РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам объемного расширения.

Известны роторные компрессионные машины, состоящие из корпуса-статора и эксцентрично расположенного ротора с лопатками, при этом ротор совершает при работе сложные эксцентричные движения [1]
Недостатком такой конструкции является то, что угловые скорости лопаток или всего ротора циклически меняются, что требует дополнительной энергии для циклического ускорения их масс и вызывает неуравновешенность ротора. Кроме того эксцентричность осей ротора и статора вызывает ненадежность уплотнения между лопатками и статором, что снижает эффективность такой конструкции.

Известна также роторная машина, содержащая корпус-статор со сферической рабочей полостью и ротор, состоящий из оси со сферическим утолщением и закрепленных на оси симметрично двух чашек-вкладышей с прорезями для лопаток и наклонного разделительного диска со сферическими фланцами, сопряженными как со сферическим утолщением оси, так и с внутренней полостью чашек-вкладышей, на котором укреплены качающиеся на радиальных осях лопатки, сопряженные с прорезями чашек-вкладышей и перемещающихся в них при вращении ротора.

Наклон диска при этом фиксируется кольцевым ободом, установленным в кольцевой проточке корпуса.

Корпус снабжен парными окнами всасывания и выхлопа, при этом компрессионные зоны двух половин машины расположены диаметрально противоположно [2]
Последние две особенности известной машины являются ее недостатками, ибо образуется сложная система перепускных каналов, объединяющих компрессионные зоны двух половин машины, усугубляемая кольцевой проточкой, фиксирующей наклон обода разделительного диска ротора.

Недостатком известной машины является и необходимость устройства, например угловой муфты, обеспечивающего вращение разделительного диска под углом к оси ротора, ибо в известной машине передача вращения диска происходит при помощи пары лопатки-прорези, что может приводить к заклиниванию этой кинематической пары ввиду имеющегося расстояния между боковой гранью разделительного диска и конической поверхностью чашки-вкладыша.

В предлагаемой машине эти недостатки устранены тем, что диск жестко укреплен нормально к оси по диаметру сферического утолщения, а чашки-вкладыши к оси ротора расположены под некоторым углом и своими коническими боковыми поверхностями перекатываются по боковым поверхностям диска, при этом диск приводит во вращение чашки-вкладыши корневыми частями радиально на нем расположенных лопаток в месте контакта диск-вкладыш.

В этом случае образуются две симметричные компрессионные машины в едином корпусе, соединенные коротким перепускным каналом, что дает возможность использования предлагаемой компрессионной машины объемного расширения в качестве четырехтактного роторного двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 1 представлен продольный разрез по А-А предлагаемого двигателя.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез по В-В фиг. 1.

Двигатель содержит корпус-статор 1 со сферической рабочей полостью. Внутри корпуса-статора установлен ротор, состоящий из разделительного диска 2, снабженного качающимися на радиальных осях лопатками 3, жестко укрепленного на сферическом утолщении 4 оси 5 и двух, расположенных под углом к оси 5 симметричных чашек-вкладышей 6, сопряженных как со сферическим утолщением 4 оси 5, так и со сферической рабочей полостью корпуса-статора 1. Чашки-вкладыши снабжены радиальными прорезями 7 для свободного перемещения лопаток 3, а корпус-статор 1 снабжен соответствующими окнами всасывания 8, выхлопа 9 и перепускным каналом 10.

Предлагаемая машина работает следующим образом.

При вращении оси 5 вместе со сферическим утолщением 4 и разделительным диском 2, лопатки 3, в месте контакта боковой поверхности диска 2 с коническими поверхностями чашек-вкладышей 6, своими корневыми частями приводит во вращение чашки-вкладыши 6.

Камера объемного расширения, образуемые смежными лопатками 3, сферической поверхностью утолщения 4, сферической поверхностью рабочей полости корпуса-статора 1 коническими поверхностями чашек-вкладышей 6 и боковыми поверхностями разделительного диска 2 при вращении ротора циклически изменяют свой объем.

Каждая камера правой (по фиг. 1) части машины, пройдя путь от места контакта "чашка-диск", имеет внутри разрежение и при прохождении окна всасывания 8, заполняется горючей смесью (такт всасывания).

После прохождения окна всасывания происходит сжатие горючей смеси (такт сжатия) и перед местом контакта "чашка-диск" сжатая горючая смесь полностью выдавливается через короткий перепускной канал 10 в аналогичную, но расширяющуюся всасывающую камеру смежной левой (по фиг. 1) части машины и зажигается.

После прохождения окна перепускного канала 10 происходит расширение газовой смеси в замкнутом объеме камеры и разница в давлении на смежные лопатки создает крутящий момент на оси 5 до достижения камерой максимального объема (рабочий ход). При прохождении окна выхлопа 9 из камеры продукты сгорания выдавливаются в атмосферу (такт выхлопа).

Эти циклические процессы последовательно протекают во всех камерах как левой, так и правой (по фиг. 1) частей машины.

Таким образом одна часть симметричной машины работает как нагнетатель горючей смеси (всасывание, сжатие), а вторая часть как тепловой двигатель (рабочий ход, выхлоп), вместе обеспечивая четыре такта двигателя внутреннего сгорания для каждой пары симметричных камер за один оборот оси двигателя.

Благодаря закреплению радиальных осей лопаток 3 на утолщении 4 оси 5, воспринимающего центробежные силы масс лопаток 3, не происходит истирания рабочей полости статора, что увеличивает долговечность машины, а постоянный угол сопряжения пары лопатка рабочая полость увеличивает надежность уплотнения между утолщением 4 оси 5, корпусом 1 и лопатками 3.

Использование: изобретение относится к роторным машинам объемного расширения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в сферической рабочей полости наклонно и симметрично располагаются две вращающиеся на своих осях чашки-вкладыши с радиальными прорезями, в которых перемещаются лопатки, качающиеся па радиальных осях на разделительном диске, который жестко и нормально к оси закреплен на сферическом утолщении оси ротора. Чашки-вкладыша своими коническими поверхностями перекатываются по боковым поверхностям разделительного диска, разграничивая соприкосновения зоны компрессии обеих частей симметричной машины, а так как линии соприкосновения оппозитны, перепускной канал между симметричными частями машины минимален. По этой же линии соприкосновения корневые части лопаток приводят во вращение чашки-вкладыши. Закрепленные на сферическом утолщении оси радиальные оси лопаток воспринимают центробежные силы масс лопаток и поэтому трение лопаток по зеркалу рабочей полости минимально, что увеличивает надежность уплотнений. 2 ил.

Роторная компрессионная машина (например двигатель внутреннего сгорания), содержащая корпус-статор со сферической рабочей полостью и ротор, на сферическом утолщении оси которого расположен разделительный диск с качающимися на радиальных осях лопатками, снабженный сопряженными с рабочей полостью корпуса-статора чашками-вкладышами с радиальными прорезями для перемещения лопаток, отличающаяся тем, что чашки-вкладыши расположены под углом к жестко и нормально закрепленному на сферическом утолщении оси диску, снабженному качающимися лопатками, при этом чашки-вкладыши своими коническими поверхностями находятся в контакте с боковыми поверхностями разделительного диска и соответствующими корневыми частями лопаток, а обе половины машины соединены коротким перепускным каналом.