Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (варианты), механизм качания лопастей, узел уплотнительных элементов лопастей и подшипниковая опора механизма качания лопастей

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (варианты), механизм качания лопастей, узел уплотнительных элементов лопастей и подшипниковая опора механизма качания лопастей

Реферат

 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения. Изобретение позволяет уменьшить вес и габариты двигателя, повысить экономичность и надежность, улучшить экологические характеристики и увеличить ресурс работы двигателя. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, камеру сгорания, выходной вал, два неравномерно вращающихся блока лопастей с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизм качания лопастей, осуществляющий кинематическую связь выходного вала с блоками лопастей и включающий шестерни, закрепленные на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма, причем в корпусе образованы рабочие камеры переменного объема с зонами расширения и зонами сжатия в зависимости от угла поворота выходного вала. Двигатель характеризуется различными вариантами газовых соединений рабочих камер. 7 с. и 25 з. п. ф-лы, 32 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве силовой установки транспортного средства.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, два блока лопастей с боковыми крышками и центральными втулками, причем в каждом блоке лопастей выполнены две лопасти и блоки лопастей кинематически связаны с выходным валом посредством механизмов их качания относительно выходного вала и образуют в корпусе рабочие камеры переменного объема и создают в этих камерах в зависимости от угла поворота выходного вала зоны расширения и всасывания, а в механизме качания использованы шарниры Гука (RU, C1, 2016239).

Однако такая конструкция характеризуется наличием повышенных инерционных нагрузок на механизм качания лопастей из-за их неравномерного вращения и увеличенной неравномерностью крутящего момента на выходном валу.

Известен также роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, камеру сгорания, выходной вал, два неравномерно вращающихся блока лопастей с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизм качания лопастей, осуществляющий кинематическую связь выходного вала с блоками лопастей и включающий шестерни, закрепленные на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма, причем в корпусе образованы рабочие камеры переменного объема с зонами расширения и зонами сжатия в зависимости от угла поворота выходного вала (RU, C1, 2016241).

Эта конструкция позволяет устранить инерционные нагрузки от неравномерного вращения лопастей, действующие на зубья шестерен и на выходной вал, но не уменьшает инерционные нагрузки, действующие на подшипниковые опоры механизмов качания лопастей.

Из того же источника известен механизм качания лопастей роторно-лопастного двигателя, содержащий сателлитные валы, размещенные в подшипниковых опорах, связанных с выходным валом, причем каждый сателлитный вал снабжен сателлитной шестерней, связанной зубчатым зацеплением с шестерней, закрепленной на корпусе двигателя и кинематически связан с блоками лопастей двигателя.

Однако известная конструкция не позволяет установить несколько сателлитных шестерен в каждом механизме качания лопастей, т.к. сателлитный вал пересекает выходной вал.

Известен узел уплотнительных элементов лопастей объемных машин, содержащий уплотнительный элемент, закрепленный одним концом на лопасти с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, причем уплотнительный элемент выполнен в виде биметаллической пластины, изогнутой выпуклой стороной к корпусу и закрепленной на цилиндрической поверхности лопасти, при этом металл с большим коэффициентом температурного расширения расположен с наружной стороны биметаллической пластины (RU, C1, 2016209).

Данная конструкция не обеспечивает угловое уплотнение на пересечении цилиндрической части лопасти с торцом лопасти.

Известен узел уплотнительных элементов лопастей, выполненный в виде уплотнительных пластин, помещенных в прорези лопасти и поджимаемых к внутренней цилиндрической поверхности корпуса пружинами, причем при больших оборотах усилие прижатия уменьшается за счет механизма, включающего инерционный груз (Гуськов Г.Г. Необычные двигатели. - М.: Знание, 1971, с.20).

Такое решение является достаточно сложным и не обеспечивает уплотнение торцов лопастей, на рабочих оборотах не перекрывает зазор между лопастями и корпусом.

Известны подшипниковые опоры скольжения, работающие в режиме жидкостного трения, но они имеют ограниченную удельную нагрузку до 250 кг/см² (Чернавский С. А. и др. Проектирование механических передач. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1959, с.307).

Задачей настоящего изобретения является уменьшение веса и габаритов роторно-лопастных двигателей, улучшение их экономичности, экологических характеристик, надежности, увеличение ресурса работы и улучшение эксплуатационных характеристик двигателя за счет использования энергии продуктов сгорания для предварительного сжатия рабочей смеси или воздуха и для уравновешивания инерционных нагрузок от неравномерного вращения лопастей, а также за счет изменения конструкции механизма качания лопастей, допускающего установку нескольких сателлитных валов, за счет изменения конструкций узла уплотнительных элементов лопастей и подшипниковых опор скольжения, работающих в режиме жидкостного трения.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания по первому варианту, содержащем корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, камеру сгорания, выходной вал, два неравномерно вращающихся блока лопастей с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизм качания лопастей, осуществляющий кинематическую связь выходного вала с блоками лопастей и включающий шестерни, закрепленные на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма, причем в корпусе образованы рабочие камеры переменного объема с зонами расширения и зонами сжатия в зависимости от угла поворота выходного вала, согласно изобретению рабочие камеры, заполненные после всасывания рабочей смесью (в том числе воздухом) и находящиеся в конце цикла всасывания - начале цикла сжатия, связаны соединительным каналом с рабочими камерами, находящимися в конце цикла расширения - начале цикла выхлопа, причем в соединительном канале установлен клапан, открывающийся при давлении газов в канале, большем давления выхлопа продуктов сгорания.

Поставленная задача в части двигателя по первому варианту решается также тем, что в камере сгорания может быть выполнен цилиндрический участок, в котором установлен поршень, поджимаемый с одной стороны к упору пружиной или/и сжатым газом и демпфирующий высокое давление в камере.

Поставленная задача в части двигателя по первому варианту решается также тем, что в камере сгорания может быть выполнен цилиндрический участок, в котором установлен поршень, перемещаемый, например, винтовым механизмом с возможностью изменения рабочего объема камеры сгорания.

Поставленная задача в части двигателя по первому варианту решается также тем, что камера сгорания может быть соединена с зоной расширения через предохранительный клапан.

Поставленная задача в части двигателя по первому варианту решается также тем, что соединение рабочих камер может осуществляться в пределах 10-20% продолжительности циклов.

Поставленная задача в части двигателя по первому варианту решается также тем, что в соединительном канале может быть дополнительно установлена дроссельная заслонка.

Поставленная задача в части двигателя по первому варианту решается также тем, что соединительный канал может быть связан с выхлопным патрубком с помощью регулируемого клапана.

Предпочтительно, чтобы регулируемый клапан был оснащен, например, приводным эксцентриком с возможностью изменения усилия поджатия пружиной клапана к своему седлу в зависимости от частоты вращения выходного вала.

При этом привод эксцентрика может быть выполнен, например, в виде центробежного регулятора.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания по второму варианту, содержащем корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, камеру сгорания, выходной вал, два неравномерно вращающихся блока лопастей с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизм качания лопастей, осуществляющий кинематическую связь выходного вала с блоками лопастей и включающий шестерни, закрепленные на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма, причем в корпусе образованы рабочие камеры переменного объема с зонами расширения и зонами сжатия в зависимости от угла поворота выходного вала, согласно изобретению рабочие камеры, находящиеся в зоне сжатия в середине цикла сжатия, соединены вспомогательным каналом с соседними рабочими камерами, разделенными лопастями и находящимися в зоне расширения в середине цикла расширения или/и всасывания.

Поставленная задача в части двигателя по второму варианту решается также тем, что вспомогательный канал может быть выполнен в блоке лопастей и в нем установлен перепускной клапан, поджимаемый к своему седлу пружиной и инерционным грузом.

Поставленная задача в части двигателя по второму варианту решается также тем, что вспомогательный канал может быть выполнен в виде радиальной проточки на внутренней поверхности корпуса, длина которой больше ширины лопастей.

Поставленная задача в части двигателя по второму варианту решается также тем, что вспомогательный канал выполнен в виде газопровода, закрепленного на корпусе.

Поставленная задача в части двигателя по второму варианту решается также тем, что во вспомогательном канале может быть дополнительно установлена регулируемая заслонка.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания по третьему варианту, содержащем корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, камеру сгорания, выходной вал, два неравномерно вращающихся блока лопастей с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизм качания лопастей, осуществляющий кинематическую связь выходного вала с блоками лопастей и включающий шестерни, закрепленные на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма, причем в корпусе образованы рабочие камеры переменного объема с зонами расширения и зонами сжатия в зависимости от угла поворота выходного вала, согласно изобретению рабочие камеры, находящиеся в зоне сжатия во второй половине цикла сжатия, связаны газовым каналом в пределах углового интервала поворота выходного вала с установленной на корпусе газовой емкостью.

Поставленная задача в части двигателя по третьему варианту решается также тем, что в газовой емкости может быть выполнен цилиндрический участок, в котором установлен поршень, перемещаемый, например, винтовым механизмом с возможностью изменения рабочего объема газовой емкости.

Поставленная задача в части двигателя по третьему варианту решается также тем, что в газовом канале может быть установлен дроссель.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания по четвертому варианту, содержащем корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, камеру сгорания, выходной вал, два неравномерно вращающихся блока лопастей с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизм качания лопастей, осуществляющий кинематическую связь выходного вала с блоками лопастей и включающий шестерни, закрепленные на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма, причем в корпусе образованы рабочие камеры переменного объема с зонами расширения и зонами сжатия в зависимости от угла поворота выходного вала, согласно изобретению передаточное отношение закрепленных на сателлитных валах шестерен к шестерне, закрепленной на корпусе, равно четному числу i_ш, равному двум и более, при этом число лопастей в каждом блоке лопастей равно тому же числу, а число комплектов, состоящих из камеры сгорания, выхлопного и всасывающего патрубков, равно i_ш/2 и эти комплекты установлены на корпусе на угловом расстоянии 720^o/i_ш.

Поставленная задача решается также тем, что в механизме качания лопастей роторно-лопастного двигателя, содержащем сателлитные валы, размещенные в подшипниковых опорах, связанных с выходным валом, причем каждый сателлитный вал снабжен сателлитной шестерней, связанной зубчатым зацеплением с шестерней, закрепленной на корпусе двигателя и кинематически связан с блоками лопастей двигателя, согласно изобретению подшипниковые опоры сателлитных валов установлены в одной или нескольких пустотелых цапфах, внутри которых размещен выходной вал, а цапфы с сателлитными валами размещены с одной или двух сторон от блоков лопастей в кольцеобразных полостях корпуса двигателя относительно выходного вала.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что сателлитные валы могут быть установлены в подшипниковых опорах цапфы перпендикулярно выходному валу, шестерни выполнены коническими, при этом часть каждого сателлитного вала выполнена в виде косого кривошипа, причем ось косого кривошипа проходит через точку пересечения осей подшипниковых опор сателлитных валов с осью выходного вала, а на косом кривошипе установлен в подшипниковой опоре промежуточный элемент, кинематически связывающий блок лопастей с кривошипом.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что промежуточный элемент может быть выполнен в виде сферического шатуна, одна подшипниковая опора которого закреплена на косом кривошипе, а вторая - на кронштейне, закрепленном на блоке лопастей, причем оси опор шатуна проходят через точку пересечения осей подшипниковых опор сателлитных валов с осью выходного вала.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что промежуточный элемент может быть выполнен в виде скользящей опоры, перемещающейся вдоль выходного вала в направляющих кронштейнов, закрепленных на блоке лопастей.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что цапфа может быть выполнена в виде крестовины, содержащей пустотелую центральную втулку, скрепленную с выходным валом, и радиально выполненные валы, на которых размещены подшипниковые опоры пустотелых сателлитных валов с шестернями и косыми кривошипами.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что цапфа может содержать пустотелую центральную втулку, скрепленную с выходным валом, радиальную стенку и наружную цилиндрически подобную часть, а сателлитные валы с шестернями и косыми кривошипами установлены в подшипниковых опорах, размещенных в центральной втулке и наружной части цапфы.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что сателлитные валы могут быть установлены в подшипниковых опорах цапфы параллельно выходному валу, на каждом сателлитном валу установлена цилиндрическая сателлитная шестерня, введенная в зацепление с закрепленной на корпусе шестерней внутренним или внешним зацеплением, и на каждом сателлитном валу эксцентрично оси вала выполнено колено вала, причем ось колена параллельна оси подшипниковых опор сателлитных валов, а эти опоры установлены в радиальных стенках цапфы, которая содержит помимо этих стенок пустотелую центральную втулку, скрепленную с выходным валом, при этом на колене каждого сателлитного вала установлен в подшипниковой опоре промежуточный элемент, кинематически связывающий блок лопастей с коленом вала.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что промежуточный элемент может быть выполнен в виде шатуна, одна подшипниковая опора которого закреплена на колене сателлитного вала, а вторая на штыре, закрепленном на блоке лопастей, причем ось штыря параллельна оси выходного вала.

Поставленная задача в части механизма качания решается также тем, что промежуточный элемент может быть выполнен в виде скользящей опоры, перемещающейся в радиальном направлении в направляющих, закрепленных на блоке лопастей.

Поставленная задача решается также тем, что в узле уплотнительных элементов лопастей роторно-лопастного двигателя, содержащем уплотнительные пластины, помещенные в прорези лопасти и поджимаемые к внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, согласно изобретению пластины выполнены биметаллическими, а соединение материалов пластин с разными коэффициентами линейного расширения осуществлено вдоль прорези лопасти в радиальном направлении.

При этом в лопасти может быть выполнено несколько рядов прорезей для уплотнительных пластин, охватывающих внешнюю цилиндрическую, торцевую и внутреннюю цилиндрическую поверхности лопасти, причем в каждом ряду пластины составлены из нескольких частей, а стыки между частями пластин в рядах прорезей разнесены между собой.

Поставленная задача решается также тем, что в подшипниковой опоре механизма качания лопастей роторно-лопастного двигателя, содержащей втулку, внутри которой размещена шейка вала, при этом в опоре выполнены каналы для подвода смазки, согласно изобретению по краям шейки вала выполнены кольцевые уплотнения, а между ними выполнены продольные уплотнения, причем смазка подведена в сектора, ограниченные кольцевыми и продольными уплотнениями.

При этом при постоянной по направлению нагрузке на вал смазка в сектора поступает по каналам во втулке в направлении к оси вала, совпадающем с направлением действия силы на вал, при знакопеременной нагрузке смазка в сектора поступает по каналам, выполненным во втулке или/и в шейке вала, причем в этих каналах установлены обратные клапаны.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двигателя с двумя механизмами качания лопастей, размещенными с разных сторон от блоков лопастей; на фиг. 2 - то же с размещением механизмов качания лопастей с одной стороны от блоков лопастей; на фиг. 3 - поперечный разрез двигателя; на фиг. 4 - компоновочная схема механизма качания лопастей с сферическими шатунами и цапфой, выполненной в виде крестовины; на фиг. 5 - поперечный разрез фиг. 4; на фиг. 6 - схема механизма качания лопастей с скользящей опорой и цапфой, выполненной в виде крестовины; на фиг. 7 - сечение фиг. 6 по А-А; на фиг. 8 - разрез фиг. 6 по Б-Б; на фиг. 9 - схема механизма качания лопастей с скользящей опорой и цапфой, содержащей радиальную стенку при i_ш=4; на фиг. 10 - разрез фиг. 9 по В-В; на фиг. 11 - разрез фиг. 9 по Г-Г; на фиг. 12 - схема механизма качания лопастей с цилиндрическими шестернями при i_ш=4; на фиг. 13 - разрез фиг. 12 по Д-Д (вариант 1); на фиг. 14 - разрез фиг. 12 по Д-Д (вариант 2); на фиг. 15 - компоновочная схема узла уплотнительных элементов; на фиг. 16 - разрез фиг. 15 по Е-Е; на фиг. 17 - разрез фиг. 15 по Ж-Ж; на фиг. 18 - конструктивная схема подшипниковой опоры; на фиг. 19 - разрез фиг. 18 по З-З; на фиг. 20 - вариант конструктивной схемы подшипниковой опоры; на фиг. 21 - разрез фиг. 20 по И-И; на фиг. 22 - другой вариант конструктивной схемы подшипниковой опоры; на фиг. 23, а), б), в), г) - схема работы подшипниковой опоры; на фиг. 24 - схема работы двигателя при i_ш=2; на фиг. 25 - схема работы двигателя при i_ш= 4; на фиг. 26, а), б), в), г), д) - схема работы соединений между рабочими камерами; на фиг. 27, а), б), в), г), д) - кинематические зависимости в графической форме; на фиг. 28 - диаграммы давлений в рабочих камерах двигателя; на фиг. 29 - график моментов от газодинамических сил; на фиг. 30 - диаграмма давлений в рабочих камерах при перепуске газов; на фиг. 31 - диаграммы давлений при подключении газовой емкости к зоне сжатия; на фиг. 32, а), б) - расчетный пример рабочих диаграмм давлений и моментов при штатной работе двигателя.

В первом варианте роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, камеру сгорания 2, выхлопной 3 и всасывающий 4 патрубки, выходной вал 5 с подшипниковыми опорами 6 и 7, два неравномерно вращающихся блока лопастей 8 и 9, включающие боковые крышки 10 и 11, центральные втулки 12 и 13 и лопасти 14 и 15 соответственно с узлами уплотнительных элементов лопастей, механизмы качания лопастей 16 и 17, кинематически связанные с корпусом связями 18 и 19, выходным валом связями 20 и 21 и блоками лопастей связями 22 и 23 соответственно. Кинематическая связь механизмов качания лопастей с корпусом выполнена в виде зубчатого зацепления шестерен, закрепленных на корпусе и по крайней мере одном сателлитном валу механизма качания лопастей. В корпусе образованы рабочие камеры A, Б, B, Г (фиг. 3) переменного объема с зонами расширения (камеры А, В) и зонами сжатия (камеры Б, Г) в зависимости от угла поворота выходного вала 5. При этом в зонах расширения (в зонах увеличения объема рабочих камер) осуществляется цикл расширения продуктов сгорания (камера А) или цикл всасывания (камера В), а в зонах сжатия (в зонах уменьшения объема рабочих камер) осуществляется цикл сжатия рабочей смеси (камера Г) или цикл выхлопа (камера Б).

Возможны и другие варианты конструктивного исполнения блоков лопастей (на фиг. не показано). Например, лопасти, выполненные совместно с боковыми крышками, могут быть не связаны с центральными втулками, в этом случае центральная втулка является единой для обоих блоков лопастей. Возможно изготовление лопастей совместно с центральными втулками, связанными с механизмами качания лопастей, при этом вместо боковых крышек блоков лопастей ограничение рабочих объемов обеспечивается радиальными перегородками корпуса. Возможно изготовление одного блока лопастей совместно с центральной втулкой, кинематически связанной с одним механизмом качания лопастей, а изготовление другого блока лопастей возможно совместно с двумя боковыми крышками, кинематически связанными с другим механизмом качания лопастей.

Возможна также жесткая или упругая связь одного из блоков лопастей непосредственно с выходным валом, а другого блока лопастей - с единственным механизмом качания лопастей, который может содержать только один сателлитный вал.

Связь механизмов качания лопастей с выходным валом может быть жесткой, например, с помощью шлицевого соединения, или упругой с помощью механических или гидравлических упругих муфт.

Рабочие камеры, заполненные после всасывания рабочей смесью (в том числе воздухом) и находящиеся в конце цикла всасывания - начале цикла сжатия (камера В на фиг. 3 в положении лопастей, показанных штрихпунктирными линиями), связаны соединительным каналом 24 с рабочими камерами, находящимися в конце цикла расширения - начале цикла выхлопа (камера А на фиг. 3 в положении лопастей, показанных штрихпунктирными линиями), причем в соединительном канале 24 установлен клапан 25, открывающийся при давлении газов в канале большем давления выхлопа продуктов сгорания.

В камере сгорания 2 может быть выполнен цилиндрический участок, в котором установлен поршень 26, поджимаемый с одной стороны к упору пружиной или/и сжатым газом и демпфирующий высокое давление в камере. В камере сгорания может быть выполнен другой цилиндрический участок, в котором установлен поршень 27, перемещаемый, например, винтовым механизмом с возможностью изменения рабочего объема камеры сгорания. Камера сгорания может быть соединена с зоной сжатия каналом 28 и с зоной расширения каналом 29, при вращении лопастей эти каналы последовательно перекрываются наружной цилиндрической поверхностью лопасти. Кроме того, камера сгорания может быть соединена с зоной расширения каналом 30 через предохранительный клапан 31 и оснащена электроискровой свечой или свечой накаливания 32 и форсункой 33.

Роторно-лопастной двигатель содержит также топливную и масляную системы, электроагрегаты, систему охлаждения, обеспечивающую подачу охлажденной жидкости в пустотелый выходной вал, затем в центральные втулки, в лопасти, в боковые крышки лопастей, в рубашки корпуса и камеры сгорания и в радиатор охлаждения (на фиг. не показано).

Соединение рабочих камер с помощью соединительного канала 24 осуществляется в пределах 10-20% продолжительности циклов, причем в канале 24 дополнительно установлена дроссельная заслонка (на фиг. не показана). Соединительный канал 24 может быть связан с выхлопным патрубком 3 с помощью регулируемого клапана 34, который оснащен, например, приводным эксцентриком 35 с возможностью изменения усилия поджатия пружиной 36 клапана к своему седлу в зависимости от частоты вращения выходного вала, а привод эксцентрика выполнен, например, в виде центробежного регулятора.

Второй вариант двигателя отличается тем, что рабочие камеры, находящиеся в зоне сжатия в середине цикла сжатия (камера Г фиг. 3), соединены вспомогательным каналом с соседними рабочими камерами (камеры А или В фиг. 3), разделенными лопастями и находящимися в зоне расширения в середине цикла расширения (камера А) или/и всасывания (камера В).

Вспомогательный канал 37 может быть выполнен в блоке лопастей и в нем установлен перепускной клапан 38, поджимаемый к своему седлу пружиной 39 и инерционным грузом 40.

Вспомогательный канал может быть выполнен в виде радиальной проточки на внутренней поверхности корпуса, длина которой больше ширины лопастей (на фиг. 3 проточка над наружной частью верхней лопасти 14 или/и над наружной частью левой лопасти 15 не показана).

Вспомогательный канал может быть выполнен в виде газопровода 41 или/и 43, закрепленного на корпусе.

Во вспомогательном канале 41 или/и 43 может быть установлена регулируемая заслонка 42 или/и 44 соответственно, также заслонка может быть установлена в канале З7 и проточке (на фиг. не показано).

Третий вариант роторно-лопастного двигателя отличается тем, что рабочие камеры, находящиеся в зоне сжатия во второй половине цикла сжатия (камера Г фиг. 3), связаны газовым каналом 45 в пределах углового интервала поворота выходного вала с установленной на корпусе газовой емкостью 46, причем в газовой емкости может быть выполнен цилиндрический участок, в котором установлен поршень, перемещаемый, например, винтовым механизмом с возможностью изменения рабочего объема газовой емкости (на фиг. не показано), а в канале 45 может быть установлен дроссель (на фиг. не показано).

Четвертый вариант роторно-лопастного двигателя отличается тем, что передаточное отношение закрепленных на сателлитных валах шестерен к шестерне, закрепленной на корпусе, равно четному числу i_ш, равному двум и более, при этом число лопастей в каждом блоке лопастей равно тому же числу, а число комплектов, состоящих из камеры сгорания, выхлопного и всасывающего патрубков, равно i_ш/2, и эти комплекты установлены на корпусе на угловом расстоянии 720^o/i_ш.

Механизм качания лопастей роторно-лопастного двигателя может быть выполнен в нескольких вариантах (фиг. 4-14), при этом состав элементов механизма не меняется, а некоторые элементы между вариантами отличаются по конструктивному исполнению.

Механизм качания лопастей содержит сателлитные валы 47, размещенные в подшипниковых опорах 48, связанных с выходным валом 5, причем каждый сателлитный вал снабжен сателлитной шестерней 49, связанной зубчатым зацеплением с шестерней 50, закрепленной на корпусе 1 двигателя и кинематически связан с блоками лопастей двигателя, причем подшипниковые опоры 48 сателлитных валов 47 установлены в одной (фиг. 2) или нескольких (фиг. 1) пустотелых цапфах 51, внутри которых размещен выходной вал, а цапфы с сателлитными валами размещены с одной (фиг. 2) или двух сторон (фиг. 1) от блоков лопастей в кольцеобразных полостях корпуса двигателя относительно выходного вала.

В первом варианте конструктивного исполнения (фиг. 4-11) сателлитные валы 47 установлены в подшипниковых опорах 48 цапфы 51 перпендикулярно выходному валу, шестерни 49 и 50 выполнены коническими, при этом часть каждого сателлитного вала выполнена в виде косого кривошипа 52, причем ось косого кривошипа проходит через точку пересечения осей подшипниковых опор 48 сателлитных валов с осью выходного вала, а на косом кривошипе установлен в подшипниковой опоре 53 промежуточный элемент, кинематически связывающий блок лопастей с кривошипом.

Промежуточный элемент может быть выполнен в виде сферического шатуна 54 (фиг. 5), одна подшипниковая опора 53 которого закреплена на косом кривошипе 52, а вторая 55 - на кронштейне 56, закрепленным на блоке лопастей, причем оси опор 53 и 55 шатуна 54 проходят через точку пересечения осей подшипниковых опор 48 сателлитных валов 47 с осью выходного вала.

Промежуточный элемент может быть выполнен в виде скользящей опоры 57 (фиг. 6-11), перемещающейся вдоль выходного вала в направляющих 58 кронштейнов 59, закрепленных на блоке лопастей.

В качестве скользящей опоры может быть использовано "Устройство обеспечения режима жидкостного трения поступательной пары скольжения" (RU, C1, 2090798).

На фиг. 5, 6 i_ш= 2, цапфа 51 выполнена в виде крестовины, содержащей пустотелую центральную втулку, скрепленную с выходным валом, и радиально выполненные валы 60, на которых размещены подшипниковые опоры 48 пустотелых сателлитных валов 47 с шестернями 49 и косыми кривошипами 52.

На фиг. 9-11 цапфа 51 содержит пустотелую центральную втулку, скрепленную с выходным валом, радиальную стенку 61 и наружную цилиндрически подобную часть 62, а сателлитные валы 47 с шестернями 49 и косыми кривошипами 52 установлены в подшипниковых опорах 48, размещенных в центральной втулке и наружной части 62 цапфы.

Возможны и другие схемы установки подшипниковых опор на сателлитных валах. Например, размещение подшипниковых опор между сателлитной шестерней и косым кривошипом, консольное закрепление радиальных валов на наружной части цапфы для пустотелого сателлитного вала по аналогии с фиг. 4, 5, 6 (на фиг. не показано).

Возможно размещение сателлитных валов обоих механизмов качания лопастей в одной цапфе с одной стороны от рабочих камер, а кинематическая связь удаленного от цапфы блока с сателлитными валами осуществляется с помощью центрального промежуточного элемента (фиг. 2), связывающего центральную втулку удаленного от цапфы блока лопастей с радиальным секториальным элементом, на котором установлены кронштейны связи с сателлитными валами (на фиг. не показано). При этом косые кривошипы сателлитных валов разных блоков лопастей установлены в противофазе.

На фиг. 11 в каждом блоке лопастей содержится по четыре лопасти 14 и 15 соответственно при i_ш= 4. Боковые стенки лопастей покрыты теплоизолирующим материалом 63. Для герметизации рабочих камер лопасти оснащены узлом уплотнительных элементов. При упомянутом передаточном отношении и скользящей опоре возможна установка до шести сателлитных валов в каждом из двух механизмов качания лопастей, при этом сателлитные валы и промежуточные элементы установлены в малогабаритных подшипниковых опорах высокой несущей способности, допускающие значительные технологические погрешности взаимной установки сателлитных валов.

Во втором варианте конструктивного исполнения (фиг. 14) механизма качания лопастей сателлитные валы 47 установлены в подшипниковых опорах 48 цапфы 51 параллельно выходному валу, на каждом сателлитном валу 47 установлена цилиндрическая сателлитная шестерня 49, введенная в зацепление с закрепленной на корпусе шестерней 50 внутренним или внешним (на фиг. не показано) зацеплением, и на каждом сателлитном валу эксцентрично оси сателлитного вала выполнено колено 64 вала (аналог косого кривошипа 52), причем ось колена параллельна оси подшипниковых опор 48 сателлитных валов, а эти опоры установлены в радиальных стенках 61 цапфы 51, которая содержит помимо этих стенок пустотелую центральную втулку, скрепленную с выходным валом, при этом на колене каждого сателлитного вала установлен в подшипниковой опоре 53 промежуточный элемент, кинематически связывающий блок лопастей с коленом вала.

Промежуточный элемент может быть выполнен в виде шатуна 65 (аналог сферического шатуна 54), одна подшипниковая опора 53 которого закреплена на колене 64 сателлитного вала, а вторая 55 на штыре 66 (аналог кронштейна 56), закрепленном на блоке лопастей, причем ось штыря 66 параллельна оси выходного вала.

Промежуточный элемент может быть выполнен в виде скользящей опоры 57, перемещающейся в радиальном направлении в направляющих 58, выполненных в кронштейнах 59 и закрепленных на блоке лопастей.

Для обеспечения герметичности рабочих камер двигатель оснащен узлом уплотнительных элементов лопастей, который содержит уплотнительные пластины 67, помещенные в прорези лопасти и поджимаемые к внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, например пластинчатыми пружинами 68, причем пластины выполнены биметаллическими, а соединение 69 материалов пластин с разными коэффициентами линейного расширения осуществлено вдоль прорези лопасти в радиальном направлении.

В каждой лопасти выполнено несколько рядов прорезей для уплотнительных пластин, охватывающих внешнюю цилиндрическую 70, торцевую 71 и внутреннюю цилиндрическую 72 поверхности лопасти, причем в каждом ряду пластины составлены из нескольких частей, а стыки 73 и 74 между частями пластин в рядах прорезей разнесены между собой.

В качестве материалов для биметаллических пластин могут быть использованы, например, сталь для одной половины 75 пластины и медный сплав (бронза) для другой половины 76 пластины.

Радиальные уплотнения боковых крышек лопастей могут быть выполнены с помощью разрезных уплотнительных колец 77. Для увеличения долговечности внутренней поверхности корпуса покрытие этой поверхности должно быть более износоустойчивое, чем покрытие уплотнительных пластин или колец. Для увеличения износоустойчивости трущихся поверхностей могут быть применены гладкое или пористое хромирование, напыление молибдена в вакууме, поверхностное покрытие керамикой или пирографитом и т.п.

Для реализации вышеизложенных технических решений по механизму качания лопастей (см., например, фиг. 9) применены малогабаритные подшипниковые опоры с использованием подшипников скольжения, работающих в режиме жидкостного трения при больших удельных нагрузках (более 250 кг/см²).

В механизме качания лопастей двигателя установлена подшипниковая опора, содержащая втулку 78 (фиг. 18-22), внутри которой размещена шейка вала 79 (трущаяся во втулке часть вала), при этом во втулке и в шейке вала выполнены каналы 80 и 81 соответственно для подвода смазки, а по краям шейки вала выполнены кольцевые уплотнения 82, и между ними выполнены продольные уплотнения 83, причем смазка подведена в сектора, ограниченные кольцевыми и продольными уплотнениями через каналы 80 или/и 81.

Кольцевые уплотнения могут быть выполнены в шейке вала (фиг. 18-21) или во втулке (на фиг. не показано). Продольные уплотнения также могут быть выполнены в шейке вала (фиг. 18-22) или во втулке (на фиг. не показано).

Продольные уплотнения прижимаются к трущимся поверхностям, например, с помощью пластичных пружин 84.

При действии на вал силы F в неизменном направлении смазка в сектора поступает по каналам 80 во втулке в направлении к оси вала, совпадающим с направлением действия силы F на вал.

При знакопеременных по направлению нагрузках смазка в сектора поступает по радиальным каналам 80 или 81, выполненным во втулке или/и в шейке вала соответственно, причем в этих каналах установлены обратные клапаны 85 и 86 соответственно, например, пластинчатые.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Схема работы двигателя при передаточном отношении сателлитных шестерен к неподвижным шестерням i_ш=2 представлена на фиг. 24. На схеме условно показаны сателлитные шестерни с точкой привязки лопастей к кривошипу, показано положение лопастей и соответствующие рабочие циклы по рабочим камерам при изменении угла поворота выходного вала от 0 до 360^o с интервалом 45^o и угла поворота сателлитной шестерни от 0 до 720^o с интервалом 90^o.

Полный цикл изменения объемов рабочих камер осуществляется при повороте сателлитной шестерни на 180^o, при этом при i_ш = 2 выходной вал поворачивается на 90