RU5823U1

RU5823U1 - Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Info

Publication number: RU5823U1
Application number: RU96120408/20U
Authority: RU
Inventors: Юлий Александрович Бакиров
Original assignee: Юлий Александрович Бакиров
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-01-16

Abstract

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами и внутренней полостью, образующей вместе с внутренней рабочей поверхностью его торцевых крышек рабочую камеру, в которой на валу установлен ротор с боковыми гранями, радиальные и торцевые пластины, установленные в пазах, выполненных в роторе, для уплотнения рабочих отсеков упомянутой рабочей камеры корпуса, образованных внутренними рабочими поверхностями корпуса и его торцевых крышек и боковыми гранями ротора, и слои теплоизоляционного покрытия, нанесенные на внутренние рабочие поверхности корпуса и его торцевых крышек по меньшей мере в зоне рабочей камеры корпуса, в которой происходит сгорание топлива и расширение продуктов сгорания, отличающийся тем, что слои упомянутого покрытия нанесены на боковые грани ротора.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что слой теплоизоляционного покрытия нанесен на внутреннюю поверхность выпускного канала.3. Двигатель внутреннего сгорания по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве материала упомянутого покрытия используется композиционный материал, состоящий из твердых включений фазы α - AlO, распределенной в матрице из γ - AlOи соединениях муллита 3AlO• 2SiO.

Description

6f /

РОТОРНО-ПОРШНВВОЙ ДЕИГАТЕЯЬ ШШРШ1ЕГО CrOFJffiHH

Полезная модель относится к роторно-пор;шеЕым двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно, к устройствам для тепловой изоляции его основных элементов.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным клаланами и внутренней полостью, обра-зующей вместе с внутренней рабочей поверхностью его торцевых крышек рабочую камеру, в которой на валу установлен ротор с боковы /ш гранями,/радиальные и.торцевые пластины, установленные в пазах, BHnojmeHHHX в роторе, для уплотнения рабочих отсеков, образованных внутренними рабочими поверхностями корпуса и его торцевых крышек и боковьми гранями ротора (патент СССР % 639475, Ю2В 53/12, опубл. 1979 г.).

Отсутствие теплоизоляции рабочих отсеков роторно-поршневого двигателя приводит к большому отводу теплоты в систему охлаждения и уменьшению доли теплоты, преобразуемо в эффективную ра,боту, и как следствие к онмжению к.п.д. двигателя и его техшжо-экономических показателей, а также к повышению неполноты сгорания топливовоздувшой смеси в двигателе и к увеличению содержания токсичных веществ в отработавших газах.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с Бпускнш и вЕпускним каналами и внутренней полостью, образующей вместе с внутренней рабочей поверхностью его торцевых крышек рабочую камеру, в которой на валу установлен ротор с боковыми граняг/й, радиальное и торцевые пластины, установленные в

МКИ FOIC 21/06 5;02B 53/00

пазах, выполненных в роторе, для уплотнения рабочих отсеков, образованных боковкми гранями ротора и внутренними рабочими поверхностями корпуса и его торцевых крышек, и слои теплоизоляционного покрытия, нанесенные на внутренние рабочие поверхности корпуса и его торцевых крышек, по меньшей мере, в зоне рабочей камеры корпуса, в которой происходит сгорание .топлива и расширение продуктов сгорания. Упомянутое теплоизоляционное поьфытие может быть вьшолнено из

пористого металла или керамического материала, например, окиси циркония и др. (патент СЖ Ж 402II63, кл. 418-83, опубл. 1977 г.).

При таком выполнении роторно-поршневого двигателя несколько снижается количество тепла, теряемого в систему охлаждения, однако

не удается достигнуть существенного улучшения технико-экономических показателей двигателя вследствие недостаточного снижения теплоотвода из рабочих отсеков при отсутствии слоев теплой8олш.щонного покрытия на боковых гранях ротора, а также на стенках выпускного канала и вследствие недостаточно высоких теплозащитных свойств используемого теплозащитного покрытия. Кроме того, используемые,покрытия недостаточную высокую прочность сцепления с основой (адгезию) и требуют наличия промежуточных элементов между ними и основой.

Задачей, на которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение технико-эконоьшческих показателей роторно-поршневого двигателя путем уменьшения теплоотвода от горячих газов в охлаждающую среду из зонк рабочей камеры корпуса, в KOTo.pot осуществляется сгорание топлива (топливовоздушной смеси) и расширение продуктов сгорания, а также за счет теплоизоляции выпускного канала. Используемое при.этом таплоизолящонное покрытие, наносимое на рабочие поверхности элементов заявляемого роторно-пордшевого двигателя, должно обладать высокими теплозащтными свойствами, термостойкостью и коррозиош-ю-сто11костью,.а таклсе высокмьш микротвердостью и прочностью сцепления с основой (адгезией).

Поставленная задача решается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с впускным и выпускным каналами и вкутреннек полостью, образующей вместе с внутренней рабочей поверхностью его торцевых крышек рабочую камеру, в которой

- 1 -.. .,... ,

на валу установлен ротор с боковнмр гранями, радиальные и торцевые пластинк, установлбршые в пазах, выполненных в роторе, для уплотнения рабочих отсеков, образованных боковьлш гранями ротора и внутреннш ш рабоч1йми поверхностями корпуса и его торцевых крышек, и слой теплоизоляционного покрытия, нанесенные на внутренние рабочие поверхности корпуса и его торцевых крышек, по меньшей мере, в зоне рабочей корпуса, в которой происходит сгорание топлива и расижрение продуктов сгорания, слои упомянутого покрытия нанесенк/на боковые гранЕь. ротора.

Слой упомянутого нанесен также на внутреннюю поверхность Bbinji cKHoro канала.

В качестве материала для упомянутого покрытия используется КОМПОЗИЦИОННЫЕ материал, состоящий из твердых включений - распределенной в матрице из и соединениях муллита

2 CcOg.

Еа фиг. I приведено схематичесш1 поперечное сечение заявляемого роторно-порашевого двигателя, на шиг. 2 показано сечение АД фиг I, на фиг. 3 показан слой покрытия, нав:оси)шй на поверхности деталей.

Роторно-порошевой двигатель содержит корпус I с внутренне рабочей поверхностью 2, ограничивающей полость, которая образует вместе с внутренними .абочимш поверхностями 3, 4 его торцевых крышек 5, 6 рабочую камеру 7, экцентриковы вал 8 с эксцентриком 9, установленный внутри корпуса в подшипниках (не показаны), размещенных в крышках

.

5 и 6, и ротор 10, свободно посаженный на аксцентрик 9.

РотОр Б даЕН01 1 примере выполнения двигателя имеет три боковые грани II, 12 Б 13, при этомВ поперечном сечении ротор имеет форму равностороннего треугольника со сторонами, очерченншш по дзте. Между боковыг/ш гранями II, 12, 13 ротора и рабочьиж поверхностями 2, 3 и 4 корпуса и его кркшек в рабочей камере 7 образованы рабочие отсеки переменного объема 14, 15, 16. Уплотнение этих отсеков состоит из размещенных в пазах 17 ж 18 ротора радиальных уплотнительных пластин 19 (по одной на каждый выступ ротора), торцевых пластин 20 (три торцевые пластиш- на каждом торце ротора соответственно числу рабочих отсеков) и угловых сухариков (по три сухарика на каждом торце ротора соответстЕенно числу выступов ротора, не показаны). Под упомянутьмй пластинами ш сухарика ш размещены генерированные ленточные пружины (не показаны), прижимающие рабочие поверхности 21 и 22 уплотните льных пластин 19, 20 к внутренним рабочим поверхностям 2, 3 и 4 корпуса и его крышек.

Поперечное сечение внутренне рабочей поверхности 2 корпуса / Емеет прос|иль экБидистанты к эпитрохоиде, описываемой вершиноЕ каждого выстзша ротора при его планетарном движении внутри корпуса, и отстоЕТ от нее на величину радиуса скругления радиальных шлотнительныХ пластин. В корпусе выполнены вщюкной 23 и выпускной 24 каналы и установлена свеча зажигания 25,-электродь: которой размещены в рабочей

камере 7. Впускной канал 23 сообщен с впускным трубопроводом, а выпускной 24 с выпз скной трубок ж глушителем (не показаны). В стенках корпуса I и крь:шек 5 и 6 выполнены охлаждающе полостр 26, 27, 28.

На вЩТренних рабочих поверхностях 2, 3 и 4 корпуса I и его торцевых крышек 5 и 6 по меньшей мере, в зоне рабочей камеры 7 корпуса, в которой ПРОИСХОДИТ сгоранае топлива (топл1аво-возду1шо1: смеси) и

4.

расжлренйб продз КтоБ сгорешш, имеются слои теплоизоляционного покрытия соотЕетстЕбнно 29, 30 и 31. Слои 32, 33 ж 34 такого же Еокрктия нанесень; на боковые граш II, 12 а 13 ротора 10, а слой 35 на

Бнутреннюю поверхность выпускного канала 24.

Б качестве материала для: упомянутых слоев покргтия используется кристаллические КОМПОЗИЦИОННЫЕ двсперсно-упрочненный пористый катернал ячеистой глобулярной структуры, состоящий из твердых включений фазы ОС- (35-40), распределенной в матрице жз - (40-50у) и соединешШХ муллита С (До 100). Толщина слоя составляет 0,1-0,3 мм. Упомянутый материал обладает низкой теплопроводностью, а имеющиеся в нем поры радиуса 0,075-0,2 мм усиливают его теллозащитные свойства, при этом оптимальная толщина стенок между соседними порами составляет 0,18-гО,22 их радауса. При толщине стен1Ш А-шжду соседнш.ш порами 0,0154-0,04 мм межосевое расстояние пор составляет 0,I8-fO,48 мм. Для нанесешая покрытия на детали двигателя(из алюминиевых сплавов, например, AE5Ivi7 ж чугуна) предпочтительно использование технологии анодно-катодного мршродугоього оксидирования (см. например, Республикански научно-технический семинар Анод 88, 16.02.1988 г. тезисы докладов, г. Казань, 1988, с. 73-82).

Объемы рабочих отсек.ов 14, 15 и 16 при вращении вала 8 и связанного с нш/; ротора 10 непрерывно изменяются от ьшггш-лального до максимального и наоборот. В каждом из отсеков осуществляется полный четырехтактны : цикл, при этом газообмен в них происходит через впускной 23 и выпускной 24/CdHfi/atf, к которым отсеки 14, 15 и 16 последовательно подводятся: при вращенш вала 8. Воспламенение заряда, вво,щ1гуюго в эти отсеки, осуществляется свечой зажигания 25.

На фиг. I СПЛОШНЫА1И и штрихпунктирнЕМИ ЛИНИЯМИ показаны положения ротора 10, соответствующие Ш1шшальному и максжшльномз объемам

рабочего отсека 14, Е образовакии которого задействована боковая грань II. Положение ротора 10, изоораженное СПЛОШНРМИ лиьшями,. Ери котором объем отсека 14 ivoiHmMajLbHbifi, соответствз ет концу такта сжатия. Незадолго до этого положения ротора междз элактродшж свечи зажигания 25 проскаьсивает искра, подг игающая топливо (рабочую смесь) в отсеке 14. Весь заряд восплаг..1еняется, давление в рабочем отсеке возрастает и при дальнейшем вращении ротора между равнодеЕствзЮщей СР1Л давления газов на поверхность ротора в отсеке 14 и осью эксцентрикового вала 8 появляется плечо, а, следовательно, и молшнт, заставляющий вал вращаться. При этом осуществляется рабочий ход, или такт расширения продуктов сгорания. При дальнейшем вращении вала объем рабочего отсека возрастает и в конце рас111Р1рения газов достигает максимальной величины (положение ротора показано штрих-пунктирной линией). Дри сообщении полости рабочего отсека 14 с выпзскным окном начинает происходить выташшвание через него продуктов сгорания в ВЕПз скную трубу. Таким образом, протяженность ЗОНЕ рабочей кшлеры, в которой происход11Т сгорание топжва (топливоьоздупшои ) и расшрение продуктов сгорания, образованное внутренними рабочими поверхностяьш корпуса и его торцевых крышек, характеризуется расстоянием менаду точками 36 и 37 по образующей внутренней рабочей поверхности 2 корпуса по направлению вращения вала ротора, где позиция яи 36 и 37 обозначены разноименные выступы ротора боковой грани II при двук изображенных последовательных положениях ротора. Это расстояние несколько превышает расстояние по упомянутой образующей от места расположения свечи залйсгания 25 до выпускного канала 24 по направлению вращения ротора. Но с учетом того, что наиболее интенсивное тепловыделение в двигателе Ш1еет место на такте расширения продуктов сгорания и в процессе продолжающегося при этом сгорания топлива, протяженность упомянутом зоны рабочей камеры 7, которую целесообразно теплоЕзоларовать лшжет быть ограничена, как и в прототипе, расстоянием до упомянутой образующей между точками 38 и 39, где позицией 38

обозначен соответствующжу выступ ротора, а позицией 39 - кромка выпускного канала. При работе двигателя нал11чже слоев покрытия как на внутренних рабочих поверхностях корпуса и его торцевых крышек, по меньшей мере, в зоне рабочей камеры, где происходит сгорание и расширение продуктов сгорания, так и на боковых гранях ротора, обеспечивает сзтцественное уменьшение отвода тепла из рабочей камеры корпуса в охлаждающую среду и повышение полноты сгорания, и, как следствие, повышение индикаторного-к.п.д. двигателя, а также уменьшени.е содержания СО ж Ш в отработавших газах.

Дополнительное снршение теплоотвода от горячих газов в охла;€дающую среду достигается за счет теплоизоляции выпускного канала .

Упомянутые эс Фекты дополнительно увеж1чива.ются благодаря использованию в качестве материала покрытия упомянутого композитдионного пористого гаатерршла, тлеющего пониженную теплопроводность, оптшдальнь е соотношения составляющих компонентов, оптимальные значения глубины слоя II геометрические параметры его профиля (структуры). Кроме того, используемый материал ш 1еет более высокую адгезию, чем материалы используемые в прототипе, и позволяет исключить промелсуточнт слой между основой и слоем покрытия и, как следствие, упростить ж удешевить технологию изготовления деталей роторно-поршневого двигателя.

Claims

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами и внутренней полостью, образующей вместе с внутренней рабочей поверхностью его торцевых крышек рабочую камеру, в которой на валу установлен ротор с боковыми гранями, радиальные и торцевые пластины, установленные в пазах, выполненных в роторе, для уплотнения рабочих отсеков упомянутой рабочей камеры корпуса, образованных внутренними рабочими поверхностями корпуса и его торцевых крышек и боковыми гранями ротора, и слои теплоизоляционного покрытия, нанесенные на внутренние рабочие поверхности корпуса и его торцевых крышек по меньшей мере в зоне рабочей камеры корпуса, в которой происходит сгорание топлива и расширение продуктов сгорания, отличающийся тем, что слои упомянутого покрытия нанесены на боковые грани ротора.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что слой теплоизоляционного покрытия нанесен на внутреннюю поверхность выпускного канала.

3. Двигатель внутреннего сгорания по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве материала упомянутого покрытия используется композиционный материал, состоящий из твердых включений фазы α - Al₂O₃, распределенной в матрице из γ - Al₂O₃ и соединениях муллита 3Al₂O₃ • 2SiO₂.