Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит полый корпус с внутренней тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого установлен ротор, имеющий пазы переменной ширины с установленными в них лопатками-поршнями. Поверхность каждого паза в роторе в зоне изменения его ширины выполнена цилиндрической, сопряженной с плоской поверхностью паза ротора постоянной ширины. Цилиндрическая поверхность выполнена с радиусом, вычисляемым из выражения, представленного в тексте описания. 5 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, ротор с радиальными пазами, в которых расположены лопатки [1] Корпус имеет пазы, в которых расположены лопатки, контактирующие с плоской гранью ротора-поршня. Поверхность паза заканчивается ребром, полученным в результате пересечения внутренней цилиндрической рабочей поверхности корпуса с плоскостью паза.

В результате взаимодействия поверхностей лопаток с ребрами паза корпуса возникают значительные контактные напряжения, вызывающие кромочное трение и износ поверхностей лопаток, а следовательно, утечки рабочего тела, снижение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя.

Наиболее близким по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого установлен ротор, имеющий радиальные пазы с установленными в них лопатками-поршнями [2] Поверхность паза ротора в зоне тороидальной поверхности выполнена в виде плоскости, пересекающей плоскость паза. При пересечении поверхности паза ротора с тороидальной поверхностью образуется ребро, которое как геометрическая линия имеет минимальный радиус перехода одной плоскости в другую. Лопатка-поршень, перемещаясь в пазу ротора, контактирует своей поверхностью с этим ребром с обеих сторон, что увеличивает кромочное трение лопатки-поршня в пазу ротора. Из-за разных удельных давлений со стороны ребра на поверхности лопатки-поршня возникает волнистость нарушение плоскостности этих поверхностей. Это приводит к нарушению контакта уплотнительных элементов, расположенных к канавках стенок паза ротора с изнашиваемой поверхностью лопатки-поршня, а следовательно, к значительным утечкам рабочего тела, т.е. к снижению надежности, механического КПД и моторесурса двигателя.

В роторно-поршневых двигателях, в которых заслонки, лопатки-поршни значительно выдвигаются из паза ротора, имеют место значительные концентрации напряжений на рабочих поверхностях лопаток-поршней, контактирующих с рабочими поверхностями пазов ротора, что вызывает интенсивный износ рабочих поверхностей лопаток-поршней, нарушение плоскостности поверхности выкрашивания металла с поверхности, напоминающее явление питтинга, что снижает надежность, механический КПД и моторесурс двигателя, от которых зависят эксплуатационная и топливная эффективность двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем полый корпус с внутренней тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого установлен ротор, имеющий радиальные пазы с установленными в них лопатками-поршнями, поверхность части паза ротора в зоне изменения ширины ротора выполнена цилиндрической, сопряженной с плоcкой поверхностью паза ротора постоянной ширины, причем цилиндрическая поверхность выполнена с радиусом, рассчитанным по формуле R где _р ширина ротора; r_п радиус поршня; h₁ стрела дуги, полученной от пересечения радиальной плоскостью тороидальной части поверхности ротора.

Выполнение поверхности паза ротора в зоне тороидальной поверхности цилиндрической радиусом, рассчитанным по формуле, значительно уменьшает величину контактных напряжений на контактируемых поверхностях и их кромочное трение.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез роторного двигателя; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 увеличенный вид паза ротора с лопаткой-поршнем; на фиг.4 вид по стрелке Б на фиг.3; на фиг.5 вид по стрелке В на фиг.4.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, внутри которого установлен ротор 2, имеющий радиальные пазы 3, в которых расположены лопатки 4, связанные шарнирами 5 с поршнями 6. Корпус 1 состоит из секторов всасывания 7, сжатия 8, сгорания и расширения 9, выпуска 10, впускного 11 и выпускного 12 коллекторов. Ротор 2 имеет боковую 13, цилиндрическую 14, сегментную 15 поверхности, переходную кромку 16, плоскость паза 17, линию перехода 18 плоскости паза в цилиндрическую 14 поверхность и линию пересечения 19 цилиндрической 14 поверхности с сегментной 15 поверхностью. В корпусе 1 установлена свеча зажигания 20.

Роторный двигатель работает следующим образом.

При вращении ротора 2 по часовой стрелке в секторе всасывания 7 происходит разрежение и горючая смесь через впускной коллектор 11 поступает в сектор всасывания 7. Затем в результате изменения первоначального объема в секторе сжатия 8 происходит сжатие горючей смеси, которая всасывается в секторе сгорания 9 и в результате искрообразования на свече 20 или впрыска топлива форсункой при сгорании горючей смеси давление газов мгновенно растет и равномерно распространяется по всему сектору сгорания 9. Вследствие того, что лопатка 4 слева в секторе сгорания 9 максимально утоплена в пазу 3 ротора 2, а лопатка 4 справа максимально выдвинута, образуется избыточная поверхность относительно оси вала роторного двигателя.

В результате давления газов на избыточную поверхность образуется крутящий момент, вращающий ротор по часовой стрелке. Отработанные газы поступают в сектор 10 выпуска, откуда удаляются через выпускной коллектор 12 сначала под собственным избыточным давлением, а затем в результате их вытеснения при уменьшении объема в секторе выхлопа. Итак, процессы всасывания, сжатия, рабочий ход и выпуск повторяются. Причем рабочий цикл совершается за 360^о поворота ротора во всех четырех камерах. Каждый процесс (такт) совершается за 90^о поворота ротора. Лопатка 4, максимально выдвигаясь из паза ротора 3, не контактирует с кромкой СЕС₁ цилиндрической 14 поверхности за линией перехода 18. В результате того, что поверхность паза 3 ротора 2 в зоне изменения ширины ротора выполнена цилиндрической, сопряженной с плоской поверхностью паза ротора постоянной ширины, причем цилиндрическая поверхность выполнена радиусом, рассчитанным по формуле, трение плоскости лопатки 4 происходит по всей ширине ротора 2. Таким образом сохраняется плоскостность обеих рабочих поверхностей по ширине лопаток 4 поршней 6 и пазов 3 ротора 2 в результате равномерного давления на поверхности лопаток 4 поршней 6 со стороны линии перехода СС₁ плоскости паза 17 в цилиндрическую 14 поверхность.

Оптимальная величина h₁ (стрела дуги, полученной от пересечения радиальной плоскостью тороидальной части поверхности ротора, выбрана 1,0-1,5 мм из условия наличия минимального мертвого пространства и значительного уменьшения кромочного трения.

Предлагаемая конструкция роторного двигателя позволяет повысить надежность механической КПД и моторесурс двигателя за счет значительного уменьшения кромочного трения, устранения концентрации напряжений на рабочих поверхностях лопаток поршней, контактирующих с рабочими поверхностями пазов ротора, сохраняя тем самым плоскостности рабочих поверхностей лопаток-поршней.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий полый корпус с внутренней тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого установлен ротор, имеющий пазы переменной ширины с установленными в них лопатками-поршнями, отличающийся тем, что поверхность каждого паза в роторе в зоне изменения его ширины выполнена цилиндрической, сопряженной с плоской поверхностью паза ротора постоянной ширины, причем цилиндрическая поверхность выполнена с радиусом, вычисляемым из выражения где _р - ширина ротора; r_п - радиус поршня;
h₁ - проекция стрелы дуги на плоскость, перпендикулярную стенке паза, полученной от пересечения радиальной плоскостью тороидальной части поверхности ротора и равной 1,0 - 1,5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5