СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ РОТОРНО-ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B55/00 

Изобретение относится к системам уплотнений рабочих объемов роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Известна система уплотнений рабочих объемов роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (см.описание изобретения к авторскому свидетельству N 1237780, кл.F 02 В 55/00, 1984), содержащая установленные в канавках лопасти
поршня серповидные разрезные уплотнительные кольца с наружной рабочей поверхностью, прямоугольные торцовые уплотнительные элементы, установленные в пазах корпуса по обе стороны ротора и контактирующие с его торцовыми поверхностями и дополнительные уплотнительные элементы, выполненные в виде П-образных пластин.

Недостатком этой системы уплотнений является то, что она не обеспечивает герметизацию рабочей камеры, так как имеют место зазоры между плоскостью торцового уплотнения, боковой поверхностью ножки П-образной пластины, стенкой лопасти-поршня и стенкой паза ротора.

Известна система уплотнений роторно-поршневого д.в.с. принятого в качестве прототипа, содержащая прямоугольные торцевые уплотнительные элементы и контактирующие с последними уплотнительные планки, размещенные в канавках, выполненных в стенках пазов под лопасти-поршни, имеющие впадины и выступы на стороне, обращенной внутрь канавок (см. заявку ФРГ N 1550049, кл. F 01 С 19/00, опубл.1977).

Эта известная система уплотнений имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она не обеспечивает полную герметизацию рабочей камеры. Имеет место утечка заряда от 5 до 8% через зазоры между плоскостью выступающего утолщения и плоскостью стенки в роторе толщиной, равной К₀ стенки (см. фиг.4), выполненной канавки в стенке паза ротора (см. фиг.3).

Причем этот зазор радиальной щели по мере износа дополнительного уплотнения и перемещения его увеличивается, в результате возникает утечка рабочего тела, которая прогрессивно растет, падает мощность и топливная экономичность двигателя.

В данном известном устройстве нарушен принцип замкнутости различных типов уплотнений и непрерывности их контакта в течение всего времени рабочего цикла, т. е. неразрывности контактов уплотнительных элементов рабочих камер двигателя.

Создание такой системы уплотнений, которая бы обеспечивала полную герметизацию рабочих объемов, является задачей, на решение которой направлено данное изобретение.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе уплотнений роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащей прямоугольные торцевые уплотнительные элементы и контактирующие с последними уплотнительные планки, размещенные в канавках, выполненных в стенках пазов под лопасти-поршни, имеющие впадины и выступы на стороне, обращенной внутрь канавок, уплотнительные планки выполнены в виде П-образных пластин с утолщениями на их стойках, впадины и выступы выполнены в упомянутых утолщениях, а в стенках канавок выполнены ответные им выступы и впадины, при этом длина l выступов равна 0,5l₀, а ширина L≅0,5σ, где l₀ - ширина утолщения пластин, s ширина торцевого уплотнительного элемента.

Таким образом, радиальная щель выполнена многоступенчатой. Все выступы входят во впадины с небольшими зазорами 0,05 0,08 мм и эти зазоры не изменяются при износе дополнительных уплотнений.

Такая конструкция системы уплотнений роторного двигателя значительно увеличивает путь утечки, уменьшает сечение утечки и снижает скорость утечки благодаря наличию на пути заряда увеличенных объемов А.

Длина выступов l₁ должна составлять 0,5l₀,а ширина t прямоугольного выступа должна быть кратна в два и более раз ширине s торцевого уплотнительного элемента, то есть s/t≥2, для обеспечения герметизаций рабочих камер роторного двигателя.

На фиг. 1 изображен роторно-поршневой двигатель, внутреннего сгорания, поперечный разрез (по валу), на фиг. 2 то же, продольный разрез, на фиг. 3 - система уплотнений в теле ротора (I на фиг.1), на фиг. 4 вид А на фиг. 3, фиг. 5 разрез Б-Б на фиг.4.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с рабочей камерой 2, очерченной в продольном сечении двумя дугами окружности и двумя отрезками прямых, а в поперечном окружностью. В корпусе 1 установлен вал 3 с ротором 4, снабженным пазами для размещения лопастей-поршней 5. Последние установлены на направляющих элементах 6, несущих ролики 7, обкатывающиеся по профилированной беговой дорожке 8 корпуса 1. Соединение направляющего элемента 6 с лопастью-поршнем 5 осуществляется при помощи шарнира 9. Лопасти-поршни 5 снабжены также боковыми стабилизиторами-вытеснителями 10 и ведущим пояском 11. В канавке, выполненной на ведущем пояске 11, установлены радиальные уплотнения 12, контактирующие с тороидальной поверхностью рабочей камеры 2.

В корпусе 1 по обе стороны от ротора 4 выполнены канавки для размещения прямоугольных торцевых уплотнений 13, поджимаемых к торцам ротора 4 при помощи пружин 14. В канавках на стенках пазов ротора 4 по обеим сторонам от лопастей-поршней 5 размещены дополнительные уплотнительные элементы, контактирующие с боковыми стенками лопастей-поршней 5 и выполненные в виде набора П-образных пластин 15, верхняя перемычка 16 которых расположена перпендикулярно плоскости вращения ротора 4, а стойки 17 направлены в сторону оси вращения ротора 4. Причем дополнительные уплотнительные элементы выполнены с параллельными стойками 17, снабженными снаружи утолщениями 18, выступающими до взаимодействия с прямоугольными торцовыми уплотнениями 13. Длина утолщений 18 в радиальном направлении больше величины смещения центра "е", образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры 2.

В корпусе 1 двигателя выполнены также впускной 19 и выпускной 20 каналы и установлена свеча 21 зажигания (или форсунка для впрыска топлива).

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При вращении вала 3 с ротором 4 и лопастями-поршнями 5 в рабочей камере 2 образуются полости изменяемых объемов, в которых протекают термодинамические процессы. Всасывание топливовоздушного (или воздушного) заряда осуществляется через впускной канал 19 с последующим сжатием заряда в уменьшающейся по объему полости, заключенной между поверхностями рабочей камеры 2, ротора 4 и переднего торца лопасти-поршня 5. Сжатый заряд воспламеняется свечой зажигания 21 или в него форсункой впрыскивается топливо, что приводит к сгоранию топливовоздушной смеси и повышению давления продуктов сгорания. Продукты сгорания воздействуют на задний торец лопасти-поршня 5, приводя во вращение ротор 4 и вал 3. Отработавшие газы поступают в выпускной канал 20 и выпускаются в атмосферу, после чего цикл повторяется. Причем, рабочий цикл совершается за 360^o поворота ротора во всех четырех камерах. Каждый процесс (такт) совершается за 90^o поворота ротора 4.

Дополнительные уплотнительные элементы, выполненные с параллельными стойками 17, снабженными снаружи утолщениями 18, выступающими до взаимодействия с прямоугольными торцевыми уплотнениями 13, контактируют с последними и обеспечивают неразрывность контакта между ними. В радиальном направлении длина утолщений 18 больше величины смещения центра, образующего полутороидальную рабочую поверхность камеры 2 также способствует обеспечению неразрывности контакта торцевых уплотнений с уплотнениями, выполненными е канавках лопасти-поршня 5. Для устойчивости нахождения в канавке и надежности уплотнения оптимальными являются следующие соотношения соответствующих величин L (1,1.1,2); l_о 0,5l; К_о 0,5К, где L длина утолщения 18 в радиальном направлении; l_о ширина ножки дополнительного уплотнительного элемента по глубине паза в роторе; l ширина утолщения 18; К суммарная толщина стойки дополнительного уплотнительного элемента;
К_o толщина выступающей части утолщения 18.

Данная система уплотнений обеспечивает высокую степень герметизации рабочих камер, что в свою очередь, повышает мощность, удельные мощности и экономические показатели роторно-поршневого двигателя на 5-8% ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: система уплотнений содержит прямоугольные торцевые уплотнительные элементы и контактирующие с последними уплотнительные планки, размещенные в канавках, выполненных в стенках пазов под лопасти-поршни, имеющие впадины и выступы на стороне, обращенной внутрь канавок. Уплотнительные планки выполнены в виде П-образных пластин с утолщениями на их стоках, впадины и выступы выполнены в упомянутых утолщениях, а в стенках канавок выполнены ответные им выступы и впадины, при этом длина l выступов равна О,5l<Mv>0<D>, а ширина L≅0,5σ, где l<Mv>0<D> - ширина утолщения пластин; s - ширина торцевого уплотнительного элемента. 5 ил.

Система уплотнений роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащая прямоугольные торцевые уплотнительные элементы и контактирующие с последними уплотнительные планки, размещенные в канавках, выполненных в стенках пазов под лопасти-поршни, и имеющие впадины и выступы на стороне, обращенной внутрь канавок, отличающаяся тем, что уплотнительные планки выполнены в виде П-образных пластин с утолщениями на их стойках, впадины и выступы выполнены в утолщениях, а в стенках канавок выполнены ответные им выступы и впадины, при этом длина выступов составляет 0,5 ширины утолщения пластин, а ширина выступов не больше половины ширины торцевого уплотнительного элемента.