
Двигатель имеет топливную форсунку, электросвечу зажигания и маслосистему для смазки подшипников скольжения и механизма синхронизации.
Принцип действия двигателя состоит в следующем:
В корпусе двигателя роторные блоки вращаются в одном направлении с переменной скоростью. Они совершают колебания друг относительно друга и изменяют объем в рабочих камерах. Эти движения зависят от их положения в корпусе и задаются синхронизирующим диском. Ролики ротора, перемещаясь в корпусе, входят в зацепление с синхронизирующим диском и выходят из него в средней части корпуса. Перемещаясь в верхней части корпуса, в вырезах диска, они движутся возвратно- поступательно. Перемещение ролика в вырезе диска от внешнего радиуса диска к центру его вращения соответствует такту сжатия в прилежащих рабочих камерах. Перемещение ролика в вырезе диска от центра вращения диска к его внешнему радиусу соответствует такту расширения рабочих газов в прилежащих рабочих камерах. При нахождении в нижней части корпуса ролики с синхронизирующим диском связи не имеют. В этой части корпуса последовательно происходит через соответствующие окна выпуск отработавших газов и впуск свежего воздуха. В рабочих камерах двигателя последовательно происходит четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания за один оборот ротора. Механизм корректировки эксцентриситета синхронизирующего диска устраняет зазор между вырезом диска и роликом находящихся в верхней мертвой точке. Зазор возникает в процессе эксплуатации при температурных расширениях, а также в результате износа деталей. Зазор устраняется путем поворота суппорта в торцевой крышке. При этом происходит изменение величины расстояния между осью вращения роторных блоков и осью вращения синхронизирующего диска.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы двигателя.
1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый разъемный цилиндрический корпус, внутри которого установлены два взаимодействующих роторных блока с лопастями, образующие четыре рабочие камеры с изменяющимся объемом, и механизм синхронизации, представляющий собой эксцентрично расположенный относительно оси вращения роторов синхронизирующий диск, взаимодействующий с роликами роторных блоков, отличающийся тем, что диск имеет профильные ответные криволинейные вырезы для роликов.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в торцевой крышке корпуса установлен механизм корректировки эксцентриситета синхронизирующего диска, имеющий суппорт с эксцентрично смещенным отверстием для вала диска.
