RU2031224C1 - Rotor internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has a housing with the toroidal-cylindrical working surface. A rotor is mounted inside the housing. The rotor has radial grooves wherein blades-pistons are received. The surfaces of the rotor grooves is linear in the zone of toroidal working surface. As the result, contact stresses on the contacting surfaces and their edge friction decrease significantly. EFFECT: enhanced reliability. 8 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to power engineering, in particular to rotary internal combustion engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, ротор, радиальные пазы, в которых расположены лопатки.Корпус имеет пазы, в которых расположены лопатки, контактирующие с плоской гранью ротора-поршня. Поверхность паза заканчивается ребром, полученным в результате пересечения внутренней цилиндрической рабочей поверхности корпуса с плоскостью паза. В результате взаимодействия поверхностей лопаток с ребрами паза корпуса возникают значительные контактные напряжения, вызывающие кромочное трение и износ поверхностей лопаток, а следовательно, утечки рабочего тела, снижение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя. A known internal combustion engine comprising a housing, a rotor, radial grooves in which the blades are located. The housing has grooves in which the blades are in contact with the flat face of the rotor-piston. The surface of the groove ends with an edge obtained as a result of the intersection of the inner cylindrical working surface of the housing with the plane of the groove. As a result of the interaction of the surfaces of the blades with the edges of the groove of the casing, significant contact stresses arise, causing edge friction and wear of the surfaces of the blades, and consequently, leakage of the working fluid, decrease in reliability, mechanical efficiency and engine life.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого расположен ротор, имеющий радиальные пазы, в которых расположены лопатки-поршни. Closest to the invention in technical essence is a rotary internal combustion engine comprising a housing with a toroidal-cylindrical working surface, inside of which is located a rotor having radial grooves in which the piston vanes are located.

Поверхность паза ротора в зоне тороидальной поверхности выполнена в виде плоскости, пересекающей плоскость паза. При пересечении поверхности паза ротора с тороидальной поверхностью образуется ребро, которое как геометрическая линия имеет минимальный радиус перехода одной плоскости в другую. Лопатка-поршень, перемещаясь в пазу ротора, контактирует своей поверхностью с этим ребром с обеих сторон, что увеличивает кромочное трение лопатки-поршня в пазу ротора, в результате из-за разных удельных давлений со стороны ребра на поверхности лопатки-поршня возникает волнистость - нарушение плоскостности этих поверхностей. Это приводит к нарушению контакта уплотнительных элементов, расположенных в канавках стенок паза ротора с изнашиваемой поверхностью лопатки-поршня, а следовательно, к значительным утечкам рабочего тела, т.е. к снижению надежности, механического КПД и моторесурса двигателя. The surface of the groove of the rotor in the area of the toroidal surface is made in the form of a plane intersecting the plane of the groove. At the intersection of the surface of the groove of the rotor with the toroidal surface, an edge is formed, which, as a geometric line, has a minimum radius of transition of one plane to another. The blade-piston moving in the groove of the rotor contacts its surface with this rib on both sides, which increases the edge friction of the blade-piston in the groove of the rotor, as a result of which there is a waviness due to different specific pressures from the side of the rib on the surface of the blade of the piston - violation flatness of these surfaces. This leads to disruption of the contact of the sealing elements located in the grooves of the walls of the rotor groove with the wear surface of the piston-blade, and, consequently, to significant leaks of the working fluid, i.e. to reduce reliability, mechanical efficiency and engine life.

В роторно-поршневых двигателях, в которых заслонки лопатки-поршня значительно выдвигаются из паза ротора, имеют место значительные концентрации напряжений на рабочих поверхностях лопаток-поршней, контактирующих с рабочими поверхностями пазов ротора, что вызывает интенсивный износ рабочих поверхностей лопаток-поршней, нарушение плоскостности поверхности и выкрашивание металла с поверхности, напоминающее явление "питтинга", что снижает надежность, механический КПД и моторесурс двигателя. In rotary piston engines, in which the blades of the piston-piston are significantly extended from the groove of the rotor, there are significant stress concentrations on the working surfaces of the blades of the pistons in contact with the working surfaces of the grooves of the rotor, which causes intensive wear of the working surfaces of the blades of the pistons, violation of the flatness of the surface and chipping metal from the surface, resembling the phenomenon of "pitting", which reduces the reliability, mechanical efficiency and engine life.

Повышение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя приводит к повышению эксплуатационной эффективности двигателя, топливной эффективности при снижении эксплуатационных затрат. Improving the reliability, mechanical efficiency and engine life of the engine leads to increased operational efficiency of the engine, fuel efficiency while lowering operating costs.

Цель изобретения - устранение названных недостатков, а именно повышение надежности, механического КПД и моторесурса двигателя. The purpose of the invention is the elimination of these disadvantages, namely improving reliability, mechanical efficiency and engine life of the engine.

Цель достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью, внутри которого расположен ротор, имеющий радиальные пазы, в которых расположены лопатки-поршни, поверхность паза ротора в зоне переменной ширины ротора выполнена линейчатой и сопряженной с плоской поверхностью паза постоянной ширины ротора. The goal is achieved in that in a rotary internal combustion engine containing a housing with a toroidal-cylindrical working surface, inside of which there is a rotor having radial grooves in which the piston vanes are located, the surface of the rotor groove in the zone of variable rotor width is made linear and paired with a flat groove surface of constant rotor width.

Эта поверхность выполнена линейчатой с образующей в виде части циклоиды, в виде части овальной кривой, в виде части эллипса, в виде части улитки Паскаля. This surface is ruled with a generatrix in the form of a part of a cycloid, in the form of a part of an oval curve, in the form of a part of an ellipse, in the form of a part of a snail Pascal.

Выполнение поверхности паза в зоне переменной ширины ротора линейчатой и сопряженной с плоской поверхностью паза постоянной ширины ротора уменьшает величину контактных напряжений на контактируемых поверхностях и их кромочное трение. The execution of the groove surface in the area of the variable width of the rotor is linear and paired with the flat surface of the groove of the constant width of the rotor reduces the magnitude of the contact stresses on the contacted surfaces and their edge friction.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез роторного двигателя; на фиг. 2 - продольный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (увеличенный вид паза ротора с лопаткой-поршнем); на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 3; на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 4, показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части циклоиды; на фиг. 6 - вид по стрелке В на фиг. 4 показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части овальной кривой; на фиг. 7 - вид по стрелке В на фиг. 4, показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части эллипса; на фиг. 8 - вид по стрелке В на фиг. 4, показано выполнение линейчатой поверхности с образующей в виде части улитки Паскаля. In FIG. 1 shows a cross section of a rotary engine; in FIG. 2 is a longitudinal section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - node I in FIG. 1 (enlarged view of the groove of the rotor with a blade-piston); in FIG. 4 is a view along arrow B in FIG. 3; in FIG. 5 is a view along arrow B in FIG. 4 shows a ruled surface with a cycloid forming as a part; in FIG. 6 is a view along arrow B in FIG. 4 shows a ruled surface with a generatrix in the form of a part of an oval curve; in FIG. 7 is a view along arrow B in FIG. 4 shows a ruled surface with a generatrix in the form of a part of an ellipse; in FIG. 8 is a view along arrow B in FIG. 4 shows a ruled surface with a Pascal snail forming in the form of a part.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, внутри которого расположен ротор 2, имеющий радиальные пазы 3, в которых расположены лопатки-поршни, состоящие из лопаток 4, связанных шарнирами 5 с поршнями 6. Корпус 1 состоит из секторов всасывания 7, сжатия 8, сгорания и расширения 9, выпуска 10, впускного 11 и выпускного 12 коллекторов. Ротор 2 имеет боковую 13, линейчатую 14, тороидальную 15 поверхности, переходную кромку 16, плоскость паза 17, линию перехода 18 плоскости паза в линейчатую 14 поверхность и линию пересечения 19 линейчатой 14 поверхности с тороидальной 15 поверхностью. В корпусе 1 установлена свеча зажигания 20. Ротор 2 имеет диаметр ⌀_р и толщину δ_р, наружная тороидальная 15 поверхность выполнена радиусом r_п поршня.The rotary internal combustion engine comprises a housing 1, inside of which a rotor 2 is located, having radial grooves 3 in which piston blades are located, consisting of blades 4 connected by hinges 5 to pistons 6. Housing 1 consists of suction sectors 7, compression 8, combustion and extensions 9, exhaust 10, intake 11 and exhaust 12 collectors. The rotor 2 has a lateral 13, a ruled 14, a toroidal surface 15, a transition edge 16, a groove plane 17, a transition line 18 of the groove plane to the ruled surface 14 and a line of intersection 19 of the ruled surface 14 with the toroidal 15 surface. A spark plug 20 is installed in the housing 1. The rotor 2 has a diameter ⌀ _p and a thickness δ _p , the outer toroidal surface 15 is made of the radius r _{p of the} piston.

Роторный двигатель работает следующим образом. Rotary engine operates as follows.

При вращении ротора 2 по часовой стрелке, в секторе всасывания 7 происходит разрежение и горючая смесь (воздух) через впускной коллектор 11 поступает в сектор всасывания 7. Затем в результате изменения первоначального объема в секторе сжатия 8 происходит сжатие горючей смеси, которая всасывается в секторе сгорания 9 в результате искрообразования на свече 20 или впрыска топлива форсункой, при сгорании горючей смеси давление газов мгновенно растет и равномерно распространяется по всему сектору сгорания 9. When the rotor 2 rotates clockwise, a suction occurs in the suction sector 7 and the combustible mixture (air) enters the suction sector 7 through the intake manifold 7. Then, as a result of the change in the initial volume in the compression sector 8, the compression of the combustible mixture that is sucked in the combustion sector 9 as a result of sparking on a candle 20 or fuel injection by a nozzle, when a combustible mixture is burned, the gas pressure instantly increases and spreads uniformly throughout the combustion sector 9.

Вследствие того что лопатка 4 слева в секторе сгорания 9 максимально утоплена в пазу 3 ротора 2, а лопатка 4 справа максимально выдвинута, образуется избыточная поверхность относительно оси вала роторного двигателя. Due to the fact that the blade 4 on the left in the combustion sector 9 is maximally recessed in the groove 3 of the rotor 2, and the blade 4 on the right is maximally extended, an excess surface is formed relative to the axis of the shaft of the rotary engine.

В результате давления газов на избыточную поверхность образуется крутящий момент, вращающий ротор по часовой стрелке. Отработанные газы поступают в сектор 10 выпуска, откуда удаляются через выпускной коллектор 12 сначала под собственным избыточным давлением, а затем в результате их вытеснения при уменьшении объема в секторе выхлопа. Итак, процессы всасывания, сжатия, рабочий ход и выпуск повторяются. Причем рабочий цикл совершается за 360^о поворота ротора во всех четырех камерах. Каждый процесс (такт) совершается за 90^о поворота ротора. Лопатка 4, максимально выдвигаясь из паза ротора 3, не контактирует с кромкой СЕС₁, линейчатой 14 поверхности за линией перехода 18. В результате того что поверхность паза 3 ротора 2 выполнена линейчатой, трение плоскости лопатки 4 происходит по всей толщине δ_р ротора 2.As a result of the pressure of the gases on the excess surface, a torque is generated that rotates the rotor clockwise. The exhaust gases enter the exhaust sector 10, from where they are removed through the exhaust manifold 12, first under their own excess pressure, and then as a result of their displacement with a decrease in volume in the exhaust sector. So, the processes of suction, compression, stroke and release are repeated. Moreover, the working cycle is performed for 360 ^{about the} rotation of the rotor in all four chambers. Each process (cycle) is performed for 90 ^{about the} rotation of the rotor. The blade 4, the maximum advancing from the groove of the rotor 3 is not in contact with the edge of ECJ _1, a ruled line 14 of the transition surface 18. As a result of the fact that the surface of the groove 3 of the rotor 2 is ruled, the friction of the blade plane 4 occurs throughout the entire thickness of the rotor 2 δ _p.

Таким образом, сохраняется плоскостность обеих рабочих поверхностей по ширине лопаток 4 поршней 6 и пазов 3 ротора 2 в результате равномерного давления на поверхности лопаток 4 поршней 6 со стороны линии перехода СС₁ плоскости паза 17 в линейчатую 14 поверхность.Thus, the flatness of both working surfaces across the width of the blades 4 of the pistons 6 and the grooves 3 of the rotor 2 is maintained as a result of uniform pressure on the surface of the blades 4 of the pistons 6 from the side of the transition line CC _{1 of} the groove plane 17 to the ruled surface 14.

Предложенная конструкция роторного двигателя позволяет повысить надежность, механический КПД и моторесурс двигателя за счет значительного уменьшения кромочного трения, устранения концентрации напряжений на рабочих поверхностях лопаток поршней, контактирующих с рабочими поверхностями пазов ротора, сохранения, тем самым, плоскостности рабочих поверхностей лопаток-поршней. The proposed design of the rotary engine allows to increase the reliability, mechanical efficiency and engine life due to a significant reduction in edge friction, eliminating stress concentration on the working surfaces of the piston blades in contact with the working surfaces of the rotor grooves, thereby preserving the flatness of the working surfaces of the piston blades.

Claims (1)

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с тороидально-цилиндрической рабочей поверхностью и установленный в нем ротор с радиальными проходящими через зоны переменной и постоянной ширины последнего пазами под лопатки-поршни, отличающийся тем, что поверхность паза в зоне переменной ширины ротора выполнена линейчатой и сопряжена с поверхностью паза в зоне постоянной ширины ротора. INTERNAL COMBUSTION ROTARY ENGINE, comprising a housing with a toroidal-cylindrical working surface and a rotor installed in it with radial grooves for the last and constant width of the latter grooves for the piston vanes, characterized in that the groove surface in the variable rotor width zone is made ruled and paired with the surface of the groove in the zone of constant width of the rotor.

Images