RU2059833C1 - Оболочечный роторно-поршневой двигатель - Google Patents

Abstract

Использование: в роторно - поршневых двигателях и двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель содержит ротор, имеющий в поперечном сечении форму треугольной гипоциклоиды, который установлен с возможностью вращения внутри оболочки циклоидальной формы поперечного сечения, внутренняя и внешняя поверхности которой конгруэнтны, которая в свою очередь установлена с возможностью вращения в корпусе. Внутренняя поверхность последнего имеет в сечении форму пятиугольной гипоциклоиды. Двигатель снабжен клапанным механизмом газораспределения. 4 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению.

Известен роторно-поршневой двигатель, включающий ротор треугольной формы, вращающийся внутри рабочей полости специального профиля.

Известен также роторно-поршневой двигатель, включающий вращающийся внутри рабочей полости специального профиля ротор, дополнительно снабженный клапанным механизмом газораспределения.

Недостаток указанных технических решений в том, что внутренний объем двигателя используется недостаточно эффективно, и повышение габаритной мощности двигателя Р_г, определяемой формулой Р_г Р_л · К (Р_л литровая мощность, К коэффициент компактности) может быть достигнуто лишь за счет повышения литровой мощности.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности повышения габаритной мощности двигателя Р_г за счет увеличения коэффициента компактности.

Технический результат достигается тем, что в конструкции роторно-поршневых двигателей, содержащей ротор, вращающийся внутри специального профиля рабочей полости оболочки, последняя вращается внутри своей рабочей полости специального профиля.

На фиг. 1 представлены разрезы двигателя в проекции с переднего и заднего торца; на фиг. 2 кинематическая схема двигателя в аксонометрической проекции; на фиг. 3 продольный разрез задней части двигателя и схема расположения клапанов; на фиг. 4 различные фазы четырехтактного цикла.

Двигатель содержит корпус 1, имеющий рабочую полость специального профиля в виде пятиугольной гипоциклоиды, внутри рабочей полости расположена полая оболочка 2, внешний и внутренний профили поперечного сечения которой выполнены в виде четырехугольной гипоциклоиды, и расположенный внутри оболочки ротор 3, имеющий в поперечном сечении форму треугольной гипоциклоиды. В боковых крышках корпуса установлены дисковые герметичные подшипники, обеспечивающие герметичность рабочих пространств корпуса и оболочки и необходимую свободу рабочих пространств корпуса и оболочки и необходимую свободу движений оболочки и ротора. Свечи зажигания 4 установлены на передней стороне корпуса по углам рабочей полости. Центральный подшипник на переднем торце 5 соединен с диском 6, с которого снимается мощность. Внутри диска 6 размещено жестко связанное с оболочкой 2 и свободно вращающееся внутри диска 6 кольцо 7, внутри кольца 7 расположен свободно вращающийся диск 8, жестко связанный с шестерней 9, обкатывающейся внутри неподвижного зубчатого колеса 10. Внутри диска 8 свободно вращается жестко связанный с ротором 3 диск 11. С переднего торца на диске 11 и кольце 7 имеются впускные отверстия 12, по которым поступает охлаждающая ротор и оболочку жидкость, выходящая через выпускные отверстия 13, расположенные на заднем торце. С заднего торца также размещена система дисковых подшипников соосных дискам, размещенным на переднем торце. Так, диск 5' установлен соосно с диском 5, жестко связанное с оболочкой кольцо 7' соосно с кольцом 7, диск 8' соосно с диском 8, жестко связанный с ротором диск 11' соосно с диском 11. Параллельно дискам 5', 8', 11' и кольцу 7' установлены жестко связанные с ними соединенные диски 5'', 5''', 5'''' и кольца так, что в задней части двигателя образуются четыре изолированные друг от друга области I, II, II, IV. Через область I отводится охлаждающая ротор и оболочку смесь 14, через область II производится поступление горючей смеси 15 в рабочие камеры, выхлопные газы 16 отводятся через область III. Область IV ограничена неподвижной стенкой 17, имеющей рельефную поверхность с выпуклостями и впадинами, расположенными на траекториях движения толкателей 18 клапанов впуска 19 и выпуска 20, установленных соответственно во вращающихся дисках вблизи внешних сторон ротора и оболочки. Штанга клапана движется внутри направляющей втулки 21, клапан поджимается с помощью пружины 22 и в исходном состоянии полностью закрывает отверстие. Ротор и оболочка имеют торцевые уплотнения, а в вершинах углов радиальные уплотнения, которые постоянно поджимаются к внутренним стенкам корпуса и оболочки, в результате чего между оболочкой и корпусом образуются четыре изолированные друг от друга полости, а между ротором и оболочкой три изолированные друг от друга полости. При планетарном движении ротора и оболочки полости перемещаются, объем полостей между корпусом и оболочкой за один оборот оболочки пять раз увеличивается и пять раз уменьшается соответственно, объем полостей между оболочкой и ротором четыре раза увеличивается и четыре раза уменьшается за один оборот ротора относительно оболочки. Это позволяет последовательно осуществлять в каждой из полостей процессы впуска, сжатия, сгорания и разрежения, выпуска, составляющие четырехтактный цикл.

При вращении диска 6 против часовой стрелки центр оболочки 2 движется по окружности вокруг центра диска 6 против часовой стрелки. При этом вследствие того, что область движения оболочки ограничена циклоидальной полостью, происходит вращение оболочки вокруг своей оси по часовой стрелке (планетарное движение), так что за один полный оборот диска 6 оболочка совершает 1/4 полного оборота вокруг своей оси. За это время происходит пять тактов газораспределения на различных, граничащих с внутренней поверхностью корпуса, сторонах оболочки. Жестко связанная со свободно вращающимся внутри кольца 7 диском 8 шестерня 9 обкатывается внутри неподвижного зубчатого колеса 10, вращаясь при этом по часовой стрелке вокруг своей оси. Одновременно жестко связанный с ротором диск 11 вращается против часовой стрелки. За один полный оборот диска 8 относительно кольца 7 ротор совершает 1/3 полного оборота вокруг своей оси, при этом на различных граничащих с внутренней поверхностью оболочки сторонах ротора происходит четыре различных такта полного цикла. Отношение числа зубцов шестерни 9 и зубчатого колеса 10 выбирают таким образом, чтобы за один полный оборот диска 6 шестерня 9 совершала 3/2 оборота вокруг своей оси (тогда диск 8 будет совершать 5/4 оборота относительно кольца 7 и на различных сторонах ротора будет происходить пять тактов цикла столько же, сколько и на внешних сторонах оболочки).

При вращении дисков толкатели клапанов, установленных в дисках, будут двигаться по своим траекториям и, следуя неровностям задней стенки 17, будут периодически воздействовать на клапаны, управляя таким образом процессом газораспределения (т.е. стенка 17 играет как бы роль распределительного вала).

Охлаждающая жидкость за счет действия центробежных сил будет всасываться во входные отверстия 12, проходить по каналам охлаждения внутри ротора и оболочки и выбрасываться через выходные отверстия 13. Охлаждение корпуса и уравновешивание двигателя осуществляются обычным способом. Применение деталей из жаропрочных керамических и композитных материалов позволяет отказаться от системы охлаждения и упростить конструкцию.

Мощность снимается непосредственно с диска 6 либо с подсоединенного к нему коленчатого вала.

На фиг. 4 представлены различные фазы четырехтактного цикла.

При положении I в полости A закончен процесс выпуска и начинается процесс впуска, в это время в полости В продолжается процесс сжатия, а в полости С процесс разрежения. В полости D полностью закончился процесс расширения, в полости Е продолжается процесс впуска, в полости F, объем которой стал минимальным, происходит процесс воспламенения и сгорания смеси, в полости G продолжается процесс выпуска.

При положении II в полости A продолжается процесс впуска, в полости В закончился процесс сжатия, к свече подводится ток высокого напряжения, с помощью электрической искры горючая смесь зажигается, происходит процесс ее сгорания, в полости С и полости D продолжается процесс выпуска, в полости Е, объем которой стал максимальным, закончился процесс впуска, в полости F продолжается процесс расширения, в полости G, объем которой стал минимальным, закончился процесс выпуска.

При положении III в полостях A, E продолжается процесс сжатия, в полости В продолжается процесс расширения, в полостях С, D, объем которых стал минимальным, закончился процесс выпуска и начинается процесс впуска, в полости G, объем которой стал максимальным, закончился процесс расширения и начинается процесс выпуска.

При положении IV в полостях A, Е закончился процесс сжатия, происходит воспламенение и сгорание смеси, процессы воспламенения в этих полостях несколько разнесены во времени: сначала происходит воспламенение смеси в области Е, затем, когда свеча 4 перекрывается оболочкой и оказывается внутри области A, происходит воспламенение смеси в области A, таким образом та же свеча используется для воспламенения смеси как в полости между корпусом и оболочкой, так и в полости между оболочкой и ротором. В полостях В, F продолжается процесс выпуска, а в полостях С, D процесс впуска. В полости G, объем которой стал максимальным, закончился процесс впуска. К начальному положению (положению I) ротор повернется вокруг своей оси на 1/3 оборота, а оболочка совершит 1/4 полного оборота.

Claims (1)

1. ОБОЛОЧЕЧНЫЙ РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий оболочку с полостью циклоидальной формы, внутри которой размещен с возможностью вращения ротор циклоидальной формы, отличающийся тем, что внутри внешней оболочки размещена с возможностью вращения по меньшей мере одна дополнительная оболочка, охватывающая ротор, при этом каждая дополнительная оболочка выполнена в виде трубчатого корпуса циклоидальной формы поперечного сечения, внутренняя и внешняя поверхности которой конгруэнтны, причем число вершин в сечении охватывающей ротор дополнительной оболочки на единицу больше числа вершин в поперечном сечении ротора, число вершин в сечении каждой последующей оболочки на единицу больше числа вершин в сечении каждой предыдущей.

Images