Роторный двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный корпус с многоугольной рабочей поверхностью, впускными и выпускными каналами, впадинами, с охватывающими выступами, ротор с многоугольной рабочей поверхностью, размещенный внутри корпуса на параллельных эксцентриковых валах, уплотнения в виде пластин, помещенных в пазах с возможностью контакта с впадинами корпуса и образования совместно с рабочими поверхностями корпуса и реактора рабочих камер. Новым в двигателе является выполнение камер сгорания цилиндрической формы, расположенных у выступов по обе стороны от рабочих поверхностей ротора и корпуса с возможностью образования тангенциальных каналов, рабочие камеры ограничены совместно с поверхностями камер сгорания впадинами, выполненными на одной рабочей поверхности и охватывающими выступы, выполненные на другой рабочей поверхности, причем выступы имеют по несколько вершин с пазами и помещенными в них пластинами, размещенными с возможностью одновременного периодического контакта нескольких пластин с уплотняемыми поверхностями впадин. Двигатель дополнительно снабжен источником движения рабочей текучей среды, механизмами компенсации зазоров в уплотнениях и устройством их управления. 7 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания с плоско-параллельным круговым движением ротора.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (патент Германии N 314185, кл. 46а⁵, 6 1919) с плоскопараллельным относительным перемещением ротора в рабочей полости, содержащей корпус с рабочей поверхностью цилиндрической формы и установленный внутри корпуса на параллельных эксцентриковых валах ротор также цилиндрической формы. На рабочей поверхности ротора выполнены впадины, охватывающие выступы, соответственно расположенные на рабочей поверхности корпуса. В корпусе, в зоне каждого второго выступа, в боковых крышках предусмотрены каналы и окна газообмена. При плоскопараллельном перемещении ротора цилиндрические поверхности корпуса и ротора соприкасаются многими точками, чем достигается уплотнение рабочих камер с одной радиальной стороны, а с другой рабочие камеры уплотняются контактированием вершин выступов и впадин по соответствующим уплотняемым поверхностям. Установка радиального уплотнения не предусмотрена.

Вышеуказанный двигатель имеет следующие основные недостатки: нет возможности установки замкнутой системы газового уплотнения рабочих камер из-за цилиндрической формы корпуса и ротора и непрерывного перемещения линии их соприкосновения. По этой причине нет возможности уплотнения мест перехода от радиального к торцовому уплотнению, а уплотнение в результате непосредственного контакта рабочих поверхностей обоих барабанов не обеспечивает уплотнения, вызывает повышенные механические потери и делает двигатель неработоспособным; нет возможности обеспечить одновременное контактирование двух и больше уплотнительных пластин по уплотняемым поверхностям; вершины впадин и выступов выполнены острыми и тонкими, что приводит к их обгоранию и выходу двигателя из строя.

Известен роторный двигатель, приводимый в действие жидкостью или насос (патент США N 1864699 (в), 1932) с плоско-параллельным круговым движением ротора, содержащий неподвижный корпус с рабочей поверхностью многоугольной формы и установленный внутри корпуса на параллельных эксцентриковых валах, ротор также многоугольной формы.

Рабочие камеры ограничены рабочими поверхностями корпуса и ротора, с одной радиальной стороны уплотнительной пластиной помещенной в выступе ротора, контактирующей с уплотняемой поверхностью впадин корпуса и с другой уплотнительной пластиной помещенной в выступе корпуса, контактирующей с уплотняемой поверхностью впадины ротора.

Предусмотрен вариант впадины с несколькими вершинами с установленными в них подпружиненными уплотнительными пластинами с возможностью поочередного их контактирования с уплотняемыми поверхностями.

Двигатель имеет следующие недостатки: нет возможности установки замкнутой системы газового уплотнения рабочих камер, т.к. они уплотняются контактированием с уплотняемыми поверхностями с одной радиальной стороны вершиной расположенной на роторе, а с другой стороны вершиной расположенной на корпусе, что делает двигатель неработоспособным; нет возможности обеспечить одновременное контактирование двух и больше уплотнительных пластин по уплотняемым поверхностям; подпружиненные уплотнительные пластины, помещенные в вершинах корпуса и ротора, при возобновлении контактирования с уплотняемыми поверхностями ударяются, делают вмятины и наклепы, разрушаются, что не обеспечивает герметизацию рабочих камер, продолжительную работу двигателя, ограничивает обороты эксцентриковых валов и делает двигатель неработоспособным.

Известен Орбитальный двигатель (патент США N 3990406, кл. F02 b 55/14, опубл. 1976), содержащий полый неподвижный корпус с боковыми крышками, многоугольной внутренней рабочей поверхностью с впадинами для уплотнений, камерами сгорания, впускными и выпускными каналами, ротор с пазами, уплотнениями и внешней многоугольной рабочей поверхностью, причем в вершинах выступов ротора пазы выполнены с боковыми стенками, механизм синхронизации орбитального движения ротора, уплотнения в виде пластин и размещены в пазах с возможностью контакта ее впадинами корпуса и образования совместно с поверхностью ротора и корпуса рабочих камер.

Этот двигатель принят за прототип. Двигатель имеет следующие недостатки: неблагоприятная для сгорания топлива форма камер сгорания в ВМТ они представляют собой узкую и длинную щель, при этом в процессе сжатия в них не создается интенсивной турбулизации рабочего заряда, происходит увеличение поверхности стенок камер сгорания, что усиливает их теплоотдачу, исключает возможность достижения полноты сгорания топлива, обуславливает низкие экономические показатели; плохая герметизация рабочих камер, особенно в местах впадин корпуса, где уплотнительные пластины проходят через полукруглые герметизирующие приспособления, установленные с возможностью вращения, и совершают в них непрерывные возвратно-поступательные движения; уплотнительные пластины, разделяющие одну рабочую камеру от другой, постоянно обдуваются горячими газами то с одной, то с другой стороны, кроме того они нагреваются от трения о боковые крышки двигателя и о полукруглые герметизирующие приспособления в корпусе, поскольку совершают непрерывное движение, перегреваются, т.к. отвод от них тепла затруднен и не обеспечивается;
наличие в двигателе клапанного газораспределительного механизма создает дополнительное сопротивление при впуске свежего заряда и выпуске отработавших газов, увеличивает вес и габариты двигателя, усложняет конструкцию, ограничивает частоту оборотов двигателя;
в двигателе большие механические потери, а также повышенный износ деталей из-за непрерывного возвратно-поступательного и плоско-параллельного кругового движения.

Техническим результатом изобретения является устранение частично или полностью вышеуказанных недостатков двигателей, достижение высокой полноты сгорания топлива, а практически полного сгорания топлива, улучшения герметизации рабочих камер с прерывистым характером контактирования уплотнительных пластин с уплотняемыми поверхностями, увеличение абсолютной мощности двигателя, осуществление рабочего процесса с самовоспламенением от сжатия и улучшение в двигателе удельных экономических, мощностныхи весогабаритных показателей.

Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект двухтактный дизель малых габаритов и веса, но с большой абсолютной мощностью в одной секции за счет поочередного участия всех рабочих камер в поддержании крутящего момента двигателя при каждом обороте силового вала, высоко экономичный и с малой токсичностью отработавших газов за счет высокой полноты сгорания топлива, а практически полного сгорания топлива, дешевый в изготовлении и в эксплуатации.

Он может быть четырехтактным, он может быть бензиновым, он может быть многосекционным состоять из унифицированных мощностных рядов, он может использоваться в качестве компрессора или насоса.

Двигатель с минимальным количеством движущихся деталей только ротор совершает однозначное плоско-параллельное круговое движение и только эксцентриковые валы совершают однозначное вращательное движение.

Указанные технические результаты достигаются следующим.

Камеры сгорания имеют цилиндрическую форму, расположены у выступов по обе стороны от рабочих поверхностей ротора и корпуса с тангенциальным направлением каналов соединяющих их с рабочими камерами, рабочие камеры ограничены совместно с поверхностями камер сгорания впадинами, выполненными на одной рабочей поверхности и охватывающие выступы, выполненные на другой рабочей поверхности.

Такое выполнение двигателя дает возможность использования принципа "сквиш" принципа вытеснения основной массы рабочего заряда из рабочих камер в камеры сгорания с тангенциальным направлением потока для достижения в камерах сгорания интенсивного турбулентного (вихревого) движения в процессе сжатия; достичь интенсивной турбуляции рабочего заряда в начале процесса расширения и сгорания за счет засасывания горящей смеси в расширяющиеся зазоры между рабочими поверхностями корпуса и ротора и за счет резкого увеличения давления в камерах сгорания и выброса из них горящей смеси в рабочие камеры, а также достичь интенсивной турбуляции заряда за счет обратного его движения из двух противоположно расположенных камер сгорания в среднюю прямоугольного сечения часть рабочей камеры, при этом два потока горящего заряда устремляются навстречу друг другу, сталкиваются, происходит интенсивное его турбулентное движение, что ускоряет процесс догорания топлива, и в итоге обеспечивается высокая полнота сгорания топлива практически полное сгорание топлива.

Такое выполнение двигателя дает возможность установить замкнутую систему радиального и торцового газового уплотнения каждой рабочей камеры, достичь надежного их уплотнения, при этом каждая радиальная пластина соединена с подпружиненными торцевыми пластинами с помощью подпружиненных замков цилиндрической формы, имеющих разы для радиальных и торцевых пластин, установленных в цилиндрические углубления с торцевых сторон ротора.

Выступы имеют по несколько вершин с пазом на каждой и с установленными в них уплотнительными пластинами, размещенными с возможностью периодического контакта с уплотняемыми поверхностями впадин одновременно.

Такое выполнение двигателя дает возможность установить замкнутую систему радиального и торцового газового уплотнения каждой рабочей камеры одновременно по нескольким линейным поверхностям в несколько рядов, улучшить герметизацию рабочих камер и обеспечить уплотнение при высоких давлениях дизельного цикла.

Двигатель снабжен механизмами компенсации зазоров в уплотнениях и устройством управления этими механизмами.

Механизмы компенсации зазоров в уплотнениях выполнены в виде цилиндров, установленных в роторе параллельно его оси вращения, подпружиненных поршней с ползунами и направляющими, размещенных в цилиндрах с возможностью образования надпоршневых и подпоршневых пространств, и штоков, связанных с направляющими ползунов кинематически и с уплотнительными пластинами, рабочие стороны ползунов расположены под острым углом к оси соответствующего цилиндра и жестко связаны с направляющими, а устройство управления выполнено в виде осевого и радиальных каналов и участков окружных канавок, выполненных в эксцентрике одного из эксцентриковых валов, причем надпоршневые пространства цилиндров соединены выполненными в роторе радиальными каналами с невозвратными клапанами и входными отверстиями, расположенными на втулке эксцентрика с возможностью периодического сообщения с окружными канавками эксцентрика соответствующей пары уплотнительных пластин последовательно каждой рабочей камеры, а осевой и радиальные каналы в эксцентрике сообщены с источником давления рабочей текучей среды, например, с насосом смазки двигателя.

Такое выполнение двигателя обеспечивает автоматическую корректировку выдвижения уплотнительных пластин из пазов их установки при каждом обороте эксцентрикового вала и достижение безударного восстановления их контакта с уплотняемыми поверхностями на всем диапазоне его скоростного режима последовательно каждой рабочей камеры.

Достигается это тем, что при вращении эксцентрикового вала рабочая текучая среда в надпоршневых каналах ротора и надпоршневых пространствах цилиндров отсекается от остальной системы каналов, например, от системы смазки двигателя и запирается между поршнями в цилиндрах и рабочей поверхностью эксцентрика, чем достигается удержание поршней, а следовательно и уплотнительных пластин неподвижными в своих пазах при контактировании на конечных участках с задней стороны (по отношению направления вращения эксцентрикового вала) уплотняемых поверхностей впадин, а также на всем участке траектории безконтактного движения и вновь освобождается, получая свободу радиального перемещения, после начала контактирования с передней стороны с этими же уплотняемыми поверхностями, чем обеспечивается безударное восстановление их контакта.

При дальнейшем вращении эксцентрикового вала окружная канавка эксцентрика сообщается с входным отверстием канала в роторе и сообщает надпоршневые пространства цилиндров с источником давления рабочей среды, при этом пара уплотнительных пластин получает свободу радиального перемещения, выдвигаются из своих пазов и прижимаются к уплотняемым поверхностям впадин, чем выбирается износ трущихся поверхностей, температурные расширения, неточности изготовления и др. Кроме этого, в этот период пара уплотнительных пластин прижимаются к уплотняемым поверхностям давлением рабочих газов, инерционными силами действующими на штоке, уплотнительные пластины и текучую рабочую среду в каналах и надпоршневых пространствах.

Второй вариант механизма компенсации зазоров в уплотнениях, отличается от описанного выше первого варианта тем, что в роторе радиально установлены цилиндры с помещенными в них подпружиненными поршнями с возможностью образования надпоршневых и подпоршневых пространств и штоков, непосредственно связанных с уплотнительными пластинами и с поршнями, при этом надпоршневые пространства каждых двух пар цилиндров с поршнями соединены между собой и с радиальным каналом надпоршневыми каналами выполненными в роторе, а радиальный канал имеет входное отверстие на втулке эксцентрика.

Первый вариант предпочтительней, поскольку на уплотнительные пластины действуют меньшие инерционные силы, исключается действие инерционных сил на поршни и рабочую текучую среду в надпоршневых пространствах. Однако второй вариант так же приемлем, так как он проще по конструкции и при круговом действии инерционных сил величина их небольшая.

Устройство управления механизмами компенсации зазоров в уплотнениях выполнено в виде сообщенных между собой осевого и по числу пар уплотнительных пластин в рабочей камере радиальных каналов и участков окружных канавок, расположенных на эксцентрике одного из эксцентриковых валов с возможностью периодического сообщения с входными отверстиями каналов в роторе и надпоршневыми пространствами цилиндров соответствующих механизмов компенсации зазоров в уплотнениях соответствующих пар уплотнительных пластин последовательно каждой рабочей камеры, при этом входные отверстия каналов в роторе выполнены на втулке эксцентрика по числу пар уплотнительных пластин в рабочих камерах двигателя, причем длина дуги окружности каждой окружной канавки по углу поворота эксцентрикового вала равна длине наименьшей из пар дуг окружностей уплотняемых поверхностей в период одновременного их контакта с парой уплотнительных пластин, но меньше ее с передней стороны на угол А 2^o и с задней стороны на угол В 1^o, а в надпоршневых каналах ротора установлены невозвратные клапана с осью параллельной оси вращения ротора с возможностью пропуска рабочей текучей среды в сторону надпоршневых пространств цилиндров.

Такое выполнение устройства управления обеспечивает при каждом обороте эксцентрикового вала автоматическое соединение и отсоединение надпоршневых пространств цилиндров каждой пары уплотнительных пластин последовательно каждой рабочей камеры от источника давления рабочей среды. Достигается это соединением и отсоединением окружной канавки на эксцентрике с соответствующим входным отверстием канала в роторе, соединенного с надпоршневыми пространствами цилиндров своей пары уплотнительных пластин. Начало и конец совпадения канавок и входных отверстий каналов ротора строго совпадает по углу поворота эксцентрикового вала с одновременным контактом соответствующей пары уплотнительных пластин с уплотняемыми поверхностями, причем начало совпадения канавок и входных отверстий происходит после начала одновременного контакта пары уплотнительных пластин с уплотняемыми поверхностями, а отсоединение перед окончанием одновременных контактов, чем обеспечивается безударное восстановление их контактов и поджатия уплотнительных пластин к уплотняемым поверхностям.

При отсоединении канавок от входных отверстий каналов ротора текучая рабочая среда отсоединяется от остальной системы каналов и запирается в каналах между поршнями в цилиндрах пары уплотнительных пластин и рабочей поверхностью эксцентрика, чем достигается удержание неподвижными поршней в цилиндрах, а следовательно штоков и уплотнительных пластин в своих пазах при контактировании с задней стороны на конечных участках уплотняемых поверхностей, на безконтактом участке движения и при контактировании с передней стороны на начальном участке этих же уплотняемых поверхностей. Одна окружная канавка эксцентрика управляет четырьмя парами уплотнительных пластин по числу рабочих камер в двигателе.

В надпоршневых каналах ротора могут быть установлены невозвратные клапана, которые запирают рабочую текучую среду в надпоршневых пространствах цилиндров, чем способствуют удержанию неподвижными уплотнительных пластин в своих пазах.

Штоки снабжены головками, ползуны своими рабочими поверхностями обращены в сторону уплотнительных пластин, направляющие ползунов выполнены сопряженными с головками штоков, имеющими канавки параллельные направляющим.

Также выполнение ползунов и штоков позволяет удерживать уплотнительные пластины неподвижно в своих пазах, когда ползуны неподвижны, а также выдвигать их из пазов и прижимать к уплотняемым поверхностям при повышении давления текучей среды и выдвижении поршней и ползунов из цилиндров.

Уплотнения снабжены плоскими пружинами, а в боковых стенках пазов выполнены продольные углубления, в которые установлены плоские пружины, размещенные в них с возможностью поджатия уплотнительных пластин к стенке паза, расположенной с внешней стороны от рабочей камеры.

Такое выполнение уплотнительного устройства препятствует свободному перекладыванию уплотнительных пластин от одной к другой стенке паза, обеспечивает безударное восстановление их контактов с уплотняемыми поверхностями впадин, способствует хорошему отводу от них тепла и делает уплотнительное устройство мало чувствительным к отложениям в пазах продуктов неполного сгорания топлива и масла.

Уплотнительные пластины, размещенные в вершинах пазов ротора, снабжены пустотелыми головками с закруглениями, радиус которых больше половины толщины пластины, а толщина ее вершины равна диаметру закругления головки.

Такое выполнение уплотнительных пластин позволяет предотвратить образование на выступах тонких и острых вершин.

Устройство управления выполнено в виде окружных канавок на эксцентрике и каналов в роторе, размещенных с возможностью сообщения с цилиндрами пар уплотнительных пластин, угловые помещения начала и конца контакта которых с уплотняемыми поверхностями одинаковы или близки по угловому положению эксцентрикового вала.

Соединение каналами надпоршневых пространств цилиндров в одну систему позволяет одним надпоршневым каналом соединить ее с одним входным отверстием на втулке эксцентрика и иметь одну окружную канавку на эксцентрике, т.е. упрощает конструкцию.

Уплотнительные пластины при каждом обороте эксцентрикового вала скользят с обкатыванием в одну сторону по цилиндрическим уплотняемым поверхностям впадин, при этом ограниченные участки головок уплотнительных пластин притираются к одним и тем же ограниченным участкам поверхности впадин, чем достигается высокая степень притирки притираемых поверхностей, что улучшает герметизацию рабочих камер.

Уплотнительное устройство мало чувствительно к деформациям и короблению корпуса и ротора, т.к. уплотнительные пластины скользят с обкатыванием кратковременно по небольшим поверхностям впадин корпуса, а сам корпус и ротор мало подвержены деформациям и короблению, т.к. разогреваются равномерно по всему периметру, что позволяет корпус двигателя выполнять тонким и легким (в сравнении с корпусом роторного двигателя Ф.Ванкеля), и способствует улучшению герметизации рабочих камер.

В книге (Акатов Б.И. Бологов В.С. Горбатый В.К. и Ячевский Г.Л. Судовые роторные двигатели, Л. Судостроение, 1967, с. 41) приведена классификация роторных двигателей, согласно которой заявленный двигатель относится, как и двигатель типа Ф.Ванкеля, к наиболее перспективным, поскольку в нем рабочий элемент ротор совершает однозначное плоско-параллельное круговое движение с постоянной угловой скоростью при установившемся режиме работы, а уплотнительные элементы неподвижны относительно пазов, в которых они помещены.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез части роторного двигателя в сборе; на фиг. 2 то же, поперечный разрез; на фиг. 3 вид спереди верхней (или нижней) части корпуса и ротора со снятой боковой крышкой; на фиг. 4 разрез левой (правой) части корпуса и ротора; на фиг. 5 разрез А-А (фиг. 2) механизм компенсации зазоров в уплотнениях по первому варианту; на фиг. 6 разрез А-А (фиг.2) механизм компенсации зазоров в уплотнениях по второму варианту; на фиг. 7 развертка рабочей поверхности эксцентрика с окружными канавками; на фиг. 8 вариант выступа и впадины реверсивного двигателя; на фиг. 9 поперечный разрез уплотнительной пластины пустотелой головки; на фиг. 10 13 изменение объемов в одной из рабочих камер.

Описываемый односекционный двигатель (фиг.1, 2) содержит корпус 1 с боковыми крышками 2 и 3, ротор 4, помещенный внутри корпуса на рабочий эксцентриковый вал 5, механизм синхронизации плоско-параллельного кругового движения ротора, выполненный в виде эксцентриковых валов правого 6 и левого 7, газовпускных 8 и выпускных 9 каналов и форсунок 10.

Внутренняя рабочая поверхность 11 корпуса 1 имеет контур четырехугольника, на каждой стороне которого выполнены по две падины на верхней и нижней стороне, передние (относительно направления вращения эксцентрикового вала) 12 и задние 13 и на правой и левой сторонах передние 14 и задние 15.

Каждая из впадин 12, 13, 14 и 15 (фиг.3, 4) выполнена в теле корпуса 1 в виде выреза с контуром, очерченным у вершин дугами окружности 16 и 17, сопряженными прямыми с двумя внутренними дугами окружности 18 и 19.

Дуги очерчены радиусом равным величине эксцентриситета эксцентрикового вала плюс малый радиус дуги закругления головки уплотнительной пластины.

Внутренние дуги 18 (фиг. 3) выполнены с центрального угла через 0^o (соответствующему положению ротора 4 в ВМТ), до центрального угла , а дуги 19 выполнены с центрального угла через 0^o до центрального угла .
Дуги 16 и 17 (фиг.3, 4) контура впадин 12 15 срезаны. В верхних и нижних рабочих камерах (фиг.3), где при работе двигателя газовый поток от впускного 9 к выпускному 9 каналам движется по направлению вращения эксцентрикового вала дуги 16 срезаны больше на угол , а дуги 17 на угол , при этом угол , больше угла .
В левой и правой рабочих камерах (фиг.4), где при работе двигателя шазовый поток от впускного 8 к выпускному 9 каналам движется против направления вращения эксцентрикового вала, дуги 16 срезаны меньше на угол , а дуги 17 срезаны больше на угол .
Подбором длины дуг 16 и 17 устанавливают углы открытия и закрытия рабочих камер с передней и задней сторон для организации газообмена в рабочих камерах.

Ротор 4 (фиг. 1, 2) имеет рабочую поверхность 20, выполненную по форме четырехугольника. На каждой стороне ротора выполнены попарно выступы - передние 21 и задние 22. Выступы 21 и 22 (фиг. 2 -4) выполнены с вершинами, в пазах которых установлены радиальные уплотнительные пластины 23, 24, 25 и 26 (фиг. 3), каждая из которых соединена с подпружиненными торцовыми пластинами 27 с помощью подпружиненных замков цилиндрической формы, имеющих пазы для радиальных и торцевых пластин, установленных в цилиндрические углубления с торцовых сторон ротора 4, при этом радиальные уплотнительные пластин 24 и 25 контактируют во многих положениях ротора 4 с дугами 18 и 19 впадин одновременно. Камеры сгорания 28 имеют цилиндрическую форму при положении ротора 4 в ВМТ, расположены у выступов 21 и 22 по обе стороны от рабочих поверхностей 11 и 20 рабочих камер с тангенциальным направлением каналов, соединяющих их с рабочими камерами ограниченных совместно с поверхностями камер сгорания 28 впадинами 12, 13, 14 и 15, выполненными на одной рабочей поверхности 11 и охватывающими выступы 21 и 22, выполненные на другой рабочей поверхности 20.

Газовпускные 8 и выпускные 9 каналы с окнами выполнены в корпусе 1 между рабочими поверхностями 11 и 20 рабочих камер, каждый из них постоянно соединен каналом, образованным корпусом 1 и ротором 4 с двумя смежными впадинами, а через них поочередно соединяется при работе двигателя, с двумя рабочими камерами.

Механизмы компенсации зазоров в уплотнениях (фиг. 5) выполнены в виде цилиндров 29, установленных в роторе 4 параллельно его оси вращения, подпружиненных поршней 30 с ползунами 31, пружинами 32 и направляющими 35, размещенных в цилиндрах с возможностью образования надпоршневых 33 и подпоршневых 34 пространств, и штоков 36, связанных с направляющими 35 ползунов 31 кинематически и с уплотнительными пластинами 24 (23, 25, 26), рабочие стороны ползунов 31 pасположены под острым углом к оси соответствующего цилиндра 29 и жестко связаны с направляющими 35. Штоки 36 с уплотнением 37 снабжены головками, ползуны 31 своими рабочими сторонами сброшены в сторону уплотнительных пластин 24 (23, 25 и 26), направляющие 35 ползунов 31 выполнены сопряженными с головками штоков 36, имеющими канавки параллельные направляющим 35. Надпоршневые пространства 33 соединены каналами 38 (или 39, 40 и 41 от других пар уплотнительных пластин) в роторе 4 с входными отверстиями, расположенными в роторе 4 на втулке 42 эксцентрика 43 с возможностью при каждом обороте эксцентрикового вала 7 сообщения с окружными канавками 46 (44, 45 и 47) на рабочей поверхности эксцентрика 43, последовательно каждой рабочей камеры, а осевой 48 и радиальные каналы 51 (49, 50 и 52) сообщены с источником давления рабочей текучей среды с масляным насосом смазки двигателя.

Второй вариант механизмов компенсации зазоров в уплотнениях (фиг. 6) выполнен в виде цилиндров 53, установленных в роторе 4 радиально, поршней 54 с пружинами 55 помещенных в цилиндры 53 с возможностью образования надпоршневых 56 и подпоршневых 57 пространств и штоков 58 с уплотнением 59, связанных жестко одним концом с поршнями 54, а другим концом шарнирно с уплотнительными пластинами 24 (23, 24 и 26), причем надпоршневые пространства 56 соединены каналами 60 (или 61, 62, 63 от других пар уплотнительных пластин) в роторе 4 с входными отверстиями на втулке 42 эксцентрика 43 с возможностью при каждом обороте эксцентрикового вала 7 сообщения с окружными канавками 46 (или 44, 45 и 47 от других пар уплотнительных пластин) на поверхности эксцентрика 43 последовательно каждый рабочей камеры 28, а осевой 48 и радиальные каналы 51 (49, 50 и 52) сообщены с источником давления масляным насосом смазки двигателя.

Устройство управления механизмом компенсации зазоров в уплотнениях (фиг. 5, 6) выполнены в виде участков окружных канавок 46 (или 44, 45 и 47 от других пар уплотнительных пластин) на рабочей поверхности эксцентрика 43 и соединенных радиальными каналами 51 (49, 50 и 52) с осевым каналом 48 в эксцентриковом валу 7 и с насосом смазки двигателя. Участки окружных канавок 46 (44, 45 и 47) выполнены по числу вершин на выступах 21 и 22 и пар уплотнительных пластин 24 (23, 25 и 26) в рабочей камере и расположены с возможностью при каждом обороте эксцентрикового вала 7 сообщения с входными отверстиями каналов 38 (39, 40 и 41) на втулке 42 эксцентрикового вала 7 последовательно каждой рабочей камеры и сообщения с надпоршневыми пространствами 33 цилиндров 29 соответствующей пары уплотнительных пластин 24 (23, 24 и 26) в положениях одновременного их контакта с уплотняемыми поверхностями впадин 12, 13, 14 и 15. Входные отверстия каналов 38 (39, 40 и 41) в роторе 4 выполнены на втулке 42 по числу пар уплотнительных пластин 24 (23, 25 и 26) в рабочих камерах двигателя.

Длина дуги окружности каждой окружной канавки 46 (44, 45 и 47) по углу поворота эксцентрикового вала равна длине наименьшей из пары дуг окружностей уплотняемых поверхностей впадин 12, 13, 14 и 15 в период одновременного их контакта с парой уплотнительных пластин 24 (23, 25 и 26), но меньше ее с передней стороны на угол А 2^o и с задней стороны (по отношению направления вращения эксцентрикового вала) на угол В 1^o.

На фиг.1 схематически показана развертка рабочей поверхности эксцентрика 43 с четырьмя участками окружных канавок 44, 45, 46 и 47 по числу вершин на выступах 21 и 22 и пар уплотнительных пластин 23 26 одной рабочей камеры. На развертке 0^o поворота эксцентрикового вала 7 соответствует положению ротора 4 в ВМТ, а 180^o в НМТ, пунктиром показаны центральные углы дуг (180-)-, -, - и -(180-) начала и конца одновременного контакта пар уплотнительных пластин соответственно 23, 24, 25 и 26 с уплотняемыми поверхностями впадин 12, 13, 14 и 15. На развертке также показано, что участки окружных канавок 44, 45, 46 и 47 по углу поворота эксцентрикового вала 7 совпадают и равны вышеуказанным центральным углам, но меньше их с передней стороны на малый угол А 2^o, а с задней стороны на малый угол В 1^o.

Уплотнительные пластины 23 26 (фиг.9), размещенные в пазах вершин ротора 4, снабжены пустотелыми головками с закруглениями, радиус которых больше половины толщины пластины, а толщина вершины равна диаметру закругления головки.

Устройство управления (фиг. 5, 6) выполнено в виде окружных канавок 46 (44, 45 и 47) на эксцентрике 43 и каналов 65 и 66 (показан только поперечный разрез) в роторе 4, размещенных с возможностью сообщения надпоршневых пространств 33 цилиндров 29 пар уплотнительных пластин 23 26, угловые положения начала и конца контакта которых с уплотняемыми поверхностями впадин (12 15) одинаковы или близки по угловому положению эксцентрикового вала 7, а в надпоршневых каналах ротора 4 установлены невозвратные клапана 67 с осью параллельной оси эксцентрикового вала и с возможностью пропуска текучей среды, только в сторону надпоршневых пространств 33 или 56.

Работу описываемого двигателя и изменение объемов рабочих камер проследим на работе верхней рабочей камеры (фиг.10 13).

На фиг.10 показана рабочая камера в положении ротора 4 соответствующему углу (180+) ПЭВ (фиг. 3), (отсчет углов производится от 0^o по часовой стрелке до 360^o).

В этом положении уплотнительная пластина 23 заднего выступа 22 начинает скользить по дуге 17 задней уплотнительной камеры 13.

Рабочая камера закрывается с задней стороны, закончена ее продувка по прямоточно-щелевой схеме и наполнение свежим зарядом воздуха, продолжается ее дозарядка свежим зарядом воздуха через газовпускное окно 8.

При дальнейшем движении ротора 4 на углу (180+) ПЭВ уплотнительная пластина 23 переднего выступа 21 начинает скользить по дуге 16 передней уплотнительной камеры 12.

Рабочая камера закрыта с задней и с передней сторон. Закончена ее дозарядка свежим зарядом воздуха, начинается его сжатие.

На фиг. 11 показана рабочая камера в положении ротора 4, соответствующее углу (360-) ПЭВ (фиг.3). В этом положении уплотнительные пластины 24 выступов 21 и 22 начинают скользить по дугам 18 уплотнительных камер 12 и 13.

При дальнейшем движении ротора 4 в положении, соответствующем углу (360-) ПЭВ уплотнительные пластины 25 выступов 21 и 22 начинают скользить по дугам 19 уплотнительных камер 12 и 23. Рабочая камера закрыта с обеих сторон скольжением по контурам уплотнительных камер 12 и 13 двумя уплотнительными пластинами 24 и 25 одновременно. Продолжается сжатие свежего заряда воздуха.

Во время сжатия рабочая поверхность 20 ротора 4 вытесняет основную массу рабочего заряда из рабочей камеры в две камеры сгорания 28, а остальная часть заряда остается в относительно узких зазорах между рабочими поверхностями 20 и 11, соответственно ротора 4 и корпуса 1. При этом вытеснение рабочего заряда в камеры сгорания 27 осуществляется с тангенциальным направлением потока, чем достигается интенсивное турбулентное (вихревое) его движение в камерах сгорания.

Форсунками 10 топливо подается в камеры сгорания 27, топливо самовоспламеняется или принудительно воспламеняется происходит рабочий ход.

На фиг. 12 показана рабочая камера в положении ротора 4 на 0^o ПЭВ, соответствующем ее минимальному объему, которая закрыта с обеих сторон двумя рядами уплотнительных пластин 24 и 25.

В начальный период процесса расширения и сгорания происходит интенсивное турбулентное движение рабочего заряда за счет его засасывания в расширяющиеся зазоры между рабочими поверхностями 20 и 11 ротора и корпуса, а также за счет выброса горящего рабочего заряда из камер сгорания 28 в рабочие камеры 28 при резком увеличении в них давления. Интенсивное турбулентное движение рабочего заряда происходит также за счет его движения в обратном направлении из противоположно расположенных камер сгорания 28 в среднюю часть рабочей камеры, при этом два потока устремляются навстречу друг другу, сталкиваются, интенсивно смешиваются, что способствует ускоренному догоранию топлива, и в итоге обеспечивает высокая полнота сгорания топлива практически полное сгорание топлива.

При дальнейшем движении ротора 4, в положении, соответствующему углу (360+) ПЭВ, когда давление газов в рабочей камере упадет, уплотнительные пластины 24 выступов 21 и 22 прекращают скользить по дугам 18 уплотнительных камер 12 и 13 рабочая камера закрыта с обеих сторон скольжением до дугам 19 по одной уплотнительной пластине 25.

В положении ротора 4, соответствующему углу (360+) ПЭВ, скольжение уплотнительных пластин 25 по уплотняемым поверхностям прекращается, а уплотнительная пластина 26 начинает скользить по дугам 16.

На фиг. 13 показана рабочая камера в положении ротора 4, соответствующему углу (540-) ПЭВ, при котором уплотнительная пластина 26 прекращает скользить по дуге 16 задней уплотнительной камеры 13, рабочая камера сообщается с выпускным каналом 9, начинается свободный выпуск отработавших газов.

При дальнейшем движении ротора 4 уплотнительная пластина 26 выступа 21 на углу (540-) ПЭВ, прекращает скользить по дуге 17 передней уплотнительной камеры 12, рабочая камера открывается с передней стороны и сообщается с впускным каналов 8, начинается ее продувка свежим зарядом воздуха по прямоточно-щелевой схеме.

В положении ротора 4 соответствующему углу (540+) ПЭВ рабочие процессы повторяются.

В нижней, правой и левой рабочих камерах рабочие процессы и газообмен осуществляют аналогично описанному выше.

Однако в правой и левой рабочих камерах, в отличие от выше указанного, поскольку дуги 17 срезаны на большую величину, чем дуги 16, то соответственно скольжение уплотнительных пластин по дугам 17 заканчивается раньше и начинается позже, а скольжение по дугам 16 заканчивается позже и начинается раньше.

В каждой рабочей камере осуществляется двухтактный рабочий цикл, рабочие циклы в рабочих камерах осуществляются поочередно, что обеспечивает в одной секции двигателя поддерживание крутящего момента двигателя на высоком уровне в течение 360^o ПЭВ.

Работа механизмов компенсации зазоров в уплотнениях и устройства управления этими механизмами.

Перед запуском двигателя медленно проворачивают силовой эксцентриковый вал 5 несколько оборотов и одновременно создают насосом давления масла в системе смазки двигателя, в том числе и в осевом канале 48 синхронизирующего эксцентрикового вала 7. При этом участки окружных канавок 44 47 на поверхности эксцентрика 43 совпадают с входными отверстиями, на поверхности втулки 42 эксцентрика, надпоршневых каналов 38 41 соответствующей своей пары уплотнительных пластин 23 26 последовательно каждой рабочей камеры. В надпоршневых пространствах 33 цилиндров 29 создается давление масла, под действием которого поршни 30 с ползунами 34 выдвигаются из цилиндров 29 сжимая пружины 32, выдвигают шток 36 и уплотнительные пластины 24 из пазов их установки и прижимают к уплотняемым поверхностям. Затем двигатель запускают.

При вращении эксцентрикового вала 7 участки окружных канавок 44 47 прекращают совпадать с входными отверстиями надпоршневых каналов 38 41, масло в надпоршневых каналах 38 41 и в надпоршневых пространствах 33 отсекается от системы смазки двигателя и запирается между поршнями 30 и поверхностью эксцентрика 43, чем удерживаются неподвижно поршни 30 с ползунами 31, штока 36 и уплотнительные пластины 23 26 в своих пазах установки. При дальнейшем вращении эксцентрикового вала 7, уплотнительные пластины 23 26 продолжают скользить с обкатыванием с задней стороны по конечным участкам уплотняемых поверхностей впадин 12 15, затем движутся по своим бесконтактным траекториям и вновь начинают скользить с передней стороны по начальным участкам этих же уплотняемых поверхностей. Достигается безударное восстановление контакта уплотнительных пластин 23 26 по уплотняемым поверхностям.

При дальнейшем вращении эксцентрика 43, участки окружных канавок 44 47 вновь начинают совпадать с входными отверстиями надпоршневых каналов 38 41 и надпоршневые пространства 33 вновь сообщаются с осевым каналом 48 и с масляным насосом, уплотнительные пластины 23 26 получают свободу радиального перемещения и прижимаются к уплотняемым поверхностям впадин 12 15 давлением масла на поршни 30, рабочими газами, инерционными силами, действующими на штоки 36 и уплотнительных пластин 23 26. При этом выбирается износ уплотнительных пластин 23 26 и уплотняемых поверхностей впадин 12 15, температурные расширения, неточности изготовления и др. при каждом обороте силового вала.

При остановке двигателя давление масла в надпоршневых пространствах 33 падает, сжатые пружины 32 перемещают поршни 30 с ползунами 31 вновь цилиндров 29, ползуны 31 взаимодействуя на головки штоков 36 втягивают уплотнительные пластины 23 26 внутрь пазов.

Формула изобретения

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый неподвижный корпус с боковыми крышками, многоугольной внутренней рабочей поверхностью, камерами сгорания, впускными и выпускными каналами, уплотнения, впадины для уплотнений, установленный в корпусе на параллельных эксцентриковых валах ротор с втулками и внешней многоугольной рабочей поверхностью, выступы рабочих поверхностей с вершинами и пазами и механизмы компенсации зазоров в уплотнениях, причем пазы размещены в вершинах выступов рабочих поверхностей и имеют боковые стенки, а уплотнения выполнены в виде пластин и размещены в пазах с возможностью контакта с впадинами и образования совместно с поверхностями ротора и корпуса рабочих камер, отличающийся тем, что он снабжен устройством управления механизмами компенсации зазоров в уплотнениях, камеры сгорания выполнены цилиндрической формы, расположены у выступов по обе стороны от рабочих поверхностей ротора и корпуса с возможностью образования тангенциальных каналов, рабочие камеры ограничены совместно с поверхностью камер сгорания выступами, размещенными на одной из рабочих поверхностей, и впадинами, охватывающими выступы и выполненными на другой рабочей поверхности, причем выступы снабжены дополнительными вершинами с пазом на каждой, а часть пластин размещена в пазах с возможностью периодического одновременного контакта с соответствующими уплотняющими поверхностями впадин.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен источником текучей среды, механизмы компенсации зазоров в уплотнениях выполнены в виде цилиндров, установленных в роторе параллельно его оси вращения, подпружиненных поршней с ползунами и направляющими, размещенных в цилиндрах с возможностью образования надпоршневых и подпоршневых пространств, штоков, связанных с направляющими ползунов кинематически и с уплотнительными пластинами, рабочие стороны ползунов расположены под острым углом к оси соответствующего цилиндра и жестко связаны с направляющими, а устройство управления выполнено в виде осевого и радиальных каналов и участков окружных канавок, выполненных в эксцентрике одного из эксцентриковых валов, причем надпоршневые пространства соединены выполненными в роторе радиальными каналами с невозвратными клапанами и входными отверстиями, расположенными на втулке ротора с возможностью периодического сообщения с окружными канавками эксцентрика, а осевой и радиальные каналы в эксцентрике сообщены с источником давления рабочей среды.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен источником давления рабочей текучей среды, механизмы компенсации зазора в уплотнениях выполнены в виде пар цилиндров, установленных в роторе радиально, подпружиненных поршней, размещенных в цилиндрах с возможностью образования надпоршневых и подпоршневых пространств, и штоков, связанных с уплотнительными пластинами, а устройство управления выполнено в виде осевого и радиальных каналов и участков окружных канавок, выполненных на эксцентрике одного из эксцентриковых валов, причем надпоршневые пространства каждых двух пар цилиндров с поршнями соединены между собой аксиальными каналами и с соответствующим радиальным каналом, выполненным в роторе, при этом входное отверстие каждого радиального канала в роторе расположено на втулке ротора с возможностью сообщения с соответствующей окружной канавкой эксцентрика, в каждом из аксиальных каналов установлен невозвратный клапан, а осевой и радиальные каналы в эксцентрике сообщены с источником давления рабочей текучей среды.

4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что устройство управления механизмами компенсации зазоров в уплотнениях выполнено в виде сообщенных между собой осевого и по числу пар уплотнительных пластин в рабочей камере радиальных каналов и участков окружных канавок, расположенных на эксцентрике одного из эксцентриковых валов с возможностью периодического сообщения с входными отверстиями каналов в роторе и надпоршневыми пространствами цилиндров соответствующих пар уплотнительных пластин последовательно каждой рабочей камеры, при этом входные отверстия каналов в роторе выполнены на втулке ротора по числу пар уплотнительных пластин в рабочих камерах двигателя, причем угловая длина дуги окружности каждой окружной канавки по углу поворота эксцентрикового вала равна угловой величине наименьшей из пары дуг уплотняемых поверхностей, а в каналах ротора установлены невозвратные клапаны с их осью, параллельной оси вращения ротора, и с возможностью пропуска рабочей текучей среды в сторону надпоршневых пространств цилиндров.

5. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что штоки снабжены головками с канавками, ползуны своими рабочими сторонами с направляющими обращены в сторону уплотнительных пластин, направляющие жестко связаны с ползунами и выполнены сопряженными с головками штоков, канавки которых параллельны направляющим.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что уплотнения снабжены плоскими пружинами, а в боковых стенках пазов выполнены продольные углубления, в которые установлены плоские пружины, размещенные в них с возможностью поджатия уплотнительных пластин к стенке паза, расположенной с внешней стороны от рабочей камеры.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные пластины размещены в пазах вершин ротора, снабжены пустотелыми головками с закруглениями, радиус которых больше половины толщины пластины, а толщина ее вершины равна диаметру закругления головки.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство управления выполнено в виде окружных канавок на эксцентрике каналов в роторе, размещенных с возможностью сообщения с цилиндрами пар уплотнительных пластин, угловые положения начала и конца контакта которых с уплотняемыми поверхностями одинаковы или близки по угловому положению эксцентрикового вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13