Роторно-поршневий двигун внутрішнього згорання

Изобретение относится к роторно-поршневым двигателям и может быть использовано в качестве двигателей на автомобилях, мотоциклах и других транспортных средствах, а также в качестве компрессоров и насосов. Известны роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания, рабочие поверхности ротора и полости корпуса которых выполнены по сложным кривым (трохоиде, эпитрохоиде, огибающей эпитрохоиде и других кривых второго порядка). Изготовление деталей с такими кривыми является довольно сложными и трудоемкими технологическими процессами. Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, рабочую полость, образованную внутренней поверхностью корпуса, образующая которой в поперечном сечении выполнена в виде асимметричной кривой, треугольный ротор с жестко установленным на нем зубчатым венцом внутреннего зацепления, коленчатый вал, зубчатое колесо внешнего зацепления, установленное на его промежуточной шейке с возможностью вращения, штифт, жестко связанный с последним и кинематически с пазом, выполненным в боковой стенке корпуса двигателя, в котором образующая внутренней полости корпуса двигателя выполнена по кривой, описываемой системой уравнений а паз в стенке корпуса выполнен фигурным, осевая линия которого выполнена по кривой, описываемой системой уравнений где - угол поворота коленчатого вала; - угол поворота ротора; - расстояние от центральной оси треугольного ротора до его вершины; - расстояние от оси вращения коленчатого вала до центральной оси треугольного ротора; - расстояние от оси вращения вала до оси зубчатого колеса; - значение абсциссы; - значение ординаты. (а.с. СССР №1404668, F02B53/00, опубл. в. Б. изд. №23, 1988г.). Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: - корпус с рабочей полостью; - выполнение ротора с боковыми выпуклыми криволинейными гранями; - размещение ротора в полости корпуса двигателя; - установка ротора в полости корпуса эксцентрично; - установка ротора в полости корпуса с образованием равномерно расположенных рабочих камер. Причиной, препятствующей получению технического результата, заключающего в упрощении конструкции деталей, двигателей и облегчения технологии их изготовления, является чрезвычайно сложная форма выполнения образующей внутренней полости корпуса двигателя. Кроме сложности конструкции деталей затруднен контроль при их изготовлении. Известен также роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочей камерой, выполненной в виде двухдуговой эпитрохоиды с малой и большой осями, и установленный в камере с возможностью вращения трехгранный ротор-поршень, контур которого сопряжен с внутренней огибающей профиля рабочей камеры, профиль последний выполнен с коррекцией эпитрохоиды по периодической кривой, начало которой совпадает с одной из осей эпитрохоиды, а период кратен периоду эпитрохоиды при этом коррекция в зоне малой оси эпитрохоиды выполнена радиально наружу, а профиль периодической кривой образован косинусоидой (А.с. СССР № 818497, кл.3 F02B53/08, опубл. Б. изд. №12, 1981г.). Общими признаками аналога и заявляемого изобретения являются: - корпус с рабочей камерой (полостью); - рабочая камера корпуса выполнена профилированной; - ротор выполнен с боковыми выпуклыми криволинейными равноразмерными гранями; - ротор установлен в рабочей камере (полости) корпуса; - ротор установлен в рабочей камере (полости) корпуса эксцентрично; - ротор установлен в рабочей камере (полости) корпуса с образованием равномерно расположенных рабочих камер. Причиной, препятствующей достижению упомянутого технического результата является сложная форма выполнения профиля рабочей камеры корпуса двигателя и контура ротора. В качестве прототипа выбрана роторно-поршневая машина, преимущественно тепловая машина, содержащая неподвижный корпус с профилированной рабочей камерой, ротор-поршень, установленный на эксцентрике выходного вала с возможностью планетарного движения, золотник подачи рабочей среды в камеру, образованный каналами и окнами в выходном валу и роторе поршне, выпускной коллектор и систему охлаждения, при этом в выходном валу выполнены дополнительные каналы, для отвода рабочего тела, связанные с выпускным коллектором и образованные радиальными сверлениями и кольцевой канавкой, а также полость охлаждения, расположенная соосно с каналом подачи рабочей среды и соединенная с системой охлаждения корпуса, золотник снабжен подвижным башмаком с цилиндрическим хвостовиком, расположенным перпендикулярно оси вращения вала и поджатым к поверхности ротора-поршня (А.с. СССР №1518556, кл.4 F02B53/00, опубл. в Б. изд. №40, 1989). Общими признаками прототипы с существенными признаками заявляемого изобретения являются: - корпус с полостью (рабочей камерой); - полость корпуса (рабочая камера) выполнена по форме призмы с четным числом равных граней, параллельных оппозитным; - ротор выполнен с боковыми выпуклыми криволинейными гранями; - ротор установлен в полости (рабочей камере) корпуса; - ротор установлен в полости корпуса двигателя эксцентрично; - ротор установлен в полости корпуса с образованием равномерно образуемых рабочих камер; - вал соединен с ротором. Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, выражается в упрощении конструкции ротора и корпуса, в облегчении технологии и контроля их изготовления, в предотвращении нагрузок ротоpa на стенки полости корпуса и снижения вибрации при работе двигателя. Причинами, препятствующими получению указанного технического результата, являются сложность форм рабочих поверхностей ротора и корпуса. В основу изобретения поставлена задача создать такой роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором упрощение конструкций ротора и корпуса позволило бы облегчить технологию и контроль их изготовления, обеспечило бы плавный характер движения ротора в корпусе, уменьшение нагрузки ротора на стенки полости корпуса, вследствие чего уменьшить стоимость изготовления и увеличить долговечность и надежность работы двигателя. Задача была решена тем, что в известном роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания с неравным числом граней полости корпуса и граней ротора, включающем корпус с полостью, выполненной по форме призмы с четным числом равных граней, параллельных оппозитным, эксцентрично установленный в полости корпуса ротор с боковыми криволинейными равно-размерными гранями и закругленными ребрами, контактирующими с поверхностью полости корпуса и образующие рабочие камеры и вал, соединенный с ротором, выпуклость криволинейных граней и закруглений противолежащих им ребер ротора выполнены по дугам окружности радиусами из общих центров, и вал выполнен гибким, Заявляемое изобретение отличается от прототипа следующими существенными признаками: - выпуклость криволинейных граней и закруглений противолежащих им ребер ротора выполнены по дугам окружности радиусами из общих центров; - вал выполнен гибким. Все существенные отличительные признаки заявляемого изобретения являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата. Выполнение рабочих поверхностей (граней и ребер) по дугам окружности вместо кривых второго и высших порядков, позволило упростить конструкции деталей двигатели, упростить и удешевить процесс их производства и облегчить при изготовлении этик деталей, кроме того, выполнение дуг окружностей радиусами из общего центра обеспечило постоянство охватываемого размера ротора, что в свою очереди дало возможность обеспечить надежный контакт рабочей поверхности ротора с поверхностью полости корпуса, уменьшить радиальные нагрузки, уменьшить износ и вибрацию, повысить долговечность и надежность работы, таким образом использование совокупности существенных признаков заявляемого изобретений позволило получить технический результат, что свидетельствует о наличии причинноследственной связи между совокупностью упомянутых признаков и достигаемым техническим результатом. Сущность изобретения поясняется чертежами, где; На фиг.1 - показано в изометрии схематическое изображение предлагаемого двигателя; На фиг.2 - поперечное сечение предлагаемого двигателя, в шестигранной полости которого помещен 5-гранный ротор; На фиг.3 - поперечное сечение двигателя, в шестигранной полости корпуса которого помещен 7-гранный ротор; На фиг.4 - соединение ротора с валом посредством карданных валов. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержит корпус 1, ротор 2 и вал 3. Корпус 1 выполнен из износостойкого материала и снабжен полостью 4, которая имеет форму правильной призмы с параллельными оппозитными гранями. Число граней должно быть четным, т.е. 4, 6, 8, 10, 12 и т.д. Верхний предел числа граней полости зависит от размеров корпуса 1 и мощности двигателя. Чем больше по размеру корпус 1, тем большее число граней можно выполнить в полости 4. Предел количества граней полости 4 корпуса 1 ограничен техническими возможностями производства. Расстояние между противоположными гранями корпуса 1 обозначим буквой На торцах корпуса имеются две крышки 5. Размеры отверстий 6 под вал 3 больше диаметра вала 3. Ротор 2 выполнен с боковыми выпуклыми криволинейными гранями 7 и закругленными ребрами 8. Количество граней 7 на единицу меньше или больше числа граней полости 4 корпуса 1, т.е. число граней 7 ротора 2 должно быть нечетным. Каждая грань 7 и ребро 8 в роторе 2 выполнены по дугам окружности. Центры 9 радиусов криволинейных граней 7 и закруглений противолежащих им ребер 8 являются общими. Центры 9 радиусов и равномерно расположены по окружности поперечного сечения ротора 2 (или по цилиндрической поверхности в теле ротора 2). Центры 9 радиусов и находят следующим образом. На заготовке ротора 2 вычерчивают окружность, диаметр которой определяют по формуле: где - число граней ротора. Потом окружность равномерно делят на число, равное количеству граней ротора 2. Точки разделения окружности и будут общими центрами 9 радиусов и Радиус кривизны криволинейных граней 7 ротора 2 зависит от расстояний между противоположными параллельными гранями корпуса 1 и размером радиуса закруглений ребер 8 т.е. Эта зависимость исходит из того, что расстояние между противоположными (оппозитными) параллельными гранями полости 4 равно сумме радиусов закруглений граней 7 и ребер 8 ротора 2При этих условиях в любом положении ротора 2 во время его вращения в полости 4 его рабочие поверхности контактируют с гранями полости 4 корпуса 1, Ротор 2 установлен в полости 4 так, что его грани 7 и ребра 8 контактируют с поверхностью полости 4 и при вращении ротора 2 между гранями полости 4 и гранями 7 и ребрами 8 ротора, разграниченными линиями контакта, образуются рабочие камеры 10. Последние в местах соприкосновений граней полости 4 снабжены камерами сгорания, впускными и выпускными клапанами и воспламеняющими устройствами (на чертеже не показаны). При вращениях ротора 2 в полости 4 корпуса 1 объем рабочих камер 10 плавно меняется, что позволяет осуществить всасывание, сжатие горючей смеси и выхлоп отработанных газов, т.е. осуществить обычные для двигателя внутреннего сгорания рабочие такты. В качестве вала 3 могут быть использованы известные в технике гибкие или карданные валы, необходимые для передачи крутящего момента и допускающие эксцентриситет вращения ротора 2. Концы вала 3 закреплены в подшипниках 11. В случае использования карданного вала в подшипниках 11 следует разместить плавающие валы 12, между которыми и ротором 2 закреплены карданные валы 13 с шарнирами Гука 14. Предлагаемый двигатель работает по четырехтактному циклу. При вращении ротора 2 в полости 4 корпуса 1 между ребрами 8 и поверхностью полости 4 образуются рабочие камеры 10, изменяющиеся по объему. При увеличении объема рабочей камеры 10 последняя через впускной клапан заполняется горючей смесью. При дальнейшем вращении ротора 2 объем рабочей камеру 10 уменьшается и происходит сжатие горючей смеси. При наименьшем объеме рабочей камеры 10, когда горючая смесь максимально сжата, она посредством смечи воспламеняется. Образующиеся газы давят на грани 7 вращающегося ротора 2 и способствует его вращению. При достижении объема рабочей камеры 10 к максимальному открывается выпускной клапан для выхода отработанных газов. После него цикл повторяется. Цикл рабочих тактов предложенного двигателя за один оборот ротора 2 определяется по формуле где - число тактов, - число граней полости корпуса, - число граней ротора. Так, для двигателя, поперечное сечение которого показано на фиг.3, число рабочих тактов будет равно: Выполнение выпуклых граней 7 ротора 2 и закруглений ребра 8 их общих центров 9 дает возможность получить плавное с непрерывающимся контактом вращение ротора 2 в полости 4, что обеспечивает герметичность рабочих камер 10 при вращении ротора 2. Закрепление ротора 2 на гибком валу 3 позволяет ротору 2 совершать радиальные перемещения в полости 4 корпуса 1, что является необходимым условием для свободного вращения ротора 2 в полости 4, т.к. центр ротора 2 вынужден совершать радиальные смещения относительно граней полости 4 корпуса 1. В отличие от известных роторно-поршневых двигателей в заявляемом двигателе "свободная установка" ротора в полости 4 дала возможность получить работоспособный двигатель с большим числом рабочих тактов за один оборот ротора. Основным преимуществом заявляемого двигателя - это простота форм рабочих поверхностей ротора и полости корпуса, Выполнение граней полости корпуса плоскими и криволинейных граней ротора по дугам окружности облегчает технологию их изготовления, что уменьшает стоимость изготовления и обслуживания. При этом, увеличение числа рабочих тактов за один оборот ротора позволило повысить мощность двигателя при том же его объеме. Размещение рабочих камер 10 в момент воспламенения горючей смеси на противоположных сторонах ротора позволит уменьшить ударные нагрузки на ротор и вал, уменьшить амплитуду колебаний ротора и, как следствие повысить долговечность и надежность работы двигателя. Предлагаемый двигатель может быть изготовлен на известном оборудовании, имеющимся на заводах Украины и других стран.