[RU]

Данное изобретение относится к составному уплотнению для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, включающего вращающийся узел (11), имеющий форму тела вращения, с радиально расположенными цилиндрами (12) с поршнями (13) и наружный неподвижный корпус (10), в котором имеется по крайней мере одно впускное отверстие (14) и/или выпускное отверстие (15) Наружная поверхность (16) вращающегося узла (11) представляет собой поверхность вращения с прямолинейным или криволинейным профилем, в которую упираются поперечные и/или боковые уплотнительные элементы, размещенные в неподвижном корпусе (10). В кольцевых боковых канавках (2) находится боковое уплотнение, состоящее из боковых уплотнительных сегментов (1), которые всегда расположены между соседними поперечными уплотнительными прокладками (3), которые размещены в поперечных канавках (4) Эти уплотнительные прокладки (3) пересекают боковые канавки (2). В том месте, где боковые уплотнительные сегменты (1) соединяются с поперечными уплотнительными прокладками (3), имеются соединительные элементы (5) с пазами (7), в которые входят боковые уплотнительные сегменты (1) и поперечные уплотнительные прокладки (3)

(57) Реферат / Формула:

Данное изобретение относится к составному уплотнению для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, включающего вращающийся узел (11), имеющий форму тела вращения, с радиально расположенными цилиндрами (12) с поршнями (13) и наружный неподвижный корпус (10), в котором имеется по крайней мере одно впускное отверстие (14) и/или выпускное отверстие (15) Наружная поверхность (16) вращающегося узла (11) представляет собой поверхность вращения с прямолинейным или криволинейным профилем, в которую упираются поперечные и/или боковые уплотнительные элементы, размещенные в неподвижном корпусе (10). В кольцевых боковых канавках (2) находится боковое уплотнение, состоящее из боковых уплотнительных сегментов (1), которые всегда расположены между соседними поперечными уплотнительными прокладками (3), которые размещены в поперечных канавках (4) Эти уплотнительные прокладки (3) пересекают боковые канавки (2). В том месте, где боковые уплотнительные сегменты (1) соединяются с поперечными уплотнительными прокладками (3), имеются соединительные элементы (5) с пазами (7), в которые входят боковые уплотнительные сегменты (1) и поперечные уплотнительные прокладки (3)

---

Составное уплотнение для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания
Область техники
Данное изобретение относится к варианту осуществления уплотнения для двигателя внутреннего сгорания, который включает вращающийся узел, выполненный в форме тела вращения с радиально расположенными цилиндрами с поршнями. Снаружи от вращающегося блока цилиндров имеется неподвижный корпус, имеющий по крайней мере одно впускное и/или выпускное отверстие. Вращающийся блок цилиндров вместе с неподвижным корпусом работает подобно поворотному клапану.
Предпосылки создания изобретения
Было разработано много двигателей, содержащих вращающийся узел в форме тела вращения с радиально расположенными цилиндрами с поршнями и наружным неподвижным корпусом, в котором имеется впускное и/или выпускное отверстия. Вращающийся блок цилиндров вместе с неподвижным корпусом работает подобно поворотному клапану. Хорошо известны конструкции двухтактного, а также четырехтактного двигателей, двух-, трех-, и многоцилиндровые конструкции. Некоторые двигатели снабжены механизмом с коленчатым валом, а некоторые снабжены другими известными механизмами, предназначенными для передачи движения поршня к валу. Ни одна из этих конструкций не получила широкого распространения и использования несмотря на несомненный потенциал.
Имеется много причин, почему эти двигатели не оказались успешными. Главная причина состоит в том, что уплотнение между вращающимся узлом и неподвижным корпусом не было сконструировано оптимальным образом. Главным образом, уплотнение зазора между цилиндром и неподвижным корпусом выполнялось при помощи уплотняющих элементов, которые размещались во вращающемся блоке цилиндров. При этом эти уплотняющие элементы подвергались воздействию центробежных сил, которые возникали в результате вращения вращающегося узла. При увеличении числа оборотов это приводит к возникновению значительных напряжений в уплотняющих элементах, высоким потерям на трение и проблемам со смазкой. Подобные конструкции описаны, например, в документах DE 2732779, FR 2767156А1.
Также были предложены конструкции, в которых уплотнение размещалось в неподвижном корпусе двигателя. Наиболее простым является уплотнение в форме колец, которые размещаются с обеих сторон по периметру вращающегося узла. Еще одно
уплотнение выполняется при помощи поперечных уплотнительных прокладок, которые размещаются в неподвижном корпусе в перпендикулярном направлении по отношению к движению периметра вращающегося узла. Подобные конструкции описаны, например, в документах FR 2639676А1, US 1705130А, WO 9823850А1, WO 8302642А1 и др. Это техническое решение обладает преимуществом вследствие отсутствия центробежных сил, которые действуют на уплотняющие элементы. Вследствие необходимости минимизировать зазор в камере сгорания необходимо разместить боковые уплотнительные кольца как можно ближе к отверстиям в цилиндре. Если боковые уплотнительные элементы расположены слишком близко к отверстию в цилиндре, то поперечные уплотнительные прокладки недостаточно выступают за пределы отверстия в цилиндре, когда эти отверстия в цилиндре проходят мимо уплотнительных прокладок. Это может привести к увеличению износа и уменьшению герметичности и долговечности этих уплотнительных прокладок. Вследствие значительной общей длине уплотнения объема с высоким давлением необходимо достичь как можно более совершенного уплотнения. Проблема состоит в негерметичности в том месте, где встречаются уплотнительные кольца и полосы. Газ может проходить как через зазоры между уплотнительными элементами, так и в особенности у дна пазов в месте их соединения. Если имеется более одного бокового уплотнительного кольца, газ, который преодолеет первое кольцо, сможет дальше проходить через кольцевые проходы между боковыми кольцами.
Краткое изложение сущности изобретения
Указанные выше недостатки можно в значительной мере устранить посредством составного уплотнения для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, который включает вращающийся узел, выполненный в форме тела вращения, с радиально расположенными цилиндрами с поршнями и неподвижный корпус, имеющий по крайней мере одно впускное отверстие и/или выпускное отверстие, и при этом наружная поверхность вращающегося узла представляет собой поверхность вращения с прямолинейным или криволинейным профилем, к которой, согласно данному изобретению, прижимаются поперечные и/или боковые уплотнительные элементы, размещенные в неподвижном корпусе. Суть состоит в том, что в боковых кольцевых канавках находится боковой уплотнительный элемент, который состоит из кольцевых боковых уплотнительных сегментов, которые всегда расположены между соседними поперечными уплотнительными прокладками, которые находятся в поперечных пазах. Эти уплотнительные прокладки пересекают боковые канавки. В таком месте, где боковые уплотнительные сегменты и
поперечные уплотнительные прокладки соединяются друг с другом, имеются соединительные элементы с пазами, в которые входят боковые уплотнительные сегменты и поперечные уплотнительные прокладки.
В предпочтительном варианте эти соединительные элементы располагаются в гнездах, выполненных в наружном неподвижном корпусе. Поперечное сечение этих соединительных элементов имеет форму многоугольника с числом сторон, равным п, где п находится в диапазоне от 3 до со, т.е. поперечное сечение может иметь форму многоугольника, круга, овала и т.п. Между соединительными элементами и неподвижным корпусом имеются пружины. В соединительные элементы одновременно входят боковые уплотнительные сегменты и/или поперечные уплотнительные прокладки до дна пазов, и это обеспечивает прижатие этих уплотнительных элементов к поверхности вращающегося узла. Боковые уплотнительные сегменты и/или поперечные уплотнительные прокладки предпочтительно снабжены дополнительными пружинами, которые размещаются в боковых канавках и/или в поперечных канавках в неподвижном корпусе.
Боковые уплотнительные сегменты располагаются предпочтительно по крайней мере двумя рядами, расположенными рядом друг с другом, по крайней мере в двух боковых канавках, при этом ближайший ряд боковых уплотнительных сегментов располагается в непосредственной близости от отверстий в цилиндре, которые находятся во вращающемся узле.
Предпочтительно разместить соединительный элемент в том месте, где соединяются по крайней мере одна поперечная прокладка и по крайней мере два боковых уплотнительных сегмента.
Предпочтительно, чтобы поперечные уплотнительные прокладки имели фаску на опорной поверхности. Этот скос ориентирован в сторону, противоположную той стороне, где расположена свеча зажигания.
Составное уплотнение для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания позволяет осуществить эффективное уплотнение между вращающимся узлом и неподвижным корпусом. Размещение уплотнительных элементов в неподвижном корпусе обеспечивает то, что сила давления уплотнительных элементов не зависит от скорости двигателя, а это позволяет достичь высокой скорости работы двигателя и, следовательно, высоких показателей. Все поперечные уплотнительные прокладки и боковые уплотнительные сегменты образуют плоскостной контакт с наружной поверхностью вращения вращающегося узла. Это уменьшает требования к материалу уплотнительных элементов и качеству наружной поверхности вращающегося узла. Плоскостной контакт
уплотнительных элементов также снижает требования к смазке уплотнительных элементов и повышает их эффективность и долговечность. Главное преимущество состоит в том, что поперечные уплотнительные прокладки могут быть длинными и достаточно выступать с обеих сторон за пределы отверстия в цилиндре во вращающемся узле в его самом широком месте в то время, когда отверстие цилиндра проходит мимо поперечной прокладки. В то же самое время возможно разместить боковые уплотнительные сегменты рядом с отверстиями в цилиндре во вращающемся узле и тем самым минимизировать величину зазора между вращающимся узлом и неподвижным корпусом. Герметизация зазора между вращающимся узлом и неподвижным корпусом при высоком давлении в цилиндре может быть осуществлена посредством множества уплотнительных элементов, расположенных как в поперечном направлении, так и по периметру, что обеспечивает высокий уровень герметизации.
Также очень важным являются соединения уплотнительных элементов, поскольку они обеспечивают герметизацию зазоров между поперечными уплотнительными прокладками и боковыми уплотнительными сегментами. Если соединительный элемент надевается на поперечную уплотнительную прокладку или на боковой уплотнительный сегмент до самого дна выполненных в нем пазов, то он закрывает зазор у дна паза и препятствует выходу газа через зазоры у дна поперечной канавки и боковой канавки.
Соответствующая форма профиля поперечной прокладки позволяет использовать давление в цилиндре для того, чтобы увеличить силу давления, которая прижимает прокладку к вращающемуся узлу. Когда давление в цилиндре уменьшается или когда отверстие в цилиндре проходит мимо поперечной прокладки, нагрузка на поперечную уплотнительную прокладку уменьшается, что приводит к снижению потерь на трение и износа.
Соединительные элементы могут быть размещены в гнездах, выполненных в наружном неподвижном корпусе, и эти гнезда легко выполнить на любом этапе изготовления двигателя. Соединительные элементы могут иметь различную форму поперечного сечения, от треугольника до круга. Пружины между соединительными элементами и неподвижным корпусом обеспечивают достаточную силу давления, которая прижимает уплотнительные сегменты и/или поперечные уплотнительные прокладки к наружной поверхности вращающегося узла. Сила давления создается также дополнительными пружинами. Фаска на поперечной уплотнительной прокладке ориентирована в сторону, противоположную расположению свечи зажигания. Это позволяет лучше размещать и направлять уплотнительную прокладку.
Использование этого составного уплотнения в роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания дает возможность реализовать простой и дешевый в производстве двигатель, имеющий небольшие размеры, небольшое количество движущихся частей, сбалансированную, бесшумную работу и высокие эксплуатационные параметры.
Краткое описание чертежей
Составное уплотнение для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, предлагаемое в данном изобретении, будет подробнее разъяснено на примере типового варианта выполнения с помощью прилагаемых чертежей. На Фиг. 1 изображена аксонометрическая проекция составного уплотнения с половиной неподвижного корпуса и вращающимся узлом с цилиндрами и поршнями. Для большей наглядности блок цилиндров с поршнями изображен вынутым из наружного неподвижного корпуса в осевом направлении.
Фиг. 2 представляет собой развернутое изображение внутренней поверхности неподвижного корпуса, а также вид в поперечном сечении вращающегося узла, сделанный вдоль оси вращения.
На Фиг. 3 схематично показано поперечное сечение роторно-поршневого двигателя, выполненное перпендикулярно оси вращения, и на нем показаны поперечные уплотнительные прокладки с фасками.
Подробное описание изображения
Вариант выполнения уплотнения для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, согласно Фиг. 1, включает кольцевые боковые уплотнительные сегменты 1, поперечные уплотнительные прокладки 3, соединительные элементы 5, пружины 8 и дополнительные пружины 9. Все эти элементы размещены в неподвижном корпусе 10, в который помещен вращающийся узел 11 с радиально расположенными цилиндрами 12 и поршнями 13. Его наружная поверхность 16 представляет собой цилиндрическую поверхность вращения. В неподвижном корпусе 10 имеется впускное отверстие 14 и выпускное отверстие 15. Боковые уплотнительные сегменты 1 размещены двумя рядами в кольцевых боковых канавках 2. Пружины 8 и соединительные элементы 5 размещены в гнездах 6. Поперечные уплотнительные прокладки 3 размещены в поперечных канавках 4, а дополнительные пружины 9 размещены в поперечных канавках 4 и в боковых канавках 2. Между свечой 19 зажигания и как впускным отверстием 14, так и выпускным отверстием 15 расположены три поперечные прокладки 3. В соединительных элементах 5 имеются
пазы 7, в которые входят боковые уплотнительные сегменты 1 и поперечные уплотнительные прокладки 3. Соединительный элемент 5 всегда соединяет одну поперечную уплотнительную прокладку 3 и четыре боковых уплотнительных сегмента 1.
Вариант выполнения составного уплотнения для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, согласно Фиг. 2, в значительной степени повторяет вариант выполнения, представленный на Фиг. 1. Различие заключается в использовании отличающихся соединительных элементов 5. Они отличаются формой и конфигурацией пазов 7. Некоторые из них соединяют одну поперечную прокладку 3 с четырьмя боковыми уплотнительными сегментами 1. Некоторые соединяют одну поперечную прокладку 3 только с двумя боковыми уплотнительными сегментами 1, а некоторые соединяют две поперечные прокладки 3 с четырьмя боковыми уплотнительными сегментами 1.
Вариант выполнения составного уплотнения для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, согласно Фиг. 3, в значительной степени повторяет выполнения, представленный на Фиг. 1. Поперечные уплотнительные прокладки 3 имеют фаски 17 на опорной поверхности 18. Фаска ориентирована в сторону, противоположную расположению свечи 19 зажигания.
Функция составного уплотнения для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания состоит в следующем. Пружины 8 прижимают соединительные элементы 5 к наружной поверхности 16 вращающегося узла 11. Соединительные элементы 5 могут насаживаться на боковые уплотнительные сегменты 1 и/или на поперечные уплотнительные прокладки 3 до дна выполненных в них пазов 7. Сила давления пружин 8 в этом случае передается также на боковые уплотнительные сегменты 1 и/или на поперечные уплотнительные прокладки 3, и они прижимаются к наружной поверхности 16 вращающегося узла 11. Боковые уплотнительные сегменты 1 и/или поперечные уплотнительные прокладки 3 также могут прижиматься к наружной поверхности 16 вращающегося узла 11 еще и дополнительными пружинами 9. Когда вращающийся узел 11 вращается в неподвижном корпусе 10, отверстие цилиндра 12 последовательно проходит мимо всех поперечных уплотнительных прокладок 3, концы которых на достаточную длину проходят за пределы отверстия цилиндра 12 с обеих его сторон, и опасность их повреждения отсутствует. Предпочтительно, чтобы во время воспламенения между отверстием цилиндра 12 и впускным отверстием 14 и/или выпускным отверстием 15 находилось большее количество поперечных прокладок 3. Они обеспечивают прекрасную герметизацию объема цилиндра 12. Уплотнение также можно улучшить, разместив боковые уплотнительные сегменты 1 в несколько рядов, расположенных рядом друг с
другом. Соединительные элементы 5 могут соединять несколько боковых уплотнительных сегментов 1 с одной или несколькими поперечными прокладками 3. Поперечные прокладки 3 могут иметь фаску 17 на опорной поверхности 18, которая ориентирована в сторону, противоположную расположению свечи 19 зажигания. В этом случае давление в цилиндре 12 создает дополнительную силу давления, действующую на поперечные прокладки 3, и это еще более увеличивает герметичность.
Промышленная применимость
Составное уплотнение для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, предположенное в данном изобретении, может например, использоваться в двигателях для самолетов, двигателях для мотоциклов, в двигателях для гоночных автомобилей и в других случаях использования роторно-поршневых двигателей, когда главным приоритетом становятся высокие эксплуатационные параметры при малом весе и малых размерах. Благодаря своей простоте и малым размерам роторно-поршневые двигатели, снабженные составным уплотнением, предложенным в данном изобретении, также могут использоваться для приведения в движение садового оборудования, в качестве резервных генераторов и т.п. В условиях, когда значительно ограничен расход смазочного масла, становится возможным рассматривать использование изобретения в традиционных транспортных средствах, например, для увеличения автономной дальности пробега в электрических транспортных средствах.
Формула изобретения
1. Составное уплотнение для роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, включающего вращающийся узел (11), имеющий форму тела вращения, с радиально расположенными цилиндрами (12) с поршнями (13) и расположенный снаружи неподвижный корпус (10), имеющий по крайней мере одно впускное отверстие (14) и/или выпускное отверстие (15), при этом наружная поверхность (16) вращающегося узла (11) представляет собой поверхность вращения с прямолинейным или криволинейным профилем, в которую упираются поперечные и/или боковые уплотнительные элементы, размещенные в неподвижном корпусе (10), отличающееся тем, что в кольцевых боковых канавках (2) находится боковое уплотнение, состоящее из кольцевых боковых уплотнительных сегментов (1), которые всегда размещены между соседними поперечными уплотнительными прокладками (3), которые размещены в поперечных канавках (4), и эти уплотнительные прокладки (3) пересекают боковые канавки (2), при этом в том месте, где соединяются боковые уплотнительные сегменты (1) и поперечные уплотнительные прокладки (3), расположены соединительные элементы (5) с пазами (7), в которые входят боковые уплотнительные сегменты (1) и поперечные уплотнительные прокладки (3).
2. Составное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что соединительные элементы (5) размещены в гнездах (6), выполненных по периметру неподвижного корпуса (10).
3. Составное уплотнение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что соединительные элементы (5) имеют поперечное сечение в форме многоугольника с числом сторон, равным п, где п лежит в диапазоне от 3 до да, и между соединительными элементами (5) и неподвижным корпусом (10) имеются пружины (8), и соединительные элементы (5) одновременно надеваются на боковые уплотнительные сегменты (1) и/или поперечные уплотнительные прокладки (3) до самого дна пазов (7), и это обеспечивает прижатие этих уплотнительных элементов к наружной поверхности (16) вращающегося узла (11).
4. Составное уплотнение по п. 1, 2 или 3, отличающееся тем, что боковые
уплотнительные сегменты (1) и/или поперечные уплотнительные прокладки (3) снабжены
еще одними пружинами (9), которые расположены в боковых канавках (2) и/или в
поперечных канавках (4) в неподвижном корпусе (10).
5. Составное уплотнение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что
боковые уплотнительные сегменты (1) расположены по крайней мере в два ряда,
находящихся рядом друг с другом, в по крайней мере двух боковых канавках (2), при этом
ближайший ряд уплотнительных сегментов (1) расположен рядом с отверстиями в цилиндре (12) во вращающемся узле (11).
6. Составное уплотнение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что соединительный элемент (5) расположен в месте соединения по крайней мере одной поперечной прокладки (3) и по крайней мере двух боковых уплотнительных сегментов (1).
7. Составное уплотнение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поперечная соединительная прокладка (3) имеет фаску (17) на опорной поверхности (18), которая ориентирована в сторону, противоположную расположению свечи зажигания (19).
6.
6.
6.
Фиг. 1
Фиг. 2