РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F01C1/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-поршневым машинам, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен роторно-поршневой двигатель, содержащий полый разъемный корпус со средствами газораспределения, в тороидальной полости которого расположен вал, на котором установлены, с возможностью вращения вокруг ее оси, два взаимодействующих блока с лопастями, связанных поблочно с валом, лопасти установлены в тороидальной полости с образованием камер, объем которых периодически изменяется (см. FR, патент, 2137175, F 01 C 1/00, 1972).

К недостаткам такого двигателя можно отнести отсутствие жесткой кинематической взаимосвязи блоков между собой, валом и корпусом. Такая конструкция исключает жесткую синхронизацию движения рабочих органов, нарушает цикличность работы двигателя, ввиду непостоянства объемов камер и их местоположений относительно средств газораспределения в моменты подачи, зажигания и выпуска рабочей среды. Это в значительной степени снижает работоспособность и надежность роторно-поршневого двигателя, особенно, работающего в режиме внутреннего сгорания рабочей среды.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности, долговечности двигателя за счет жесткой синхронизации движения его рабочих органов в рабочем пространстве.

Данная задача решается тем, что в роторно-поршневом двигателе, содержащем полый разъемный корпус со средствами газораспределения, в тороидальной полости которого расположен вал, на котором установлены с возможностью вращения два взаимодействующих блока с поршнями в виде лопастей, связанных поблочно с валом, и установленных в тороидальной полости с образованием камер с периодически изменяющимся объемом, блоки связаны поблочно с валом через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, включающих понижающие редукторы, входящих в зацепление с корпусом и валом.

Кроме того, блоки могут быть снабжены хотя бы двумя стопорными устройствами, установленными с возможностью поочередной жесткой фиксации блоков с соответствующим поворотным механизмом, под действием избыточного давления, подводимого к стопорным устройствам из камеры сгорания по газовым каналам, расположенным в корпусах поршневых блоков и берущим начало на фронтальных, по ходу движения, рабочих поверхностей поршней.

На фиг. 1, 2, 3 изображены диафрагмы, поясняющие принцип работы двигателя. На фиг. 4 показан вариант двигателя в разрезе. На фиг. 5 укрупненно показан вариант стопорного устройства в разрезе. На фиг. 6 изображены в аксонометрической проекции узлы двигателя в сборе, находящиеся внутри корпуса.

Роторно-поршневой двигатель состоит (фиг. 4) из полого разъемного корпуса 1 со средствами газораспределения, в тороидальной полости которого с образованием камер с периодически изменяющимся объемом расположены два взаимодействующих блока 2, 3 с поршнями в виде лопастей, связанных поблочно с валом отбора мощности 4, свободно посаженных на него. Блоки 2, 3 связаны между собой, валом 4 и корпусом 1 через дифференциальную зубчатую передачу, включающую систему конических шестерен 5, оси которых жестко соединены с валом 4. С другой стороны блоки 2, 3 сопряжены с валом при помощи двух симметричных поворотных механизмов, образованных, соответственно для блока 2, из шестерен 6 понижающего планетарного редуктора, входящих в зацепление с корпусом 1 и валом 4 в местах, показанных на фиг. 4 позициями 7, 8. Оси шестерен 6 жестко закреплены на шайбе 9, свободно посаженной на вал 4, независимо от блока 2. Для поршневого блока 3 подобный механизм обозначен позициями 10, 11, 12, 13, соответственно. Поршневые блоки 2, 3 имеют, хотя бы по два, стопорных устройства 14, 15, соответственно, приводимых в действие избыточным давлением, подводимым к ним из камеры сгорания по каналам 16, 17. Для разгрузки чертежа фиг. 4, в корпусах блоков 2, 3 показаны по одному стопорному устройству 14, 15, а два других, расположенных диаметрально противоположно и симметрично, не изображены. Стопорные устройства предназначены для жесткой фиксации в нужный момент блоков 2, 3 с шайбами 9, 13, имеющими для этой цели пазы. На фиг. 5 - фрагмент шайбы с пазом для стопора 18, 16 - газовый канал в корпусе поршневого блока 2, соединяющий фронтальную, по ходу движения, рабочую поверхность одного из его поршней с компрессионной камерой соответствующего стопорного устройства, 19 - пружина, обеспечивающая возвратно-поступательное движение стопора 18 при скольжении, одна по другой, соприкасающихся поверхностей блока 2 и шайбы 9, в момент прохождения паза на ее поверхности через стопор. Более наглядное представление о конструкции двигателя дает фиг. 6, где в аксонометрической проекции показаны узлы двигателя в сборе, находящиеся внутри корпуса 1. Сам корпус при этом не показан, а нумерация позиций соответствует фиг. 4.

Принцип работы двигателя поясняют диаграммы фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3.

В начале первого цикла поршневые блоки 1 и 2 показаны на диаграмме фиг. 1 в момент зажигания, максимально сжатой рабочей среды в камере 3. Под воздействием избыточного давления в ней, блок 1 начинает проворачиваться на валу отбора мощности 4 (в данном случае) против часовой стрелки. Так как блоки 1, 2 и вал 4 кинематически сопряжены, то вращение от блока 1 через вал 4 передается блоку 2 в том же направлении с замедлением. Для наглядности диаграмм, соотношение угловых скоростей блоков 1 и 2 условно взято 5:1 в первом цикле и 1: 5 - во втором. В какой-то момент времени с начала первого цикла блоки окажутся в положении, показанных на диаграмме фиг. 2, где динамика камеры 5 соответствует рабочему ходу, 6 - выхлопу отработанной среды, 7 - заполнению ее рабочей средой, 8 - сжатию. Первый цикл заканчивается, когда блок 1, сделав 5/12 оборота, займет первоначальное положение блока 2, а тот, провернувшись на 1/12, окажется в исходном положении блока 1 (фиг. 3). Второй цикл аналогичен первому с той лишь разницей, что роли блоков взаимно поменялись.

Жесткая синхронизация движения рабочих органов двигателя осуществляется следующим образом.

Под воздействием избыточного давления в камере 3 (фиг. 1) поршневой блок 3 (фиг. 4) начинает проворачиваться на валу отбора мощности 4 в направлении, указанном стрелкой, относительно корпуса 1, шайбы 13, блока 2, который синхронизируется стопорным устройством 14 с шайбой 9, за счет избыточного давления в камере сгорания, подведенному по каналу 16. Проворачиваясь, блок 3 сообщает вращение валу 4 в ту же сторону за счет конических шестерен 5 дифференциальной зубчатой передачи, а тот в свою очередь, через понижающие планетарные редукторы 6 - 8 и 10 - 12 соответственно, поворачивает шайбы 9, 13 относительно корпуса 1, а с ними и блок 2, засинхронизированный с шайбой 9, в направлении вращения блока 3 с замедлением, обусловленным коэффициентами передачи дифференциала и редуктора. Первый цикл закончится, когда блок 3 повернется на 5/12 оборота и займет первоначальное положение блока 2, а последний повернувшись в том же направлении на 1/12 (на ширину поршня) займет место блока 3. При этом в камере 6 (фиг. 2) закончится выхлоп отработанной среды, камера 7 заполнится рабочей средой, в камере 8 произойдет максимальное сжатие рабочей среды. Во втором цикле, под действием избыточного давления в камере 9 (фиг. 3) относительное движение получит блок 2, а другой - 3, стопорным устройством 15 под воздействием избыточного давления, подведенного по каналу 17 из камеры сгорания, синхронизируется с шайбой 13, а через нее и взаимодействующие элементы конструкции 4, 5, 10 - 12, повернется за второй цикл на 1/12 оборота, т.е. на ширину поршня, тогда как блок 2, пройдя 5/12 оборота, займет его место. Далее циклы повторяются. Таким образом, использование дифференциальной зубчатой передачи и двух поворотных механизмов в сочетании с компрессионным методом синхронизации избыточным давлением камеры сгорания, обеспечивает, при относительной простоте конструкции, кинематически жесткую взаимосвязь рабочих органов двигателя, позволяет зафиксировать объемы и местоположения камер применительно к моментам подачи, зажигания и выпуска рабочей среды относительно средств газораспределения. Наряду с этим, упрощается пуск двигателя через вал отбора мощности, т.к. при этом угловые скорости блоков поршней соотносятся также, как в рабочих циклах.

Роторно-поршневой двигатель может быть использован в машиностроении. В двигателе поршневые блоки связаны с валом через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма. Механизмы включают понижающие редукторы, входящие в зацепление с корпусом и валом. Повышается надежность, долговечность двигателя за счет жесткой синхронизации движения его рабочих органов в рабочем пространстве. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Роторно-поршневой двигатель, содержащий полый разъемный корпус со средствами газораспределения, в тороидальной полости которого расположен вал, на котором установлены с возможностью вращения два взаимодействующих блока с поршнями в виде лопастей, связанных поблочно с валом и установленных в тороидальной полости с образованием камер с периодически изменяющимся объемом, отличающийся тем, что блоки связаны поблочно с валом через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, включающих понижающие редукторы, входящих в зацепление с корпусом и валом. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что блоки снабжены хотя бы двумя стопорными устройствами, установленными с возможностью поочередной жесткой фиксации блоков с соответствующим поворотным механизмом под действием избыточного давления, подводимого к стопорным устройствам из камеры сгорания по газовым каналам, расположенным в корпусах поршневых блоков и берущим начало на фронтальных по ходу движения рабочих поверхностях поршней.