РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ РОТОРОМ С ПЕРЕМЕННОЙ ФИКСАЦИЕЙ ПОРШНЕЙ Российский патент 1997 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к моторостроению, и может быть использовано в автостроении, авиастроении и других областях техники.

В роторных двигателях внутреннего сгорания не решена проблема надежного уплотнения скользящих поверхностей, разделяющих области высокого и низкого давления в условиях высоких температур и больших динамических нагрузок в сочетании с простотой и надежностью конструкции.

Известен круглый двигатель (заявка Франции N 2485089, кл. F 02 B 53/02, F 04 C 2/00, 25.12.81), поршень которого перемещается в полом корпусе в виде тора. В этом двигателе имеется цилиндрический золотник, который обеспечивает перекрытие камеры и проход поршня во время вращения и отделяет область высокого давления от низкого.

Недостатком его является наличие золотника, который управляется промежуточным роликом, а также наличие дополнительной камерой сгорания.

Наиболее близким является ротационный объемометрический двигатель (заявка Франции N 2475126, кл. F 02 B 53/02, 7.08.81), выбранный в качестве прототипа, который имеет неподвижный корпус с рабочим объемом в форме кольцевой полости с установленными в нем поршнями, вращающимися в одном направлении с переменной циклической скоростью и соединенными диаметрально попарно, вызывая изменение объема полости, ограниченной поршнями, стенками корпуса и вращаемая венцом с отверстиями со вставленными в них рычагами. Отверстия в венце обеспечивают кольцевой ход стержней для сближения и удаления поршней. Венец с одной стороны соединен с передачей с валами, соединенными со стержнями, перемещающими поршни, а с другой стороны с выходным валом.

Недостатком этого двигателя является переменная циклическая скорость вращения поршней, ведомых стержнями посредством рычагов с помощью промежуточной передачи и валов.

Задачами изобретением являются обеспечение более высокого КПД двигателя, увеличение удельной мощности, упрощение конструкции, прямое преобразование тепловой энергии газов в равномерное вращательное движение на выходном валу без промежуточных кинематических связей с высоким крутящим моментом, обеспечение надежного долговечного уплотнения трущихся сторон поршней о стенки рабочей полости в условиях высоких температур и перепадов давлений, уменьшение удельных давлений трущихся поверхностей поршней о стенки рабочей полости.

Задачи решаются тем, что роторно-поршневой двигатель с внешним ротором с переменной фиксацией поршней, содержащий кольцеобразную рабочую полость, образованную системой ротор-статор, с находящимися внутри полости четырьмя поршнями, делящими полость на четыре изменяющиеся по объему рабочие камеры, отверстия в статоре для выпуска воздуха или топливно-воздушной смеси, согласно изобретению, он снабжен внешним ротором, взаимоподменяющими друг друга поршнями с переменной фиксацией на роторе и статоре, фиксирующими устройствами для них, при этом четыре фиксирующих устройства расположены на статоре с кулачковым приводом на роторе, два из которых, осуществляющие подмену поршней по окончании тактов "рабочий ход выпуск" и в начале тактов "впуск сжатие", расположены со смещением по ходу вращения ротора от положения поршней, соответствующих началу "рабочего хода" в сторону его увеличения. Кроме того, восемь фиксирующих устройств расположены на боковых сторонах ротора с кулачковым приводом на статоре. В соответствующих для каждого кулачкового привода программных пазах на роторе и кулачковых дорожках на статоре выполнены выступы, обеспечивающие согласованное и синхронное взаимодействие кулачковых приводов для каждого фиксирующего устройства. Также выполнены два отверстия в статоре для двухступенчатого выпуска отработанных газов. В объеме сжатого газа рабочей полости в точке начала "рабочего хода" поршней могут быть расположены либо две свечи зажигания, либо две форсунки, установленные на роторе, либо одна свеча зажигания либо форсунка, размещенная на статоре. Отверстия для впуска воздуха и для выпуска отработанных газов через полости корпуса двигателя соединены с впускным и выпускным патрубками. Внешняя сторона ротора выполнена в виде ребер охлаждения. Стороны поршней, контактирующие со стенками кольцеобразной рабочей полости, снабжены компрессионными планками.

В настоящее время конструкция роторно-поршневых двигателей с внешним ротором с переменной фиксацией поршней не известны ни в моторостроении ни в других областях машиностроения, поэтому изобретение является новым и соответствует условиям патентоспособности.

Смещение фиксирующих устройств на статоре, подменяющих поршни по окончании тактов "рабочий ход выпуск" и в начале тактов "выпуск сжатие", а также отверстий для впуска и двухступенчатого выпуска отработанных газов по ходу вращения ротора в сторону увеличения рабочего хода поршней, увеличивает КПД двигателя до 50% и более. Использование переменной фиксации поршней упрощает конструкцию двигателя и увеличивает удельную мощность по сравнению с аналогичными по мощности двигателями в три и более раз. Во внешнем роторе поршни в фиксированном состоянии находятся относительно ротора в состоянии покоя и подвержены под влиянием центробежных сил трения покоя, в связи с отсутствием центробежных сил, воздействующих сил, воздействующих на фиксированные поршни относительно статора, уменьшается трение скольжения поршней о стенки рабочей полости.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен роторно-поршневой двигатель с внешним ротором с переменной фиксацией поршней, продольное сечение.

Двигатель содержит статор 1, кольцеобразную рабочую полость 2, с находящимися в ней четырьмя поршнями 3, делящими всю кольцеобразную полость, образуемую системой ротор статор, на четыре камеры. На статоре имеются фрезерованные каналы для четырех фиксирующих устройств 4 в виде зубчато-реечной передачи, приводные шестерни которых на одном конце имеют кулачки, вставленные в программные пазы 5. На боковых сторонах ротора с внутренней стороны в круглые гнезда вставлены трехгранные фиксаторы 6, одним концом упирающиеся во внешнюю сторону ротора, а другим концом заходящие за боковую сторону статора и контактирующие с кулачковыми дорожками 7 на статоре. Для впуска топливно-воздушной смеси на статоре имеется отверстие 8, а для выпуска отработанных газов два отверстия 9, которые через полости корпуса 10 двигателя соединяются с впускным и выпускными патрубками. С внешней стороны ротора имеются ребра охлаждения 11 в виде крыльчатки в кожухе 12, а также две свечи зажигания 13. Каждый поршень снабжен компрессионными планками 14.

Роторно-поршневой двигатель с внешним ротором с переменной фиксацией поршней работает следующим образом.

При вращении ротора 2 происходит перемена фиксации поршней с задержкой их движения по окружности на статоре 1 в местах расположения фиксирующих устройств 4, приводимых в действие кулачками, выполненными заодно с шестернями и вставленными в программные пазы 6. Каждая шестерня в круглом гнезде корпуса статора соприкасается с зубчатой стороной стопоров, которые при фиксации заходят в канавки на поршнях. Фиксация поршней на роторе происходит с помощью фиксирующих устройств 4, кулачки которых контактируют с кулачковой дорожкой 7, а трехгранный фиксатор 6 поворачивается в своем гнезде на 60^o, при этом ребро фиксатора выходит за плоскость боковой стенки камеры и входит в канавку на боковой плоскости поршня, фиксируя его на роторе. Поворачиваясь под воздействием выступа на кулачковой дорожке по ходу вращения ротора дальше на 60^o, поршень освобождается от ротора. Выступы в программных пазах 5 и на кулачковых дорожках 7 расположены таким образом, чтобы обеспечить синхронную перемену фиксации с ротора на статор в процессе подмены поршней, когда движущиеся с ротором поршни занимают место неподвижных относительно статора поршней при сближении их в момент задержки движения относительно статора, с последующим захватом поршней ротором и фиксацией последующих поршней на статоре на местах предыдущих и дальнейшее вращение предыдущих поршней вместе с ротором. В камера с изменяющимся объемом, ограниченных поршнями и стенками камер, в процессе вращения ротора происходят соответствующие изменению объема такты: "сжатие", "рабочий ход", "выпуск", "впуск" в местах расположения фиксирующих устройств 4, впускных отверстий 8 и выпускных 9, расположенных на статоре. Два фиксирующих устройства, предназначенные для осуществления подмены поршней по окончании тактов "рабочий ход выпуск" и в начале тактов "впуск - сжатие", расположены со смещением по ходу вращения ротора от положения поршней, соответствующих началу "рабочего хода" в сторону его увеличения.

Использование: в моторостроении в качестве силового агрегата, в автомобилестроении, в авиастроении и других областях техники. Сущность изобретения: двигатель содержит внешний ротор, кольцеобразную рабочую полость образованную системой ротор - статор с четырьмя поршнями, делящими полость на четыре изменяющиеся по объему камеры с переменной фиксацией взаимоподменяющих друг друга поршней на роторе и статоре, а именно для фиксирования на роторе - кулачковым приводом на статоре, для фиксирования на статоре - кулачковым приводом на роторе. Имеются отверстия в статоре для впуска топливно-воздушной смеси и двухступенчатого выпуска отработанных газов. Увеличение к. п. д. двигателя достигается за счет смещения фиксирующих устройств и отверстий для впуска и выпуска газов в сторону увеличения рабочего хода поршней. Двигатель может быть снабжен двумя свечами зажигания на роторе или одной на статоре для карбюраторных двигателей или соответственно - форсунками для дизельных двигателей. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Роторно-поршневой двигатель с внешним ротором с переменной фиксацией поршней, содержащий кольцеобразную рабочую полость, образованную системой ротор статор, с находящимися внутри поршнями с переменной фиксацией на роторе и статоре, делящими полость на изменяющиеся по объему камеры, отверстия на статоре для впуска компонентов реакции горения, отличающийся тем, что применен внешний ротор с переменной фиксацией поршней, позволяющий уменьшить вес двигателя на единицу мощности, с фиксирующими устройствами, расположенными на роторе и статоре с элементами, к которым относятся кулачки, программные пазы и выступы, образующие с их помощью взаимодействующую, синхронизирующую систему перемены фиксации поршней, из которой два фиксирующих устройства на статоре, осуществляющие перемену фиксации поршней по окончании тактов рабочий ход выпуск и в начале тактов впуск сжатие, а также отверстия в статоре для двухступенчатого выпуска отработанных газов, выполненых с таким смещением, чтобы увеличилась степень расширения рабочих газов при движении поршня от начала тактов рабочий ход выпуск, причем фиксация поршней со статора на ротор производится фиксирующими устройствами на роторе с приводом на статоре и с ротора на статор фиксирующим устройством на статоре с приводом на роторе, кроме того, имеются установленные в соответствующих местах запальные устройства, обеспечивающие воспламенение горючих компонентов для такта рабочий ход, количество которых зависит от нахождения их на статоре или роторе, при этом на статоре нужно одно, на роторе два запальных устройства. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что отверстия для впуска воздуха и для выпуска отработанных газов через полости корпуса двигателя соединены с впускным и выпускным патрубками. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешняя сторона ротора выполнена в виде ребер охлаждения. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что стороны поршней, контактирующие со стенками кольцеобразной рабочей полости, снабжены подпружиненными компрессионными планками. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что запальными устройствами являются свечи зажигания или форсунки.