РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК F01C1/73 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих элементов.

Известен роторно-поршневой двигатель, содержащий полый неразъемный корпус со средствами газораспределения, в тороидальной полости которого расположен вал, на котором установлены с возможностью вращения два взаимодействующих блока с поршнями, связанных поблочно с валом и установленных в тороидальной полости с образованием камер с периодически изменяющимся объемом. Блоки связаны с валом через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, включающих понижающие редукторы, поочередно синхронизируемых посредством стопорных устройств, каждый со своим поршневым блоком (1).

Недостатками известного двигателя являются отсутствие систем охлаждения и смазки рабочих органов. Кроме того, взаимодействующие блоки не имеют уплотнений между собой и стенками внутренней тороидальной полости, что снижает КПД и рабочий ресурс двигателя, а необходимость выполнения деталей из жаропрочных и износостойких материалов ведет к удорожанию конструкции.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является 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 через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, причем блоки снабжены стопорными устройствами для поочередной жесткой фиксации с соответствующим поворотным механизмом (2).

Недостатками известного технического решения являются малая эффективность уплотнения рабочих полостей, а также недостаточная надежность охлаждения рабочих элементов.

Техническим результатом является повышение надежности, долговечности и эффективности работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что поршневые блоки в отдельности состоят из фланца и поршневой группы, при этом поршневые группы имеют вид замкнутого тонкостенного контура, по форме соответствующего боковому профилю поршней в виде лопастей, диаметрально противоположно закрепленных на ступице.

Поставленная задача решается также тем, что подшипники могут быть выполнены в виде подшипников качения.

Поставленная задача решается также тем, что тонкостенные контуры поршневых групп могут обладать реакцией сил упругости на деформацию, необходимой для обеспечения уплотнения взаимодействующих поверхностей элементов.

Поставленная задача решается также тем, что поршневые блоки, вал отбора мощности, оси конических шестерен дифференциала могут иметь полости и каналы для циркуляции охлаждающей и смазывающей жидкости под действием центробежных сил, возникающих в процессе работы двигателя.

Поставленная задача решается также тем, что двигатель может иметь трапециевидную компоновку узлов и рабочих органов, симметричную относительно оси двигателя.

Поставленная задача в части второго варианта выполнения устройства решается тем, что 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 через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, а блоки снабжены стопорными устройствами для поочередной жесткой фиксации с соответствующим поворотным механизмом, дополнительно снабжен двумя прижимными устройствами, установленными на валу симметрично относительно поршневой системы, с возможностью осевого поджима поршневых блоков друг к другу под действием центробежных сил.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез двигателя;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - поршневая группа в изометрии;
на фиг. 4 - сечение рабочей полости плоскостью, параллельной оси вала.

Предложенный двигатель содержит разъемный цилиндрический корпус 1 со средствами газораспределения и зажигания (не показаны), тороидальную полость которого с торцов ограничивают фланцы 2 и 3 поршневых блоков, расположенных с возможностью вращения на валу 4 посредством подшипников качения 5. Поршневые блоки связаны с валом 4 через дифференциальную зубчатую передачу, включающую систему конических шестерен 6, установленных на пустотелых осях 7 через подшипники 8. Оси 7 жестко закреплены на валу 4. В тороидальной полости, образованной корпусом 1 и фланцами 2 и 3, расположены две поршневые группы 9 и 10, зафиксированные каждая на своем фланце от проворачивания. Поршневые группы имеют вид замкнутого, тонкостенного профиля. С другой стороны, поршневые блоки, состоящие из фланцев 2, 3 и поршневых групп 9, 10, взаимосвязаны с валом 4 через два симметричных поворотных механизма, каждый из которых включает шайбу 11, расположенную с возможностью вращения через подшипник 12 на конусной втулке 13, а также не менее чем через две шестерни 14 планетарного понижающего редуктора, посаженные на оси 15 через подшипники 16. Оси 15 крепятся к шайбе 11. Шестерни 14 входят в зацепление с ведущей шестерней 17, закрепленной на валу 4, а также с зубчатым венцом 18, выполненным на корпусе 1. В корпусах фланцев 2 и 3 расположены стопорные устройства 19.

Прижимные устройства (см. фиг. 2) состоят из упорной шайбы 20, установленной на валу 4 посредством резьбы 21, а также шайбы 22, изготовленной заодно с ведущей шестерней 17. Шайба 20 через подшипниковую каретку 23 воздействует на конусную втулку 13. Вместе с тем, шайбы 20 и 22 взаимодействуют между собой пазами 24 и ребрами 25 через роликовые толкатели 26. Фланцы 2 и 3 снабжены отверстиями 27 для протока жидкости, направление движения которой на фиг. 1 обозначено стрелками.

Охлаждающе-смазывающая система, помимо насоса, фильтра и радиатора (не показаны) работает следующим образом. Насосом жидкость нагнетается в пустотелый вал 4, откуда через каналы в осях 7 она заполняет внутренние полости поршневых блоков. Давление жидкости при этом возрастает за счет воздействия на нее центробежных сил при вращении блоков. Далее через отверстия 27 во фланцах 2 и 3, каналы в шайбах 11, вплотную взаимодействующие с фланцами, жидкость заполняет охлаждающую рубашку в корпусе 1, а затем, пройдя фильтрацию и охлаждение, вновь возвращается в вал 4. Проходя по указанному маршруту, жидкость под давлением проникает к трущимся элементам двигателя через капилляры, выполненные там, где это необходимо (не показаны), осуществляя их смазку.

Уплотнение взаимодействующих поверхностей рабочих органов двигателя поджимом поршневых блоков друг к другу в осевом направлении происходит следующим образом. Шайба 20 имеет пазы 24 под профиль цилиндрических толкателей 26, а шайба 22 имеет соответствующие ребра 25. В рабочем состоянии шайбы установлены и взаимодействуют вплотную. Ребра 25 входят в пазы 24, заключая между собой толкатели 26. При вращении прижимного устройства совместно с валом 4, под действием центробежных сил толкатели 26 воздействуют на наклонные грани пазов 24 шайбы 20, проворачивая ее по резьбе 21, тем самым усиливая ее нажим через подшипниковую каретку 23, конусную втулку 13 и шайбу 11 на фланец 2 поршневого блока. Аналогичные явления происходят с другим прижимным устройством на противоположной стороне поршневого блока.

Кроме того, действующее изнутри на стенки поршневых групп 9 и 10 избыточное давление жидкости создает дополнительную силу их прижима к внутренней поверхности фланцев 2 и 3, имеющих для этого коническую форму, в сочетании с трапециевидным фронтальным профилем поршневых групп. На фиг. 4 показан фрагмент сечения поршневого блока, где обозначены направления действия сил избыточного давления жидкости. При этом осуществляется уплотнение между взаимодействующими поверхностями цилиндрического корпуса 1 и верхними кромками поршневых групп 9 и 10 в совокупности с уплотнением их нижних кромок между собой. Это происходит за счет того, что сами поршневые группы имеют несколько завышенные размеры, благодаря чему при установке в корпус 1 в их тонких стенках возникают силы упругости. Они и обеспечивают эффективность уплотнения вышеобозначенных взаимодействующих поверхностей поршневой системы в сборе.

С целью повышения прочности конструкции компоновка двигателя имеет трапециевидную форму и симметрична относительно его оси. В этой связи геометрия определенных узлов и органов имеет соответствующий вид, а плоскости вращения шестерен 14 и 17 расположены под углом друг к другу.

Источники информации
1. SU 43516 А, МПК F 01 С 1/00, опубл. 30.06.1935.

2. FR 2137178 А, МПК F 01 С 1/00, опубл. 29.12.1972.

Изобретение относится к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение надежности и долговечности двигателя за счет улучшения его температурного режима. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит разъемный корпус со средствами газораспределения. В тороидальной его полости расположен вал, на котором установлены блоки с поршнями в виде лопастей, связанные с валом через дифференциальную зубчатую передачу. Блоки снабжены стопорными устройствами для поочередной жесткой фиксации с соответствующим поворотным механизмом, а поршневые группы имеют вид замкнутого тонкостенного контура. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 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 через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, причем блоки снабжены стопорными устройствами для поочередной жесткой фиксации с соответствующим поворотным механизмом, отличающийся тем, что поршневые блоки в отдельности состоят из фланца и поршневой группы, при этом поршневые группы имеют вид замкнутого тонкостенного контура, по форме соответствующего боковому профилю поршней в виде лопастей, диаметрально противоположно закрепленных на ступице. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подшипники выполнены в виде подшипников качения. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что тонкостенные контуры поршневых групп обладают реакцией сил упругости на деформацию, необходимой для обеспечения уплотнения взаимодействующих поверхностей элементов. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршневые блоки, вал отбора мощности, оси конических шестерен дифференциала имеют полости и каналы для циркуляции охлаждающей и смазывающей жидкости под действием центробежных сил, возникающих в процессе работы двигателя. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он имеет трапециевидную компоновку узлов и рабочих органов, симметричную относительно оси двигателя. 6. 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 через дифференциальную зубчатую передачу и два симметричных поворотных механизма, блоки снабжены стопорными устройствами для поочередной жесткой фиксации с соответствующим поворотным механизмом, отличающийся тем, что он снабжен двумя прижимными устройствами, установленными на валу симметрично относительно поршневой системы, с возможностью осевого поджима поршневых блоков друг к другу под действием центробежных сил.