Роторный двигатель Советский патент 1987 года по МПК F01C1/00 

11

Изобретение относится к- двигателе строению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах и других объемных машинах со сложным вращательным движением ро тора внутри корпуса.

Цель изобретения - повышение эффективности работы роторного двигателя путем повышения надежности уплотнения, которое при вращении рото- pa благодаря заданному профилю рабочей полости корпуса и кинематике вращения двухвершинного ротора, имеет переменную (скользящую) точку контакта с рабочей поверхностью корпуса

На фиг. 1 показан роторный двигатель; на фиг. 2 - промежуточное положение ротора в корпусе; на фиг. 3- роторный двигатель с кинематической его схемой, продольный разрез.

Двигатель содержит статор 1, ротор 2, подвижную шестерню 3, неподвижную шестерню 4, прорези 5, впускной и выпускной клапаны 6 и 7 соот- . ветственно, кривошип 8, вал 9 отбо- ра мощности, круговые вырезы 10, уп- лотнительные элементы 11.

Движение по неподвижной шестерне 4 подвижной шестерни 3, жестко связанной с ротором 2, создает сложное движение его внутри статора 1. Наличие двух точек касания образует две замкнутые камеры сгорания А и В. Точка касания обозначена К,.

Форма кривой, которой описана внут ренняя рабочая полость корпуса, определяется в полярных координатах по следующей формуле:

г ук2 +

Ч - 2

R2 RO

RO dsin9

4 е - arc5in(-gg- ,),

1 R2 + де К - радиус (из центра ротора)

окружности, на которой расположены центры окружностейi Rp - радиус окружности закругле- 50 ния вершин закруглений ротора или роликовых уплотненийJ d - диаметр неподвижной шестерни

4,

R, - dcos0 , 0 е 360°,

где б - вспомогательная переменная, d - диаметр неподвижной шестерни.

O 5

0

0

5

0

0

5

892

1 + RO - полуширина ротора, причем 1 2d, поверхность ротора выполнена в виде двух симметричных дуг, одна из которых мало отличается от формы статора на участке -90° 0 4 90°, и соединяющихся в вершинах ротора дугой радиуса .

На фиг. 1 показан геометрический смысл параметров г. Ч R-i RO 1 d, Р . Здесь основными входными параметрами являются: d - диаметр неподвижной шестерни 4, - радиус закругления в вершине ротора 7. и 1 - вспомогательный параметр, такой, что 2(1 + RO) есть наибольшая ширина ротора. Угол 0 есть в.спомогательная переменная, которая связывает радиус- вектор г статора 1 и угол поворота -f этого радиуса. Геометрически угол 0 можно рассматривать и как угол поворота оси симметрии ротора 2 относительно горизонтальной оси (фиг.1). Вертикальному положению оси симметрии соответствует угол 9 90°, когда объем камеры сгорания минимален. Горизонтальному положению оси симметрии ротора 2 соответствует (или б 180°), Вспомогательная функция R(R 1 - d-cos 0) введена для упрощения формул.

Вспомогательный угол 0 одновременно является углом поворота ротора 2. При этом положительным, направлением считается вращение по часовой стрелке.

При таком выборе положительного направления вращения центр полярных координат сдвинут влево относительно центра неподвижной шестерни 4 на половину ее диаметра d, т.е.- находится на пересечении основной окружности шестерни 4 с горизонтальным диаметром. Окна впуска-выпуска 6 и 7 задаются вертикальным положением ротора 2, т.е. находятся слева от центра неподвижной шестерни 4.

Если положительным направлением . принять поворот против часовой стрел- ки, то центр полярных координат бьш бы сдвинут вправо, а окна впуска- выпуска 6 и 7 находились бы справа от центра неподвижной шестерни.4, Эксцентриситет кривоншпа 8 составляет

-j, d - диаметр неподвижной шестерни 4, а диаметр шестерни 3 в два раза больше диаметра шестерни 4.

313

, Характер аналитической связи между полярными координатами г и i не позволяет вьфазить эту связь в виде одной формулы г f( If) и заставляет использовать параметрический способ задания (через переменную в ) и поместить начало отсчета (точку 0) в крайнюю точку неподвижной шестерни 4. Указанная форма статора 1 позволяет ротору 2 (при качении шестерни 3 по -неподвижной шестерне 4) постоянно касаться статора в двух точках, создавая тем самым замкнутые камеры сгорания А и В. Здесь существенно, что точка касания К перемещается по дуге закругления вершины, приближаясь или удаляясь от оси симметрии ротора 2. При б 0° и 0 180° точка касания К лежит на оси симметрии ротора, при б 90° и 0 270° отклонение точки касания К от оси симметрии ротора 2 максимально.

Этим и достигается надежность работы уплотнения, так как при работе оно имеет,благодаря переходящей точке контакта равномерный износ по обе его стороны (от оси симметрии).

Эксцентриситет (е) - расстояние между центрами шестерен 3 и 4 - есть длина кривошипа 8, Он равен радиусу неподвижной шестерни 4

Если в формулы параметрического задания формы статора в полярных координатах подставить d 2е (т.е. в качестве исходного параметра-взять е, а не d), то получится зависимость координат т и if статора от е. Параметры d и е связаны простым соотношением d 2е и любой, из них можно .брать за основной.

Расположение центра -О полярных координат выбирается следующим образом.

На горизонтальной прямой выбирается центр окружности радиусом г

d ,.

-«- (т.е. равным эксцентриситету е;

Эта окружность представляет собой неподвижную шестерню 4.

Левая точка пересечения окружности с горизонтальной прямой и есть центр О полярной системы координат. Далее по приведенной формуле строится форма поверхности корпуса.

121894

Форма дуги, соединяющей окружности радиуса К,,в вершинах ротора, выбирается из условия, что при вертикаль- ном положении ротора эта дуга совпа- 5 дает с контуром статора (фиг. 2). В этом положении вспомогательный угол

в t90°, а угол 4, точки К касания статора и окружности ротора определяется из 0

R-t/ 0 г 90°

г/р, до- Е2 +Rl+2r R /f +d ,

15

Ц | 90 -arcsin(Таким образом, форма дуги ротора задается на участке - Ч к ё- Ч /к (или, что то же самое -90 О 90°) и совпадает здесь со статором.

Для наглядного уяснения формы ротора достаточно считать на фиг. 1 ле- рую щель между ротором и статором очень узкой, что соответствует положению камеры сгорания (минимальному объемно .

Таким образом, аналитическое за- дание дуги ротора дается соотношеНИЯМИ

-90° е 90,

R С - dcose ,

г R2+R2+2R2Rj,/-VR2+d sin2e ,

Ч б -arcsin(dsin6

V R2+d2sin2:

40

Кинематическая схема двигателя включает неподвг-гжную шестерню 4, об- катываюшую ее подвижную внутреннюю шестерню 3, кривошип 8 и вал 9 отбора мощности. Центр подвижной шестерни 3 вращается с помощью кривошипа 8 вокруг вала 9 отбора мощности, а поскольку точка зацепления шестерен 3 и 4 неподвижна, то шестерня 3 (а вместе с ней и ротор 2) совершает сложное обкатывающее движение, обеспечивающее работу двигателя.

Двигатель работает по четырехтактному циклу с воспламенением или от сжатия или от искры. Рабочий процесс осуществляется последовательно по обеим сторонам ротора 2 (Б ка51

мерах А и В) , так что одно временно протекают два сдвинутых по такту процесса четырехтактного цикла. Длительность каждого такта по углу б составляет 180 , так что полньп цикл осуществляется за два полных оборота ротора 2.

Формула изобретения

Роторный двигатель, содержащий корпус с рабочей полостью, двухвершинный ротор с большой и малой осями симметрии и с уплотнительными элементами в его верщинах, установленный на эксцентрике вала, и неподвижную синхронизирующую шестерню, размещенную в корпусе на подшипнике и сопряженную с шестерней внутреннего зацепления ротора, причем диаметр не подвижной синхронизирующей шестерни равен половине диаметра шестерни внутреннего зацепления, о т. л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности работы путем по21896

в ппения надежности уплотнений, синхронизирующая шестерня установлена соосно с валом, причем эксцентриситет вала соста1зляет 0,5 диаметра (d) 5 неподвижной шестерни, а уплотнитель- ные элементы вьшолнены закругленными с радиусом RJ, и установлены на расстоянии 1 от центра ротора, при этом рабочая поверхность корпуса выполнена по кривой, описанной в полярных координатах с центром О, размещенным в центре симметрии ротора, и с началом отсчета угловой координаты Ч от малой оси симметрии ротора в направлении вращения вала по зависимости

г 1| R ,::ljri rri:rr ,

0

5

YR +d sin б

20

л / RO dsinS V cf 9-arcsm(-- --)

25 где R e -dcos8 0° Q 360°.

Изобретение относится к двига- телестроению и м.б.-использовано в компрессорах и др. объемных маишнах со сложным вращательным движением ротора внутри корпуса. Цель изобретения - повьшание эффективности. Синхронизирующая шестерня 3 установлена соосно с валом, причем эксцентриситет вала составляет 0,5 диаметра неподвижной шестерни 4, а уплотнительные элементы 11 выполнены закругленными и установлены на расстоянии 1 от центра ротора 2. Рабочая поверхность корпуса выполнена по кривой с центром, размещенньм в центре симметрии ротора 2. Такое вьтолнение обеспечивает при работе уплотнения 11 переходящую точку контакта, что приводит к равномерному износу уплотнения 11 по обе стороны от оси симметрии.3 ил. (Л с ю 00 со

Фиг. 2

4U

Фиг.З