РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК F01C1/77 F01C9/00 F04C9/00 F02B53/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к усовершенствованию роторно-поршневых машин, преимущественно ДВС.

Известна роторно-поршневая машина, содержащая корпус, кольцевую полость с окнами для подвода и отвода рабочей среды, ведущий и ведомый валы, парные поршни секторного типа, кинематически связанные между собой и с ведущим валом (US, патент N 3769946, кл. 6 F 02 B 53/00, 1973).

Эта машина имеет сложную конструкцию и невысокий коэффициент использования рабочей полости.

Наиболее близкой к изобретению является роторно-поршневая машина, содержащая корпус, кольцевую полость с окнами для подвода и отвода рабочей среды, подключенными к одноименным патрубкам, ведущий и ведомый коаксиальные валы, установленные в корпусе на подшипниках, и парные поршни секторного типа, диаметрально закрепленные на валах, имеющие уплотнительные элементы по периметру, кинематически связанные между собой и с ведущим валом посредством зубчатой передачи (DE, патент N 3728897, кл. 6 F 01 C 1/077, 1989).

В этой машине привод поршней осуществляется противолежащими зубчатыми сегментами со взаимным смещением их у соседних шестерен на 90^o и связанных с ними зубчатых колес. Такой привод обеспечивает при постоянной угловой скорости пары поршней, соединенной с ведущим валом, через каждые 90^o его поворота мгновенное изменение угловой скорости другой пары то на большую, то на меньшую. Подобный характер движения поршней обусловливает один рабочий ход за один оборот вала. При этом необходимость выполнения окон большой протяженности снижает рабочий объем и, следовательно, мощность. Кроме того, особенности этого устройства приводят к возникновению близких к ударным динамических нагрузок на детали привода.

Задачей, решаемой с помощью изобретения, является повышение мощности и надежности при уменьшении габаритов машины.

Указанная задача достигается за счет того, что машина снабжена мальтийским механизмом, ведомый диск которого установлен на ведомом валу, а ведущий диск кинематически связан с ведущим валом. Причем окна выполнены парными и расположены диаметрально под острым углом симметрии; поршни, установленные на ведомом валу, выполнены с центральным углом, превышающим одноименный угол между осями симметрии окон не менее чем в 2 раза, а передаточное отношение, число цевок ведущего диска и пар прорезей ведомого диска мальтийского механизма равны числу пар поршней.

На фиг. 1 схематично изображена описываемая машина; фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; фиг.4 7 приведены положения поршней через каждые 45^o поворота ведущего вала; фиг.8 график зависимости угловых скоростей ведущего и ведомого валов от угла поворота поршней, где пунктиром изображена зависимость, получаемая в известной машине.

Машина содержит корпус 1 с впускными и выпускными окнами 2,3, сообщенными с соответствующими патрубками 4,5. В кольцевой полости корпуса 1 установлен соосно ведущий вал 6 на подшипниках 7,8 и коаксиально ему ведомый вал 9 на подшипниках 10. На валах 6,9 диаметрально закреплены поршни 11,12, смещенные друг относительно друга в окружном направлении на величину, обусловленную степенью сжатия рабочей среды. Причем, поршни 12 выполнены в виде секторов с центральным углом, не менее чем в 2 раза превышающим угол между осями симметрии окон 2,3.

Снаружи корпуса на подшипниках 14 установлен вал 13 контрпривода, параллельный валам 6 и 9. На валу 13 закреплены ведомая шестерня 15 и ведущий диск 18 мальтийского механизма. Шестерня 15 зацеплена с шестерней 17, закрепленной на валу 6 и имеющей в 2 раза больше зубьев. Ведомый диск 16 мальтийского механизма закреплен на полом ведомом валу 9. Поршни 11 и 12 снабжены уплотнительными элементами по всему периметру. Концы ведущего вала 6 выходят за корпус и на них установлены шкив привода узлов охлаждения и муфта сцепления коробки передач. В зоне сжатия установлены свечи 19 зажигания.

Машина в качестве двигателя работает следующим образом.

В начале цикла поршни 11,12 перекрывают окна 2,3 с патрубками 4,5 (см. фиг.4).

При повороте на 45^o вала 6 (см.фиг.5) с поршнями 11 ведомый вал 9 с поршнями 12 остается на месте, удерживаемый мальтийским механизмом, происходит всасывание рабочей среды в полость.

При повороте поршней 11 с валом 6 на следующие 45^o поршни 12, двигаясь под воздействием взаимодействующих дисков 16, 18 и шестерен 15,17, поворачиваются на 90^o, производя сжатие рабочей среды (см.фиг.6), в конце которого на свечи 19 подается напряжение, в результате осуществляется сгорание в камере между поршнями 11 и 12. При этом поршень 12 перекрывает впускные окна 2 с патрубками 4. В течение следующего поворота поршней 11 на 45^o поршни 12, удерживаемые мальтийским механизмом, остаются на месте (см.фиг.7) и через открытые патрубки 5 происходит выхлоп небольшого количества воздуха, всосавшегося в межпоршневое пространство при прохождении поршнями 12 участка между патрубками 5,4. При этом сжигаемая рабочая среда расширяется, воздействуя на поршни 11, осуществляя рабочий ход одновременно в двух симметричных полостях корпуса. В течение следующего поворота поршней 11 на 45^o происходит выхлоп продуктов сгорания за счет ускоренного движения поршней 12, в конце хода, повернувшись на 180^o, поршни возвращаются в исходное положение (см.фиг.4), после чего цикл повторяется.

Таким образом, при непрерывном и близком к равномерному вращении ведущего вала 6, ведомый вал 9 вращается с остановками через каждые 90^o и выдержкой на месте в течение поворота вала 6 на 45^o. При этом на каждые 180^o поворота валов 6,9 происходят два (один двойной) рабочих хода, а за один оборот четыре (два двойных).

При сопоставлении динамики предлагаемой машины и прототипа (см.фиг.8) очевидна существенная разница в характере изменения угловых скоростей валов и поршней. Если ведущие валы и поршни у обеих машин вращаются равномерно (П₁ и П₁ ¹), то ведомые у прототипа изменяют скорость с мгновенными переходами от большей к меньшей и наоборот, т.е. с огромными ускорениями, что несомненно вызовет быстрое разрушение узлов привода в результате воздействия ударных нагрузок. У предлагаемой машины скорости (П₂ и П₂ ¹) изменяются по закону синусов как у широко распространенных поршневых машин, чем можно объяснить ожидаемую значительно большую надежность и долговечность предлагаемой машины сравнительно с прототипом.

В предлагаемой машине можно в определенных пределах изменять степень сжатия без каких-либо изменений конструкции или установки дополнительных деталей, а также выполнять ее как дизель или компрессор.

Использование: в машиностроении при проектировании роторно-поршневых машин, преимущественно двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. Сущность изобретения: в полости корпуса машины установлены два коаксиальных вала с закрепленными на них диаметрально парными поршнями секторного типа, кинематически связанными между собой посредством наружного контрпривода в виде повышающей одноступенчатой зубчатой передачи и мальтийского механизма. При этом секторные поршни, установленные на ведомом валу, выполнены с центральным углом, превышающим центральный угол между осями симметрии окон не менее чем в два раза. Передаточное отношение зубчатой передачи, число цевок ведущего диска и пар прорезей ведомого диска мальтийского механизма равны числу пар поршней. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Роторно-поршневая машина, содержащая корпус, кольцевую полость с окнами для подвода и отвода рабочей среды, подключенными к одноименным патрубкам, ведущий и ведомый коаксиальные валы, установленные в корпусе на подшипниках, и парные поршни секторного типа, диаметрально закрепленные на валах, имеющие уплотнительные элементы по периметру и кинематически связанные между собой и с ведущим валом посредством зубчатой передачи, отличающаяся тем, что окна выполнены парными и расположены диаметрально под острым углом симметрии, кинематическая связь снабжена мальтийским механизмом, ведомый диск которого установлен на ведомом валу, а ведущий диск кинематически связан с ведущим валом. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что секторные поршни, установленные на ведомом валу, выполнены с центральным углом, превышающим центральный угол между осями симметрии окон не менее чем в 2 раза, а передаточное отношение зубчатой передачи, число цевок ведущего диска и пар прорезей ведомого диска мальтийского механизма равны числу пар поршней.