Лопасть-поршень роторно-поршневого двигатеоя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B55/00 

фигЗ

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к гидравлическим объемным машинам и к роторным двигателям внутреннего сгорания, а именно к устройствам, повышающим надежность и долговечность работы роторных двигателей внутреннего сгорания с заслонками, скользящими в пазах ротора.

Создание работоспособных и экономичных роторных двигателей задерживается в основном из-за трудностей, связанных с обеспечением герметичности рабочего пространства, образуемого ротором и корпусом, при приемлемом механическом КПД. Известны схемы двигателей с заслонками, скользящими в пазах ротора, а также двигатели с уплотняющими лопатками.

Известен также роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий лопасти-поршни, установленные на валу ротора, на направляющих элементах, несущих ролики. Ролики обкатываются по двухсторонним профилированным беговым дорожкам корпуса. Это техническое решение наиболее близко предложенному и принято за прототип.

Существенным недостатком этой лопасти-поршня является неподвижность оси ролика, т.е. неприспособленность роликов к геометрии беговой дорожки, а следовательно, неравномерность распределения центробежных сил инерции на оба ролика -лопасти-поршня. Технологично невозможно выполнить точно двухсторонние беговые дорожки, зеркально расположенные относительно друг друга в корпусе двигателя с обеих сторон лопасти-поршня. Геометрия беговых двухсторонних дорожек может быть выполнена на станках с числовым программным управлением с точностью до 0,05,.,0,10 мм относительно друг друга. При таких отклонениях возникает неравномерность и неодновременность контакта обоих роликов с поверхностью беговой дорожки. В результате неодновременного контакта роликов возникает перегрузка одного из них и возможность поломки несущих ролики направляющих элементов (цапф).

Значительная перегрузка цапфы ролика, воспринимающего полную нагрузку, возникающую от силы инерции лопасти, приводит к деформации цапфы и ее прогибу, что приводит к резкому увеличению кон- тактных напряжений на поверхностях беговых дорожек и роликов. В результате перекоса образующей ролика к поверхности беговой дорожки существенно меняется характер контакта, что приводит к значительному сокращению линии контакта, а именно приводит к кромочному контакту.

Такой контакт снижает срок службы указанного сопряжения, а следовательно, и двигателя в целом.

Кроме этого, возникающие перекосы

плоскости лопасти-поршня относительно плоскости ротора приводят к нарушению контакта с уплотнительными элементами этих поверхностей, что приводит к утечке рабочего тела, снижению мощности и удельных весогабаритных показателей роторного двигателя.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности работы двигателя.

5 Поставленная цель достигается тем, что в направляющих элементах лопасти ниже шарнира и параллельно его оси выполнены отверстия, в которых установлен торсионный упругий элемент, снабженный рычага0 ми с проушинами, обраа енными в сторону опор роликов, а опоры роликов выполнены в виде эксцентриковых цапф, наружные эксцентрики которых, снабженные роликами, размещены в разные стороны в плоскости,

5 перпендикулярной продольной оси лопасти-поршня, а внутренние эксцентрики рас- положены в плоскости продольной оси лопасти-поршня в направлении шарнира и входят в проушины рычагов торсионного

0 элемента, Для ограничения максимальных поворотов рычагов установлены двухсторонние ограничители-упоры.

На фиг.1 изображена конструкция роторного двигателя, общий вид; на фиг.2 5 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - конструкция лопасти-поршня (кинематическая схема); на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.З; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4; ча фиг.б - разрез Г-Г на фиг.5,

0 В корпусе 1 двигателя на валу 2 установлен ротор 3 с лопастями-поршнями 4. Лопасти-поршни 4 имеют ролики 5, находящиеся в двухсторонних беговых дорожках 6. Лопасти-поршни 4 соединены шарнирами 7 с

5 поршнями 8, имеющими боковые стабилизаторы-вытеснители 9 и юбку iQ. В канавке поршня установлены радиальные уплотни- тельные элементы 11. Ротор 3 с обеих сторон поджимается торцовыми уплотнениями

0 12, пружиной 13. Внутренняя полость корпуса 1 состоит из сектора всасывания 14, сектора сжатия 15, сектора сгорания (расширения) 16 со свечой 17, а также сектора выхлопа 18. Горючая смесь (воздух) поступч5 ет через всасывающий коллектор 19, а удаление отработавших газов происходит через выпускной коллектор 20. Ролики 5 установлены на цапфах 21 кривошипньк валов 22, оси 23 цапф 22 смещены на величину е относительно осей 24 кривошипных взлсв

21. Кривошипные валы 21 с осями 24 установлены в отверстиях, выполненных в щеках 25 лопасти-поршня 4. Во внутренней полости лопасти-поршня 4 под днищем 26 цилиндрического шарнира 7 поршня 8 в щеках 25 лопасти-поршня 4 шарнирно установ- лен торсионный упругий элемент 27, соединенный жестко с рычагами 28. Рычаги 28 имеют пазы 29, в которые вводят цапфы 30 с осями 31, которые смещены на величину е вдоль оси лопасти-поршня 4 в сторону цилиндрического шарнира 7 поршня 8. Рычаги 28 имеют двухсторонние ограничители- упоры 32, ограничивающие максимальные повороты рычагов 28 в обе стороны.

Роторный двигатель с предлагаемой лопастью-поршнем работает следующим образом.

При вращении ротора 3 по часовой стрелке в секторе всасывания 14 происходит разрежение и горн: ая смэсь (воздух) через всасывающий коллечтор 19 поступает в сектор всасывания 14. Затем в результате изменения первоначального объема в секторе сжатия 15 происходит сжатие горючей смеси (воздуха), которая Ессплаг еняеюя з секторе сгорания 16 в результате искрооб- разовзния. При сгорании горючей смеси драление газов мгновенно расчет и равномерно распространяется по всему сектору сгорания 18. Вследствие того, что лопасть- поршень 4 слева в секторе сгорания 16 максимально утоплена в лазу ротора 3, а лопасть-поршень 4 справа максимально выдвинута, образуется избыточная поверхность относительно оси вала 2 двигателя. В результате давления газов на избыточную поверхность образуется крутящий момент, вращающий ротор 3 по часовой стрелке. Отработанные газы поступают в сектор выхлопа 18, откуда удаляются сначала под собственным избыточным давлением, а затем в результате их вытеснения при уменьшении объема в секторе выхлопа в выпускной коллектор 20. Процессы всасывания, сжатия, рабочий ход и выпуск повторяются. Причем рабочий цикл совершается за поворот ротора 3 на 360° во всех четырех камерах. Каждый процесс (такт) совершается за 90° поворота ротора 3.

Предлагаемая конструкция лопасти- поршня работает следующим образом.

При вращении ротора 3 вместе с лопастями-поршнями 4 ролики, находящиеся с обеих сторон лопастей-поршней, обкатываются в двухсторонних беговых дорожках и воспринимают половину суммарной силы инерции, действующей на лопасть-поршень, в случае, если погрешности изготовления двухсторонних беговых дорожек

равны нулю. В реальных условиях иг-готоп ления двухсторонних беговых дорожек нз станках с числовым программным управлением погрешности изготовления находятся 5 в пределах 0.05,..0 10 мм.

В этом случае при вращении ротора ролик, находящийся в беговой дорожке в зоне с погрешностью исполнения 0,10 мм, переместится под действием момента, равного 10 произведению половины силы инерции на плечо е, и повернет кривошипный вал 22 на уюл а на величину погрешности 0,10 мм. При этом внутренняя цапфа 30 повернет рычаг 28 на этот же угол а, но в противопо- 15 ложную сторону, и вместе с ним торсионный упругий элемент 27. Рычаг 28, находящийся на другом конце торсионного упругого элемента, не повернется на угол и не повернет кривошипный вал 22 и ролик 5 на угол ас 0 противоположной стороны. При этом торци- онннй упругий элемент 27, закручиваясь, передаст момент на противоположный ролик 5, находящийся в данный момент в зоне беговой дорожки, без погрешности. Таким 5 образом, будет происходить равномерно распределение силы инерции на ролики 5 и сглаживание силы удара за счет скручивания торсионного упругого элемента 27. Если жесткость торсионного упругого элемента 0 27 па данном режиме работы двигателя значительна по сравнению с действующей силой инерции, то ролик 5 при этом не повернется на угол а и центр тяжести лопасти-поршня 4 переместится на половину ве- 5 личины относительной погрешности профиля беговой дорожки, т.е. на величину 0,05 мм при максимальной относительной погрешности 0,10 мм. Такая закономерность перемещения центра тяжести лопа- 0 сти-поршня 4 определяется величиной средней линии прямоугольного треугольника, у которого гипотенузой является расстояние между осями 23 цапф роликов 5, а наименьшим катетом является величина от- 5 носительной погрешности профиля беговой дорожки. Такое незначительное отклонение центра тяжести лопасти-поршня 4 от теоретического профиля движения центра тяжести практически не повлияет отрицательно 0 на динамику работы роторного двигателя внутреннего сгорания,

Предлагаемое конструктивное решение лопасти-поршня улучшает динамические качества работы двигателя при 5 движении и переходе лопасти-поршня с прямолинейного участка на радиусный участок.

Предлагаемая конструкция лопагти- поршня обеспечивает долговечность и надежность роторного двигателя внутреннего сгорания,

Конструкция лопасти-поршня увеличивает возможность форсирования по частоте вращения ротора.

Формула изобретения 1. Лопасть-поршень роторно-поршне- вого двигателя внутреннего сгорания, со-, держащая направляющие элементы, связанные с лопастью шарниром и снабженные роликами с опорами, установленными в отверстиях направляющих элементов, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности работы, в направляющих элементах лопасти ниже шарнира и параллельно его

5

оси выполнены отверстия, в которых установлен торсионный упругий элемент, снаб- женный рычагами с проушинами, обращенными в сторону рпор роликов, а опоры роликов выполнены в виде эксцентриковых цапф, наружные эксцентрики которых, снабженные роликами, смещены в разные стороны в плоскости, перпендикулярной продольной оси лопасти-поршня, а внутренние эксцентрики расположены в плоскости продольной оси лопасти-поршня в направлении шарнира и входят в проушины рычагов торсионного элемента.

2. Лопасть-поршень по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что на направляющих элементах по обе стороны рычагов торсионного элемента установлены ограничители-упоры.

Сущность изобретения: лопасть-поршень 4 содержит направляющие элементы, которые связаны при помощи шарнира с лопастью и снабжены роликами 5 с опорами, установленными в отверстиях направляющих элементов. Направляющие элементы снабжены отверстиями, расположенными ниже шарнира параллельно последнему, в которых установлены торсионные упругие элементы 27, снабженные рычагами 28 с проушинами, обращенными в сторону опор роликов 5. Опоры роликов 5 выполнены в виде эксцентриковых цапф, наружные эксцентрики которых смещены в разные сторо- ны в плоскости, перпендикулярной продольной оси лопасти-поршня 4, а внутренние эксцентрики расположены в плоскости продольной оси лопасти-поршня и входят в проушины рычагов 28 торсионного элемента 27. Наличие торсионного элемента позволяет перераспределить нагрузку на ролики в процессе работы и повысить надежность их работы. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

11

17

20

Фиь.1

r-r-co

CM

h

I

Ч

l

J- CNj «vg

21

Фиг. 5