EA006116B1 - Роторная машина и термодинамический цикл - Google Patents

Abstract

Роторная машина, имеющая корпус, внутри которого находятся вращающиеся детали. Роторную машину можно сконфигурировать как роторный двигатель внутреннего сгорания, роторный двигатель внешнего сгорания, газовый компрессор, вакуумный насос, жидкостной насос, ведущую турбину или ведущую турбину для расширяемых газов или жидкостей под давлением. В тепловом двигателе используется новый термодинамический цикл, из которого исключен такт внутреннего сжатия горючих продуктов, присутствующий в цикле Отто. Новый термодинамический цикл теплового двигателя содержит впуск, расширение и выпуск.

Description

Область применения изобретения

Данное изобретение относится, в целом, к роторным машинам и, в частности, к роторным двигателям внутреннего и внешнего сгорания, компрессорам для текучих сред, вакуумным насосам и ведущим турбинам для расширяемых газов или текучей среды и воды под давлением.

Предпосылки изобретения

На протяжении веков развития человечества люди использовали свой разум, совершенствуя машины и механизмы, призванные помочь нам добиться более высокого уровня жизни. В качестве технологических достижений можно указать от изобретения и открытия рычага и колеса в древности до более изощренных устройств связи и вычислений, которыми мы пользуемся в нашей повседневной жизни. Почти все аспекты технологии, от весьма элементарных до очень сложных, проделали большой путь развития, значительно облегчив повседневную жизнь людей и животных на нашей планете. Однако одно изобретение, которым мы пользуемся в течение долгого времени, получило незначительное технологическое развитие, несмотря на его чрезвычайную важность в нашей повседневной жизни.

Обычный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания на основе возвратно-поступательного движения приводит в действие почти все автомобили на земле. Тот же двигатель используется на катерах, в генераторах, компрессорах, насосах и машинах всех типов и конструкций. Однако несмотря на повсеместное использование двигатель внутреннего сгорания, т. е. действующий на основе цикла Отто, или в ряде случаев двигатель на основе дизельного цикла получил весьма незначительное технологическое развитие. Все усовершенствования двигателя не затронули основной термодинамический цикл двигателя.

Принцип возвратно-поступательного движения, применяемый в обычных двигателях внутреннего сгорания на основе цикла Отто и Дизеля, неэффективен для выработки энергии вращения. В обычном четырехтактном двигателе для выработки каждой порции энергии требуется четыре возвратнопоступательных движения. Сначала двигатель совершает такт впуска и сжатия, после чего следуют такты сгорания, расширения и выпуска. Возвратно-поступательное движение четырехцилиндрового двигателя требует четырехкратного изменения инерционного движения вращающейся массы поршней, шатунов и агрегата, и каждое изменение инерционного движения приводит к потере мощности системы. Кроме того, каждый полный цикл двигателя внутреннего сгорания требует четырехкратного изменения инерционного движения соответствующих клапанов, пружин, толкателей, клапанных коромысел и штоков толкателя клапана, что приводит к дополнительной суммарной потере мощности двигателя.

Сложность механической конструкции стандартного двигателя внутреннего сгорания также снижает эффективность конструкции в целом. Для одноцилиндрового четырехтактного двигателя требуется много движущихся деталей, в том числе поршень, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, совокупность толкателей, штоков толкателей, клапанных коромысел, клапанов, клапанных пружин, шестерен, цепь привода распределительного механизма и маховик. Каждая из этих деталей увеличивает вероятность поломки двигателя по причине усталости или износа. Кроме того, такое большое количество деталей увеличивает величину массы, инерционное движение которой должно изменяться четыре раза за цикл, что снижает мощность, вырабатываемую системой. Каждая движущаяся деталь испытывает потери на трение с каждой деталью, с которой она соприкасается, что также приводит к потере мощности. Кроме того, оборудование, содержащее столь большое количество движущихся деталей, дорого в изготовлении и обслуживании.

Обычный четырехтактный двигатель является высокооборотной машиной с низким крутящим моментом. Поскольку плечо кривошипа коленчатого вала сравнительно небольшого радиуса создает очень малый крутящий момент, двигателю с циклом Отто требуются более высокие обороты, чтобы развить более высокую номинальную мощность. В частности, двигатели с циклом Отто и Дизеля развивают наивысшее внутреннее давление при приблизительно наименьшем крутящем моменте в цикле поршня, т.е. в верхней мертвой точке. Таким образом, в цикле двигателя наивысшая возможность двигателя совершать работу, т.е. состояние максимального внутреннего давления, не согласована с наибольшей способностью двигателя использовать эту возможность или преобразовывать ее в энергию. Кроме того, крутящий момент не является постоянным. Напротив, крутящий момент примерно равен нулю в верхней мертвой точке, достигает максимального значения в середине хода и возвращается к нулю в нижней мертвой точке.

Согласно конструкции наивысшее внутреннее давление имеет место, когда поршень делает приблизительно полный ход или продвижение. Поэтому большая часть начальной силы, создаваемой при сгорании, передается вниз вдоль оси поршня и шатуна и не преобразуется в энергию вращения. Только потом, когда крутящий момент увеличивается, большая часть силы расширения преобразуется в энергию вращения. В результате, конструкционные требования ограничивают конструкцию поршневого узла, увеличивая массу и ограничивая выбор материалов. Кроме того, для увеличения сравнительно низкого крутящего момента, развиваемого возвратно-поступательным движением, необходимы коробки передач, что дополнительно увеличивает вес, стоимость, сложность и требования к мощности системы в целом.

Сжатие, а значит нагрев первоначального объема порции горючих продуктов, приводит к дополнительным потерям мощности. Расширение газа зависит от температуры газа до воспламенения при условии, что все остальные параметры остаются постоянными, газ с более низкой температурой воспламене

- 1 006116 ния будет расширяться больше, чем тот же газ при более высокой температуре воспламенения, если для этого есть место. Поэтому нагрев воздушно-топливной смеси в результате сжатия до воспламенения снижает величину расширения и, таким образом, работу, совершаемую на последующем такте расширения. Кроме того, схема возвратно-поступательного движения ограничивает способность продуктов сгорания совершать полезную работу, поскольку объем расширения не равен объему сжатия - сгорание нагревает газ, в результате чего объем расширения возрастает сверх начального объема. Таким образом, газообразные продукты сгорания под сравнительно высоким давлением выбрасываются, не совершив никакой полезной работы.

Общая схема двигателей Отто, дизельных и других роторных двигателей ограничена перекрестной утечкой при высоком давлении. В частности, перекрестная утечка - это потеря внутреннего давления по причине перетока из области высокого давления в область низкого давления системы, когда поршни совершают свой ход. Утечка обычно происходит между поршнем и стенками цилиндра, через выпускной и впускной каналы и между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров. Избыточное количество уплотнений и соединительных частей в других двигателях внутреннего сгорания обуславливает предрасположенность к перекрестной утечке. Поэтому рабочий диапазон внутреннего давления двигателей значительно снижается.

Еще одним ограничением технологии современного роторного двигателя является конструкция внутреннего сгорания двигателей. В частности, современные роторные двигатели действуют только как двигатели внутреннего сгорания. Современные конструкции не позволяют использовать их в качестве двигателей внешнего сгорания или двигателей с внешним циклом детонации. Таким образом, современное состояние технологии роторных двигателей требует значительно большего объема для расширения газов, чем необходимо в соответствии с внешними аспектами данного изобретения.

Еще одним ограничением современной технологии двигателей является недостаток проектного разнообразия. Степень разнообразия для обычных двигателей внутреннего сгорания ограничена необходимостью приводить в движение общий коленчатый вал за счет совокупности возвратно-поступательных движений. Конструкция двигателя не сильно отличается от стандартных линейной и У-образной конфигураций. Даже другие конструкции роторного двигателя однообразны в своих конфигурациях вращающихся деталей. Альтернативные конфигурации поршней, например перекрестное вращение, не были исследованы. Это ограниченное проектное разнообразие препятствует разработке возможных компактных конструкций.

Еще одно ограничение конструкции двигателя внутреннего сгорания состоит в однообразии его использования. Двигатель внутреннего сгорания действует только как двигатель внутреннего сгорания. Он является источником энергии, преобразующим химическую энергию в механическую энергию, причем механическая энергия имеет форму энергии вращения вала. Двигатель внутреннего сгорания сам по себе не имеет возможности функционировать с другими детонационными камерами, кроме внутренней камеры сгорания, например устройством кумулятивного заряда или другого цикла детонации, некоторые из которых предусматривают внешнее сгорание. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания сам по себе не способен функционировать как воздушный компрессор, вакуумный насос, двигатель внешнего сгорания, водяной насос, ведущая турбина для расширяемого газа или ведущая турбина.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предусматривает роторную машину, способную функционировать как роторный двигатель внутреннего или внешнего сгорания, роторный двигатель кумулятивного заряда или детонационного заряда, компрессор текучей среды, вакуумный насос или ведущая турбина для расширяемых газов или текучей среды и воды под давлением. Согласно некоторым аспектам изобретения, роторная машина содержит корпус, в принципе, тороидальной формы, внешняя поверхность которого имеет цилиндрическую форму. В основном, внутри тороидального корпуса располагается совокупность вращающихся деталей, как целое связанных с корпусом, в которую входит расширительное кольцо, имеющее выступ расширительного кольца, взаимодействующее с уплотнительным цилиндром, имеющим выемку, которая механически сопрягается с выступом расширительного кольца.

Согласно другим аспектам изобретения предусмотрены впускной и выпускной каналы, через которые в/из камеру/ы, сформированную(ой) в роторной машине, могут входить или выходить различные газы, топлива или текучие среды в зависимости от того, какую функцию выполняет роторная машина.

Согласно другим аспектам изобретения при функционировании в качестве машины внутреннего сгорания горючие продукты, поступающие через впускной канал, не сжимаются в камере сгорания до воспламенения.

Согласно другим аспектам изобретения в некоторых вариантах осуществления степень расширения превышает объем сжатия.

Согласно другим аспектам изобретения выхлопные газы выводятся при любом нужном давлении выпуска, в том числе внешнем давлении.

Согласно другим аспектам изобретения тороидальный корпус препятствует потере давления из-за перекрестной утечки.

Согласно другим аспектам изобретения крутящий момент является постоянным на протяжении

- 2 006116 цикла, но значение крутящего момента снижается с уменьшением давления.

Согласно другим аспектам изобретения постоянный крутящий момент позволяет роторной машине работать на сравнительно низких оборотах, достигая сравнительно высокой производительности.

Согласно другим аспектам изобретения наибольший крутящий момент совпадает с максимальным сжатием или внутренним давлением.

Согласно другим аспектам изобретения крутящий момент и обороты являются независимыми параметрами, которые можно регулировать для получения нужной производительности.

Согласно другим аспектам изобретения степень сжатия является независимым параметром, и его можно регулировать для получения нужной производительности.

Согласно другим аспектам изобретения относительное движение поршня и выходных валов можно регулировать в соответствии с любой конфигурацией.

Согласно другим аспектам изобретения распределение зажигания можно изменять для получения нужного давления сгорания.

Согласно другим аспектам изобретения в роторной машине применимы разнообразные устройства зажигания, например трансформаторные системы разряда, устройства напряжения, свечи зажигания, фотоэлемент, пьезоэлектрические или электродуговые устройства.

Согласно другим аспектам изобретения роторная машина вырабатывает энергию вращения в двух направлениях, которые можно использовать по отдельности или совместно.

Согласно другим аспектам изобретения можно избирательно использовать совокупность роторных машин для получения нужной производительности.

Согласно другим аспектам изобретения можно избирательно использовать совокупность роторных машин для получения нужной степени разряжения или сжатия.

Согласно другим аспектам изобретения разработан новый термодинамический цикл, имеющий такты впуска, расширения и выпуска, без сжатия горючих продуктов в камере сгорания.

Согласно другим аспектам изобретения в некоторых вариантах осуществления горючие продукты сжимаются до сгорания.

Согласно другим аспектам изобретения камеры сгорания и расширения имеют форму, обеспечивающую эффективное расширение продуктов сгорания с минимальными инерционными потерями.

Согласно другим аспектам изобретения размер поршня и крутящий момент можно изменять для получения нужных оборотов и мощности.

Краткое описание чертежей

Ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи, подробно описаны предпочтительные и альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 1 - изометрический частично разобранный вид роторной машины, фиг. 2 - плоский вид в разрезе вращающихся деталей, фиг. 3 - разобранный изометрический вид аспекта внешнего сгорания изобретения, фиг. 4 - разобранный изометрический вид аспекта внешнего сгорания с кумулятивным зарядом или другим циклом детонации изобретения, фиг. 5 - изометрический вид в разрезе некоторых вращающихся деталей по линии 5-5 на фиг. 2, фиг. 6 - изометрический вид в разрезе некоторых вращающихся деталей по линии 6-6 на фиг. 1, фиг. 7 - изометрический вид в разрезе некоторых вращающихся деталей по линии 7-7 на фиг. 2, фиг. 8 - изометрический вид в разрезе некоторых вращающихся деталей по линии 8-8 на фиг. 1, фиг. 9 - изометрический вид многоцилиндрового аспекта изобретения, фиг. 10 - плоский вид многоцилиндрового аспекта изобретения, фиг. 11 - плоский вид состояния в цикле вращения, фиг. 12 - плоский вид состояния в цикле вращения, фиг. 13 - плоский вид состояния в цикле вращения, фиг. 14 - плоский вид состояния в цикле вращения, фиг. 15 - график термодинамических циклов.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления Физическое описание

На фиг. 1 представлен предпочтительный вариант осуществления роторной машины 40. Роторная машина 40 содержит корпус 42, в целом, тороидальной формы, имеющий на одном конце крышку 43. В основном, внутри тороидального корпуса 42 находится совокупность вращающихся деталей, как целое связанных с корпусом 42. Корпус 42, в целом, тороидальной формы, имеет внешнюю поверхность, по существу, цилиндрической формы. Однако на конце корпуса 42, противоположном крышке 43, корпус образует, в целом, тороидальный внутренний корпус 56 (см. фиг. 2).

Расширительное кольцо 44 расположено внутри корпуса 42 и крышки 43. В частности, между тороидальным корпусом 42 и тороидальным внутренним корпусом 56 находится расширительное кольцо 44. Расширительное кольцо 44 имеет, в целом, цилиндрическую форму и на части ее внутренней поверхности находится зубчатый венец 46 расширительного кольца (см. фиг. 2). Зубчатый венец 46 расширительного кольца и соответствующая часть расширительного кольца 44, в общем случае, располагаются в

- 3 006116 канавке 48 зубчатого венца расширительного кольца, сформированной в тороидальном корпусе 42 (лучше всего видна на фиг. 5-6). Канавка 48 обеспечивает поверхность подшипника для расширительного кольца 44. Канавка 48 является, по существу, выемкой цилиндрической формы, диаметр которой чуть меньше диаметра зубчатого венца 46 расширительного кольца. Глубина канавки 48 определяется, в основном, характером применения роторной машины 40. В вариантах применения с относительно высокой скоростью и низким крутящим моментом, глубина канавки может быть чуть больше, чем в случае низких оборотов. Руководящий принцип, касающийся конструкции канавки 48, состоит в обеспечении направляющей дорожки, помогающей поддерживать целостность вращательного движения расширительного кольца 44.

Тип подшипника (не показан), применяемого для осуществления относительного движения вращающихся компонентов, меняется в зависимости от применения. В предпочтительном варианте осуществления с высокой скоростью и низким крутящим моментом применяются роликовые подшипники. Однако в рамках объема изобретения можно рассматривать и другие подшипники, например шариковые, конические, воздушные, на жидком металле и магнитные подшипники. Аналогично, в варианте применения с высоким крутящим моментом и низкой скоростью предпочтительны угольные (графитовые) втулки. Однако в рамках объема этого аспекта изобретения можно рассматривать и другие подшипники, например керамические композиты, композиты с масляной пропиткой и бронзы, композиты с углеродной пропиткой, карбидные композиты и металло-порошковые композиты.

Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления на внутренней поверхности расширительного кольца 44 имеется выступ 50 расширительного кольца (фиг. 2). Выступ 50 расширительного кольца сформирован в радиальном направлении на внутренней поверхности расширительного кольца 44. Выступ 50 проходит, по существу, от внутренней поверхности расширительного кольца 44 к стенке 60 тороидального внутреннего корпуса (фиг. 2). Дополнительно внутри расширительного кольца 44 и, следовательно, внутри тороидального корпуса 42 находится уплотнительный цилиндр 62. Уплотнительный цилиндр 62 механически связан с расширительным кольцом 44 посредством зубчатого венца 46 расширительного кольца и зубчатого венца 66 уплотнительного цилиндра. Аналогично рассмотренному выше, зубчатый венец 66 уплотнительного цилиндра катается в канавке 67 уплотнительного цилиндра (см. фиг. 5). Кроме того, на внешней периферии уплотнительного цилиндра 62, на конце, противоположном зубчатому венцу 66 уплотнительного цилиндра, находится выемка 64 уплотнительного цилиндра (фиг. 2). Выемка 64 уплотнительного цилиндра имеет такие форму и расположение, чтобы механически сопрягаться с выступом 50 расширительного кольца с определенными интервалами.

Объем изобретения допускает другие конструкции расширительного кольца 44. В частности, конфигурация расширительного кольца в корпусе может предусматривать размещение кольца 44 на внутренней части пространства 110 и выступ 50, идущий наружу (не показан). Кроме того, кольцо может располагаться приблизительно в центре пространства 110 и иметь выступы 50, идущие внутрь и наружу (не показаны). Таким образом, объем изобретения допускает любую возможную структуру кольца 44 и выступа 50.

Передаточное отношение между уплотнительным цилиндром 62 и расширительным кольцом 44, как и относительное вращательное перемещение вращающихся компонентов, также может быть разным. В предпочтительном варианте осуществления, для применений с относительно высоким крутящим моментом обычно предпочтительно низкое передаточное отношение. Например, желательно иметь отношение скоростей уплотнительного цилиндра 62 и расширительного кольца 44 один к одному. Наоборот, для применений с относительно высокой скоростью и более низким крутящим моментом можно использовать более высокое отношение, например можно использовать отношение расширительного кольца 44 к уплотнительному цилиндру 62 один к десяти. Вышеуказанные отношения являются примерами различных отношений, применимых в этой роторной машине, однако, объем изобретения допускает любое другое отношение, позволяющее получить любую нужную производительность.

Другой аспект изобретения предусматривает различную взаимную ориентацию вращающихся деталей. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фигурах, кольцо 44 и цилиндр 62 вращаются в одной плоскости. Однако можно применять другие механические соединения, позволяющие кольцу 44 и цилиндру 62 вращаться в разных плоскостях. Можно применять различные комбинации шестерен (не показаны) или другие механические средства, общеизвестные в технике, благодаря которым вращение кольца 44 может происходить в плоскостях, отличных от плоскости вращения цилиндра 62.

В предпочтительном варианте осуществления на оси уплотнительного цилиндра 62 имеется выступ 68 уплотнительного цилиндра, проходящий по оси наружу от каждого конца уплотнительного цилиндра 62. Выступы 68 уплотнительного цилиндра выходят за пределы тороидального корпуса 42 и крышки 43, обеспечивая вращение как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки вне роторной машины 40. В альтернативном варианте осуществления выступ 68 может находиться только на одном конце уплотнительного цилиндра 62. Таким образом, можно построить более компактную роторную машину 40 или получить конкретную мощность вращения.

В предпочтительном варианте осуществления выступ 68 уплотнительного цилиндра, который про

- 4 006116 ходит через тороидальный корпус 42, также управляет хронированием открытия клапанного канала 86. Управление хронированием открытия клапанного канала осуществляется через высокоскоростную шестерню 82 и низкоскоростной зубчатый клапан 84. Высокоскоростная шестерня 82 соединена с выступом 68 и вращается вместе с ним. С высокоскоростной шестерней 82 также связан низкоскоростной зубчатый клапан 84, в котором имеется клапанный канал 86. Кроме того, через поверхность корпуса 42 в области, охватываемой зубчатым клапаном 84, проходит впускной канал 74 (фиг. 2). Вращение зубчатого клапана 84 посредством высокоскоростной шестерни 82 приводит к периодическому выравниванию клапанного канала и впускного канала 74, что позволяет вводить горючие продукты.

Кроме того, на поверхности корпуса 42 находится устройство зажигания 88, которое целиком соединено с каналом зажигания 76 (см. фиг. 2). В предпочтительном варианте осуществления в качестве устройства зажигания 88 используется свеча зажигания. Однако в этом устройстве применимо любое устройство зажигания 88, общеизвестное в технике. Например, объему изобретения отвечают трансформаторные системы разряда, устройства напряжения, фотоэлементы, пьезоэлектрические и электродуговые устройства. Кроме того, через поверхность тороидального корпуса проходит выпускной канал 78.

Канал зажигания 76 (см. фиг. 2) и впускной канал 74 разнесены для обеспечения эффективного взаимодействия зажигания и вводимых продуктов. Согласно различным фигурам, канал зажигания 76 расположен в направлении поворота против часовой стрелки относительно впускного канала 74. В предпочтительном варианте осуществления впускной канал располагается как можно ближе к уплотнительному цилиндру 62, в том числе перекрывает уплотнительный цилиндр 62. Однако альтернативные варианты осуществления предусматривают другое относительное расположение впускного канала 74 и канала зажигания 76. Кроме того, каналы могут иметь любой размер или форму, например каналы могут быть круглыми, квадратными, треугольными или овальными. Относительный размер каналов зависит от времени, в течение которого может происходить массообмен, и величины переносимой массы, необходимой в данном применении. Для достижения нужных условий эксплуатации можно также использовать совокупность каналов. Кроме того, относительные каналы можно использовать под углом к поверхности камеры (не показаны). Таким образом, продукты впуска и зажигания продвигаются в направлении движения расширительного кольца 42.

Еще один вопрос конструкции в связи с изобретением состоит в выборе материалов. В предпочтительном варианте осуществления роторная машина 40 выполнена из тугоплавкой стали или любого тугоплавкого стального сплава. Однако объем изобретения допускает использование и других материалов, например титана, никеля и никелевых сплавов, композитов на основе углерода, карбидных композитов, металло-порошковых композитов, черных и цветных металлов.

На фиг. 2 дополнительно показано взаимное расположение различных деталей роторной машины 40. Подшипниковые поверхности на внутренней поверхности корпуса 42 поддерживают расширительное кольцо 44. Согласно вышесказанному часть расширительного кольца 44 и зубчатый венец 46 расширительного кольца поддерживаются канавкой 48 расширительного кольца в тороидальном корпусе 42. Внутренняя поверхность расширительного кольца 44, стенка 70 уплотнительного цилиндра, практически тороидальная стенка 60 корпуса и замыкающий край 52 выступа задают внутреннее пространство 71. Во внутреннем пространстве 71 располагаются впускной канал 74, канал 76 зажигания и выпускной канал 78.

Выступ 50 расширительного кольца проходит в радиальном направлении через внутреннее пространство 71. Внутренний край выступа 50 расширительного кольца и тороидальная стенка 60 внутреннего корпуса образуют подвижное, практически герметичное уплотнение. Кроме того, стенка 70 уплотнительного цилиндра образует, по существу, герметичный контакт с расширительным кольцом 44 на площадке 72 контакта. Площадка 72 контакта создает, по существу, полную изоляцию между впускным каналом 74 и выпускным каналом 78.

Тороидальная стенка 60 внутреннего корпуса поддерживает наподобие подшипника уплотнительный цилиндр 62 посредством, по существу, с-образного выреза 58 тороидального внутреннего корпуса. С-образный вырез 58 тороидального внутреннего корпуса обеспечивает поддержку вращающегося уплотнительного цилиндра 62. Согласно рассмотренному выше, в той части стенки 60 внутреннего корпуса, которая соответствует вырезу 58 внутреннего корпуса, сформирована канавка 67 уплотнительного цилиндра, которая обеспечивает устойчивость вращения уплотнительного цилиндра 62.

Между вырезом 58 внутреннего корпуса и стенкой 70 уплотнительного цилиндра имеется зазор, позволяющий уплотнительному цилиндру 62 свободно вращаться, в то же время обеспечивая, по существу, герметичное уплотнение между цилиндром 62 и корпусом 56. Аналогично оконечности выреза 58 охватывают уплотнительный цилиндр 62, заканчиваясь за пределами впускного и выпускного каналов, 74 и 78 соответственно. Таким образом, геометрия выреза 58 внутреннего корпуса способствует герметизации пространства между корпусом 56 и уплотнительным цилиндром 62.

Показана также полость 65. Полость 65 выполняет несколько функций. Во-первых, полость уменьшает общий вес роторной машины 40, что позволяет увеличить отношение мощность/вес машины 40. Кроме того, полость 65 служит для увеличения площади поверхности машины 40, что повышает возможности теплоотдачи машины 40, что позволяет снижать рабочую температуру машины 40. Полость

- 5 006116 может иметь любую геометрическую форму. Например, объем данного раскрытия допускает овальную, круглую, дольчатую или иную геометрическую конфигурацию. Кроме того, в полости 65 можно размещать охлаждающие ребра или трубки (не показаны), что дополнительно повышает способность к охлаждению роторной машины.

Согласно рассмотренному выше, все предыдущие роторные двигатели имели проблемы с боковым уплотнением, т.е. утечки сжатых газов на концах цилиндра ведущего ротора. Утечка приводит к общей потере энергии системы, что неблагоприятно влияет на эффективность двигателя. Полость в сочетании с тороидальной формой корпуса 42 препятствует любой перекрестной утечке из области высокого давления в область низкого давления. Тороидальная конструкция корпуса эффективно удаляет концы, тем устраняя проблемы боковой утечки.

На фиг. 3 изображена роторная машина 40, используемая в качестве двигателя внешнего сгорания. На конце, противоположном крышке 43, находятся детали внешнего сгорания. Детали внешнего сгорания механически и посредством текучей среды объединены с роторной машиной 40. Крышка 90 коллектора и управляющего клапана располагается поверх впускного канала 74 (см. фиг. 2), высокоскоростной шестерни 82 и зубчатого клапана 84 и, по существу, охватывает их. На внешней поверхности крышки 90 коллектора и управляющего клапана располагается входной канал 92 поджига коллектора. Входной канал 92 поджига коллектора механически и посредством текучей среды связан с камерой 94 внешнего сгорания. Камера 94 внешнего сгорания, как целое, соединена с устройством 88 зажигания и устройством 96 подвода топлива/воздуха.

Роторная машина может содержать совокупность внешних камер 94 сгорания. Например, коллектор 90 можно использовать для приема расширяющихся продуктов сгорания из нескольких внешних камер сгорания. Коллектор множественного сгорания (не показан) предназначен для направления объединенных продуктов сгорания через впускной канал 74 аналогично варианту осуществления единичного внешнего сгорания настоящего изобретения. Однако согласно варианту осуществления множественных камер сгорания коллектор придает возникающим ударным волнам такую форму, чтобы соответствующие ударные волны гасили друг друга. Общий эффект варианта осуществления множественных камер сгорания состоит в увеличении внутреннего давления в увеличивающемся пространстве 110 по сравнению с вариантом осуществления единичной камеры сгорания. В частности, совокупность внешних камер сгорания функционирует для увеличения общего объема расширяющихся газов, и, таким образом, внутреннего давления роторной машины 40.

На фиг. 4 изображен альтернативный вариант осуществления роторной машины 40 внешнего сгорания. В этом варианте осуществления внешняя камера 94 сгорания заменена камерой 98 кумулятивного заряда или иного цикла детонации. Камера 98 кумулятивного заряда или иного цикла детонации содержит по меньшей мере одно устройство 96 подвода топлива/воздуха и по меньшей мере одно устройство 88 зажигания. Согласно этому аспекту изобретения сформированная ударная волна или импульсная волна сжатия распространяется в камере 98 цикла и посредством текучей среды передается в тороидальный корпус 42, чтобы роторная машина 40 могла совершать работу. Хотя на фиг. 4 показана одна камера 98 кумулятивного заряда или другого цикла детонации, согласно варианту осуществления внешнего сгорания, объем данного изобретения допускает использование нескольких камер 98 кумулятивного заряда.

Общая форма любой внешней камеры 94 сгорания или камеры 98 цикла детонации может быть разной и также может иметь любую внутреннюю или внешнюю геометрию. Можно выбирать общую форму любой камеры для получения нужного давления или какого-либо другого нужного параметра волны давления или сжатия.

На фиг. 5 изображен вид в разрезе роторной машины 40. Из фиг. 5 видно, что корпус 42 окружает расширительное кольцо 44 и находится в подшипниковом контакте с ним. Кроме того, выступ 50 расширительного кольца находится, по существу, в герметичном контакте со стенкой 60 внутреннего корпуса. Дополнительно уплотнительный цилиндр 62 утоплен в с-образный вырез 58 внутреннего корпуса и образует герметичный подшипниковый контакт с расширительным кольцом 44 на площадке 72 контакта уплотнительного цилиндра. Выступы 68 уплотнительного цилиндра отходят от соответствующих осевых поверхностей уплотнительного цилиндра 62. Выступы 68 проходят через корпус 42 и крышку 43 соответственно.

На фиг. 6 изображен дополнительный вид в разрезе части роторной машины 40. Высокоскоростная шестерня 82 присоединена к выступу 68 уплотнительного цилиндра. Высокоскоростная шестерня 82 механически связана с зубчатым клапаном 84. В зависимости от применения высокоскоростная шестерня 82 и зубчатый клапан 84 функционируют либо как ведущая шестерня, либо как ведомая шестерня. Например, когда роторная машина используется в качестве двигателя внутреннего сгорания, расширительное кольцо 42 и уплотнительный цилиндр под действием продуктов сгорания вращаются против часовой стрелки. Вращение уплотнительного цилиндра 62 приводит к вращению выступа 68, который вращает высокоскоростную шестерню 82. Высокоскоростная шестерня 82, будучи ведущей шестерней, переносит вращательное перемещение на зубчатый вращающийся клапан 84, тем самым управляя синхронизацией клапанного канала 86. Напротив, когда роторная машина 40 используется в качестве насоса текучей среды, зубчатый клапан 84 управляет впуском текучей среды и, таким образом, управляющее действие кла

- 6 006116 пана определяет относительные перемещения внутренних деталей. Таким образом, зубчатый клапан 84 приводит в движение высокоскоростную шестерню 82.

На фиг. 7 изображен еще один вид подшипниковой взаимосвязи между тороидальным корпусом 42 и расширительным кольцом 44. Проиллюстрирована также подшипниковая взаимосвязь между уплотнительным цилиндром 62 и вырезом 58 внутреннего корпуса. Зубчатый венец 46 расширительного кольца и часть расширительного кольца 44 поддерживаются в канавке 48 расширительного кольца. Канавка расширительного кольца, в сочетании с внутренней стенкой тороидального корпуса 42, поддерживает расположение расширительного кольца в корпусе, позволяя при этом кольцу 44 свободно вращаться. Аналогичная взаимосвязь имеется между вырезом 58 внутреннего корпуса, уплотнительным цилиндром 62 и расширительным кольцом 44.

На фиг. 8 дополнительно представлена механическая взаимосвязь между уплотнительным цилиндром 62, расширительным кольцом 44, высокоскоростной шестерней 82, зубчатым клапаном 84 и клапанным каналом 86. Относительное движение между расширительным кольцом 44 и уплотнительным цилиндром 62 передается между двумя деталями через зубчатый венец 46 расширительного кольца и зубчатый венец 66 уплотнительного цилиндра соответственно. Кроме того, любое вращательное движение уплотнительного цилиндра 62 передается зубчатому клапану 84 через выступ 68 уплотнительного цилиндра и высокоскоростную шестерню 82. В результате, синхронизация открытия и закрытия клапанного канала 86 связана с относительной ориентацией уплотнительного цилиндра 62 и расширительного кольца.

На фиг. 9 изображен многоцилиндровый вариант осуществления изобретения. Этот аспект изобретения предусматривает множество цилиндров, расположенных на общей оси, например на одном выступе 68 уплотнительного цилиндра. Таким образом, можно соединить любое количество цилиндров, чтобы получить нужную производительность.

Многоцилиндровый вариант осуществления изобретения предусматривает множество рабочих состояний. Например, четырехцилиндровая роторная машина работает с поджигом одного, двух, трех или всех четырех цилиндров - состояние поджига зависит от требуемой мощности. Без поджига цилиндры работают в режиме свободного хода, когда их масса просто увеличивает массу маховика и, таким образом, вращательный момент роторной машины.

На фиг. 10 изображена роторная машина 40(Ь), в которой за оборот расширительного кольца 44(Ь) осуществляется несколько циклов. Взаимосвязь между различными компонентами этого варианта осуществления, по существу, такая же, как в рассмотренном выше варианте одного поджига за оборот расширительного кольца 42.

В этом варианте осуществления изображены два цикла поджига на оборот расширительного кольца 44(Ь). Согласно предпочтительному варианту осуществления для этого нужны, по существу, аналогичные уплотнительные цилиндры 62(а) и (Ь), расположенные вдоль внутреннего диаметра расширительного кольца 44(Ь). Уплотнительные цилиндры механически связаны друг с другом и с расширительным кольцом через зубчатый венец 66(Ь) уплотнительного цилиндра и зубчатый венец 46(Ь) расширительного цилиндра. Каждый соответствующий уплотнительный цилиндр 62(Ь) образует площадку 72(Ь) контакта с расширительным кольцом 44(Ь). Площадки 72(Ь) контакта делят роторную машину 40(Ь), по существу, на равные зоны совершения работы. Каждая зона совершения работы содержит впускной канал 74(Ь), канал 76(Ь) зажигания и выпускной канал 78(Ь). В каждой зоне совершения работы имеет место полный термодинамический цикл, что обеспечивает два такта расширения или рабочего такта на оборот расширительного кольца.

В предпочтительном варианте осуществления, изображенном на фиг. 10, поджиг устройств зажигания (не показаны) осуществляется последовательно. Таким образом, воспламенение происходит, когда выступ 50(Ь) расширительного кольца достигает положения смещения против часовой стрелки относительно каждого канала 76(Ь) зажигания. Расширяющиеся продукты сгорания приводят в движение расширительное кольцо 44(Ь), пока не выйдут через выпускной канал 78(Ь). Затем выступ 50(Ь) расширительного кольца проходит через сопряженный контакт с выемкой 64(Ь) уплотнительного цилиндра и во второе положение зажигания.

Предусмотрено, что расширительное кольцо 44(Ь) может иметь совокупность выступов 50(Ь) расширительного кольца, что позволяет одновременно воспламенять продукты сгорания. Кроме того, объем данного изобретения предусматривает дальнейшее увеличение количества зон совершения работы в пределах одного оборота расширительного кольца 44(Ь). Например, для соответствующего увеличения количества зон совершения работы можно добавить третий или четвертый уплотнительный цилиндр.

Циклы

Двигатель внутреннего сгорания.

Настоящее изобретение предусматривает новый термодинамический цикл для двигателей. Новый цикл содержит впуск, рабочий ход и выпуск. Таким образом, новый термодинамический цикл не содержит такта сжатия, отнимающего мощность у системы и, одновременно, ограничивающего работу, совершаемую за счет предварительного нагрева начального заряда. Кроме того, цикл допускает полное расширение газа во время рабочего хода за счет выпуска газов под давлением, равным атмосферному

- 7 006116 давлению или немного более высоким. Таким образом, удается устранить почти всю потерю мощности и, одновременно, достичь максимальной работы, совершаемой за цикл.

Ниже приведено более подробное описание различных аспектов нового цикла двигателя. Кроме того, после аспекта внутреннего сгорания согласно изобретению, подробно описаны дополнительные аспекты изобретения.

На фиг. 11 изображена роторная машина 40 вблизи состояния впуска цикла двигателя. Показано, что выступ 50 расширительного кольца, смещенный против часовой стрелки относительно впускного канала 74 и канала 76 зажигания, задает пространство 110 и пространство 112. По мере перемещения выступа 50 кольца против часовой стрелки, имеет место множество точно хронированных событий. Уплотнительный цилиндр 62 поворачивается, тем самым управляя вращением зубчатого клапана 84. В назначенное время (рассмотренное ниже) вращение зубчатого клапана 84 приводит к совмещению клапанного канала 86 и впускного канала 74. Когда происходит совмещение, горючие продукты поступают в пространство 110 и затем воспламеняются устройством 88 зажигания.

Горючие продукты поступают в пространство 110 либо под атмосферным давлением, либо в сжатом состоянии. Согласно предпочтительному варианту осуществления горючие продукты поступают под давлением от 1 до 25 атм. Однако в рамках объема изобретения допустимо любое другое давление горючих продуктов. Когда горючие продукты поступают под атмосферным давлением, т.е. без предварительного сжатия, они просто всасываются в пространство 110 благодаря разряжению, создаваемому перемещением расширительного кольца 44 против часовой стрелки. Когда горючие продукты поступают под давлением, примерно равным внешнему давлению, общая эффективность роторной машины 40 немного снижается. Однако при работе в таком режиме впускной канал 74 имеет увеличенный диаметр, что снижает сопротивление потоку и обеспечивает максимальный перенос текучей среды в пространство 110. Аналогичным образом можно немного увеличить размер клапанного канала 86, что позволяет немного удлинить такт впуска.

Горючие продукты могут также поступать в пространство 110 под давлением. В предпочтительном варианте осуществления с нагнетанием, горючие продукты нагнетаются топливным насосом. Однако объем изобретения предусматривает любые другие общеизвестные средства нагнетания текучих сред. Общий процесс ввода горючих продуктов в пространство 110, по существу, совпадает с вышеописанным. Однако при подаче горючих продуктов под давлением перенос текучей среды в пространство 110 обусловлен положительным давлением горючих продуктов, а не отрицательным давлением, создаваемым в пространстве 110, как описано выше. Кроме того, скорость, с которой происходит перенос текучей среды, в целом выше, чем в вышеописанном варианте осуществления вакуумного всасывания. Таким образом, относительный размер клапанного канала 86 предпочтительно меньше размеров клапанного канала 86, используемых в вышеописанном варианте осуществления.

Подводимый воздух можно нагнетать вентилятором, воздуходувкой или супернагнетателем (не показаны), чтобы работать на повышенных скоростях цикла и давлении сжигания. Для приведения в действие этих устройств можно отбирать мощность от вращающегося выступа 68 уплотнительного цилиндра, использовать выхлопные газы (что описано ниже) или другие средства, общеизвестные в технике. В отличие от двигателей на основе цикла Отто, нагнетание горючих продуктов происходит не в зоне сжигания или пространстве 110; нагнетание осуществляется извне. Таким образом, не происходит потери момента поршня в процессе нагнетания, благодаря чему получается более эффективный цикл двигателя.

Еще один предпочтительный вариант осуществления предусматривает внутреннее смешивание топлива и воздуха, а именно в пространстве 110, т.е. через впускной клапан засасывается только воздух, топливо впрыскивается непосредственно в пространство 110 с использованием прямого инжектора цилиндра (не показан). Это сочетание впрыска топлива под давлением и вакуумного всасывания воздуха дает дополнительные преимущества над другими вариантами осуществления. Для получения нужной скорости сгорания можно регулировать отношение топлива к воздуху. Регулировать отношение можно путем регулировки размеров каналов или давления впрыска и распределения зажигания (рассмотрено ниже). Смешивание горючих продуктов в пространстве 110 исключает возможность воспламенения во впускном коллекторе.

Чтобы дополнительно способствовать вращению расширительного кольца 44, можно изменять угол оси впускного канала 74 относительно цилиндрической оси расширительного кольца 44. В частности, либо в варианте осуществления вакуумного всасывания, либо в варианте осуществления нагнетания, впускной канал может быть наклонен так, чтобы продукты сгорания направлялись на замыкающий край выступа 50 расширительного кольца (наклонные каналы не показаны). В варианте осуществления нагнетания, благодаря направлению горючих продуктов в направлении вращения, большая часть продуктов сгорания и, таким образом, наибольшая результирующая волна давления сгорания, генерируется как можно ближе к выступу 50. Таким образом, при сгорании химическая энергия горючих продуктов более эффективно преобразуется в механическую энергию посредством расширительного кольца 44.

В предпочтительном варианте осуществления клапанное средство представляет собой вращающийся зубчатый клапан 84. Однако объем изобретения допускает другие клапанные средства, например, электромагнитный, подъемный, золотниковый, откидной, дисковый, с кулачковым приводом, барабан

- 8 006116 ный, пластинчатый, десмобромический кулачковый, запорный, обратный и шаровой клапаны. Вне зависимости от типа используемого клапана, он должен работать так, чтобы обеспечивать эффективный перенос текучих сред в пространство 110. Выбор клапана, в основном, определяется применением роторной машины 40, например, для более высокоскоростных применений используются быстродействующие клапаны.

В поворотном положении, показанном на фиг. 11, горючие продукты поступают в пространство 110. Клапан управляет точной синхронизацией ввода горючих продуктов, однако, преимущественная конструкция клапана определяется отношением объемов впуска и расширения, т.е. степенью расширения. В частности, согласно фиг. 11, степень расширения определяется соотношением между объемом горючих продуктов, поступивших в пространство 110, и объемом расширения, возможным за счет пространства 112. В предпочтительном варианте осуществления, оптимальным является примерно 3-4кратное превышение объема расширения над объемом впуска. Это обеспечивает почти полное расширение газообразных продуктов сгорания и, таким образом, максимальную работу, совершаемую продуктами сгорания. Однако объем изобретения допускает независимый выбор степеней расширения. Согласно этому варианту осуществления продукты сгорания выводятся под давлением, примерно равным внешнему давлению. Однако поскольку иногда желательно иметь выхлопные газы под немного повышенным давлением, степень расширения можно регулировать, чтобы добиться нужного состояния выхлопных газов.

В управляемое время после ввода горючих продуктов, впускной канал 74 перекрывается, и устройство 88 зажигания поджигает горючие продукты в увеличивающемся пространстве 110. В результате сгорания давление в увеличивающемся пространстве 110 значительно повышается, из-за чего выступ 50 расширительного кольца удаляется от уплотнительного цилиндра 62 и начинается рабочий ход.

Синхронизация воспламенения горючих продуктов также регулируется для достижения эффективности конкретной роторной машины 40. Например, раннее зажигание в процессе впуска соответствует относительно меньшему пространству 110, в результате чего достигается более высокое давление сгорания в пространстве 110, а также немного более высокая степень расширения. Напротив, когда зажигание роторной машины 40 установлено на более поздний момент в цикле, пространство 110 достигает большей величины. Таким образом, для той же машины получается меньшее давление сгорания и чуть меньшая степень расширения.

Синхронизация воспламенения также зависит от относительного расположения впускного канала 74 и канала 76 зажигания. Во всех вариантах осуществления, канал зажигания смещен относительно впускного канала в направлении вращения. Таким образом, горючие продукты, под давлением или нет, текут мимо канала 74 зажигания. В предпочтительном варианте осуществления зажигание хронируется так, чтобы поджиг происходил примерно в середине струи горючих продуктов, когда горючие продукты проходят мимо канала зажигания 74. Это обеспечивает более полное первоначальное сгорание, а, следовательно, относительно более быстрое нарастание давления. Однако синхронизацию можно отрегулировать так, чтобы поджиг происходил примерно в начале струи горючих продуктов или, возможно, в конце струи. В каждом случае скорость сгорания немного отличается, что обеспечивает разные внутренние давления. Кроме того, предпочтительно, чтобы синхронизацию зажигания можно было непрерывно регулировать в ходе эксплуатации роторной машины 40. В частности, в зависимости от необходимых оборотов двигателя и нагрузки можно устанавливать опережающее или отстающее зажигание.

Синхронизация зажигания и относительное расположение каналов, конструкция и размер обеспечивают независимость объема горючих продуктов от необходимых оборотов выступа 68 уплотнительного цилиндра. В частности, согласно рассмотренному выше, можно применять зубчатые передачи, чтобы обеспечивать скорость выступа 68, независимую от объема применяемого топливного заряда. Таким образом, конкретный объем топливного заряда не зависит от размера двигателя. Кроме того, можно регулировать относительную скорость расширительного кольца 44 и выступа 68, чтобы добиться нужной относительной скорости двух деталей.

Химический состав топлива также влияет на производительность роторной машины 40 и, таким образом, на синхронизацию клапанного средства и средства зажигания. Разные виды топлива имеют разные скорости сгорания. Поэтому для оптимизации эффективности можно изменять относительную синхронизацию клапанного средства и средства зажигания. В предпочтительном варианте осуществления в качестве источника топлива используется бензин. Однако в этом устройстве можно использовать и любое другое топливо, известное в технике. Объем изобретения предусматривает использование, например, водорода, метана, пропана, керосина, дизельного топлива, бутана, ацетилена, октана, мазута, всех взрывчатых газов или горючих жидкостей, топлива на основе углеродного цикла (порошкообразного), горючих металлов (порошкообразных) и других видов топлива.

На фиг. 12 показано расширительное кольцо 44 и внутренний уплотнительный цилиндр 62, причем каждая деталь вращается в направлении против часовой стрелки под действием возрастания давления, вызванного сгоранием, в увеличивающемся пространстве 110. Во время рабочего хода внутреннее давление в увеличивающемся пространстве 110 снижается с увеличением объема пространства 110. Когда расширительное кольцо 44 вращается, уплотнительный цилиндр 62 также приводится в движение в на

- 9 006116 правлении против часовой стрелки. Таким образом, выступ 68 поворачивается и создает источник энергии вращения вне корпуса 42.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения желательно равномерное и однородное расширение продуктов сгорания. В общем случае равномерное расширение или управляемая скорость окисления достигается посредством регулировки синхронизации зажигания, состава топлива и относительных положений впускного канала 74 и канала 76 зажигания, что рассматривалось выше. Однако для максимально эффективного использования топливных газов можно использовать и другие аспекты конструкции, например геометрическую конфигурацию пространства 110 сгорания и расширения.

Пространству 110, где происходит сгорание, и, следовательно, выступу 50 придают форму, обеспечивающую максимальное преобразование химической энергии в механическую. В частности, согласно предпочтительному варианту осуществления, показанному на фигурах, пространство 110 имеет, в целом, вид цилиндрического обруча внутри корпуса 42. Конфигурация обруча обеспечивает не только безвихревой впуск топливной смеси и удаление продуктов сгорания, но также минимально ограничивающую область расширения. Гладкая область расширения увеличивающегося пространства 110 способствует эффективной скорости распространения пламени при воспламенении и нужное завихрение газов в процессе расширения. Однонаправленное вращение расширительного кольца 44 и относительно гладкая внутренняя поверхность пространства 110 минимизирует инерционные потери расширяющихся продуктов сгорания. Дополнительно, геометрия предпочтительного варианта осуществления предотвращает множественные детонации, отбирающие мощность, в течение одного цикла благодаря ламинарному переносу текучей среды при сжигании. Объем настоящего изобретения допускает любую другую геометрию пространства 110 и выступа 50.

На фиг. 13 показана поздняя стадия такта расширения. В этот момент такт расширения близок к завершению, и расширяющиеся газы совершили почти всю возможную работу. В зависимости от варианта осуществления, степени расширения и топлива, желательных для применения, давление в увеличивающейся камере 110 приблизительно равно внешнему давлению или выше. Для вариантов осуществления, предусматривающих расширение газов до примерно внешнего давления, этот новый термодинамический цикл совершил, по существу, всю возможную работу расширения.

В определенных предпочтительных вариантах осуществления желательно использовать такт расширения, в котором продукты сгорания на момент начала такта выпуска находятся под давлением, превышающем внешнее давление. Таким образом, выхлопные газы способны совершать работу помимо обеспечения вращательного движения выступа 68 уплотнительного цилиндра. Например, выхлопные газы под давлением можно направлять в агрегат турбонаддува или другой воздушный насос (не показан), который, в свою очередь, будет сжимать горючие продукты до их поступления в пространство 110. Кроме того, выхлопные газы могут приводить в движение турбину (не показана), чтобы вырабатывать электроэнергию, или использоваться совместно с другими конструкциями (не показаны) в качестве источника тепла.

Естественно, любые текучие среды перед ведущим краем выступа 50 будут выгоняться из пространства 112 вращающимся расширительным кольцом 44. Таким образом, продукты расширения под внешним давлением слегка сжимаются непосредственно перед выпуском. Однако предусмотрена регулировка размера и геометрии выпускного канала для достижения нужных давлений выхлопа. Например, когда желательно, чтобы давление выхлопных газов ненамного превышало внешнее давление, можно использовать увеличенный, менее ограничивающий выпускной канал 78 или совокупность каналов 78 (не показана). Напротив, размер канала может быть сравнительно меньшим, когда нужна выхлопная текучая среда под более высоким давлением.

На фиг. 14 показано завершение термодинамического цикла варианта осуществления внутреннего сгорания данного изобретения. Здесь выступ 52 расширительного кольца механически сопряжен с выемкой 48 внутреннего уплотнительного цилиндра. С этого момента цикл можно начинать сначала.

Этот новый термодинамический цикл свободен от изменений инерционных движений масс, которые снижают эффективность двигателя на основе стандартного цикла Отто. Кроме того, отсутствует значительный предварительный нагрев горючих продуктов, что позволяет циклу совершать максимальную работу расширения в процессе сжигания. Кроме того, отсутствуют или существуют чрезвычайно малые потери, связанные со сжатием продуктов сгорания.

Анализ импульсного роторного теплового двигателя

Был проведен независимый анализ нового термодинамического цикла, демонстрирующий его повышенную эффективность.

Обзор.

Проанализирован термодинамический цикл импульсного роторного теплового двигателя. Анализ был осуществлен для вариантов осуществления с предварительным сжатием топливного заряда и без него. В частности, была проанализирована концепция, согласно которой степень объемного расширения после сгорания превышала степень объемного сжатия перед сгоранием. Было проведено сравнение с классическим циклом Отто для двигателей внутреннего сгорания с искровым воспламенением на основе возвратно-поступательного движения (Ванкеля). Двигатели внутреннего сгорания (ВС) имеют конструк

- 10 006116 тивные ограничения, связанные с тем, что степень объемного сжатия в точности равна степени расширения. Характерное преимущество импульсного роторного теплового двигателя состоит в том, что степень расширения может превышать степень сжатия, что позволяет дополнительно преобразовывать тепловую энергию в полезную работу.

Анализ.

Анализ классического термодинамического цикла рассматривает график зависимости давления (р) от объема (V) для заряда горючей смеси. Площадь внутри петли на графике выражает величину работы, совершаемой исходным зарядом горючей смеси.

Таким образом, работа Η=ίράν. Отношение работы к величине химической энергии, связанной с зарядом, дает термодинамический КПД (после умножения на 100%).

Цикл содержит впуск, обозначенный на фиг. 15 точкой 1, сжатие (путь 1-2), сгорание (путь 2-3), расширение (путь 3-4 или 3-5, на протяжении которого совершается работа) и выпуск (путь 4-1 или точка 5). При сжатии заряда над ним совершается работа, но она меньше работы, совершаемой зарядом, поэтому полезная работа положительна. На протяжении тактов сжатия и расширения тепло не подводится и не выделяется, т.е. происходят адиабатические процессы. Поэтому величина ρν^γ (1) в каждом процессе остается неизменной; γ имеет значение от 1,36 до 1,40. Большую часть заряда составляет воздух как по массе, так и по объему; воздух при комнатной температуре имеет значение γ, равное 1,40. При повышении температуры оно постепенно снижается, поэтому можно предположить, что в ходе сжатия оно будет меняться от 1,40 до 1,36. В наших расчетах мы будем брать среднее значение. Газообразные продукты сгорания будут иметь еще более низкое значение γ по двум причинам: более высокая температура и наличие трехатомных молекул, например двуокиси углерода и водяного пара. Для газообразных продуктов можно ожидать среднее значение γ=1,3 или около того.

В модельном цикле процесс впуска предусматривает поступление газов при нормальном атмосферном давлении ρι и объеме VI. Сжатие (путь 1-2) предусматривает повышение давления и температуры и уменьшение объема согласно адиабатическому закону. Затем происходит сгорание (путь 2-3) при постоянном объеме с повышением давления и температуры. Расширение (путь 3-4 или 3-5) предусматривает увеличение объема при снижении давления и температуры согласно адиабатическому закону. Наконец, происходит выпуск газов все еще при повышенной температуре (точка 4 или 5). Давление в начале выпуска превышает атмосферное давление, если объем выпуска равен объему впуска. Поскольку давление при выпуске равно атмосферному давлению, объем выпуска должен значительно превышать объем впуска.

Для сравнения различных циклов двигателя будем использовать одно и то же топливо с одним и тем же значением химической энергии 0 в расчете на массу т горючей смеси при стехиометрических пропорциях для топлива и воздуха. Для величины О^тсДЦ, где с_р и Т₁ - удельная теплоемкость и температура впуска, будем использовать реалистическое значение 6,50. Это значит, что химическая энергия (0) подаваемой смеси в 6,5 раз больше ее начальной тепловой энергии (тс_рЦ). При сгорании химическая энергия преобразуется в тепловую энергию, т.е.

= тс (Т_;-Т_;) = тСр(Т₂~Т1) (2).

Заметим, что Т_г = Т₁, которая является нормальной температурой воздуха в атмосфере.

Мы рассматриваем идеальный газ, поэтому можно применять закон ρν= тКТ (3), связывающий давление, объем и температуру. т - это масса заряда и К - это удельная газовая постоянная. Из уравнений (2) и (3) можно определить относительное увеличение давления в изохорном процессе.

Рз ~ Рг _ ΰ ' Иа)

Ρι ^тс71 или

Рг - Р· ₌ о ₌ <^4Ь>

Ρι тСрТ, ’

Объединив уравнения (3), (4а) и (4Ь), получаем

Ру~Р1 ₌ -сд ⁽⁵⁾

Рг-Р| Е где объемное отношение СК называется степенью сжатия. Обычно значения СК для автомобильных двигателей составляют в пределах от 9 до 11, а для механизированных инструментов - от 7 до 8.

Используя уравнение (1) для процесса сжатия, можно показать, что

- 11 006116

(6Ъ)

или = ск^г

Рг

Заметим, что уравнения (4Ь) и (6Ь) показывают, что при значении СК=4,22 или более значение р₂ превышает значение р₂у указанное на фиг. 15. Величины р и V в уравнении (6а) могут принимать любое значение вдоль пути 1-2 на фиг. 15.

Применяется уравнение (1) к процессу расширения, получаем ρ₃ν₃ ^γ'=Ρ4ν4^γ*=Ρ5ν₅ ^,,!=Ρν^γ* (7)>

где р и V могут принимать любое значение вдоль пути 3-4-5 на фиг. 15. уе - это отношение удельных теплоемкостей выхлопных газов, значение которого, как указано раньше, может отличаться от у для поступающих газов.

Полезная работа совершаемая каждым зарядом в термодинамическом цикле, - это работа, совершаемая в процессе расширения, минус работа, совершаемая в ходе сжатия. Для цикла Отто имеем <⁸>

Иными словами, полезная работа равна площади внутри замкнутого пути 1-2-3-4-1 на фиг. 15. Чтобы связать р с р₃, ν₁ и V, можно использовать уравнение (7). После этого можно производить интегрирование.

Для классического двигателя внутреннего сгорания с циклом Отто получаем

Для предложенного роторного двигателя полезная работа выражается в виде

т.е. полезная работа равна площади на фиг. 15, ограниченной путем 1-2-3-5-1. Теперь, опять же с использованием уравнений (7) и (8), можно выполнить интегрирование и получить

Ясно, что значение А_РД превышает значение на величину площади, ограниченной путем 4-5-14 на фиг. 15.

Для классического цикла Отто объем в конце расширения равен объему впуска; т.е. ν₄=ν₁. Для цикла роторного двигателя можно показать, что (12) >Ц₁₊ .9 И, ( тс^СК'-,

Поэтому объем в конце расширения может быть намного больше объема выпуска.

Можно показать, что в отсутствие предварительного сжатия работа, совершаемая роторным двигателем, равна площади, ограниченной путем 1'-2'-3'-1' на фиг. 15. В частности получаем ~ (13)

г Ί				Г/ 1
	ι-ίι+-^-			1+-2-
. тс^.	< тСРТ\	) \		( тсД)

В левой стороне уравнений (9), (11) и (13) стоит полезная работа, деленная (или нормализованная) на произведение давления впуска и объема впуска для конкретного двигателя. Работа двигателя возрастает пропорционально объему каждого впускного заряда. Поэтому, естественно, более крупный двигатель будет совершать большую работу. Мощность двигателя можно прогнозировать, умножив на количество поджигов на оборот двигателя (1 для роторного двигателя и ¹/₂ для четырехтактного двигателя на основе возвратно-поступательного движения) и затем снова умножив на количество оборотов в единицу времени. Если работа выражена в единицах фунт-силы на фут и скорость двигателя выражена в об./мин, то номинальную мощность в лошадиных силах можно получить, разделив произведение на 33000. То есть

- 12 006116

IV грт (14а)

111 ρπ — ^д 33000 и

_ И грт / 2 (14Ь) ^{н вс} 33000

Заметим, что эти идеальные оценки не учитывают потери тепла и механические потери. Тем не менее, эти формулы позволяют сделать общие оценки для сравнения разных двигателей.

Правые стороны уравнений (9), (11) и (13) можно вычислить, задав только четыре рассмотренные выше значения: Ο/ιικ,Τι. СК, γ. и ус.__________________________________________________________

Вари- ант	б тсгТ,	У	/е	V ся*·— г,	М		ЯИ* рК
1	6,5	, 38	1,28	9	11, 01	5, 718	13,546	3,447
2	6,5	,38	1,28	7	10,156	5, 718	12,923	3,507
3	6,5	,38	1,28	11	11,77	5,718	14,138	3,290
4	6,0	1, 38	1,28	9	10,191	5,091	12,448	3,231
5	6,5	1,40	1,28	9	10,78	5,718	13,135	3,358
δ	6,5	1,38	1,30	9	10,722	5,577	12,986	3, 269
7	6,5	1,40	1,30	9	10,79	5,577	13, 12	3,939

Результаты.

Произвели расчеты для семи вариантов, приведенных в таблице. Сравнили три цикла двигателя: цикл Отто для двигателя на основе возвратно-поступательного движения, цикл роторного двигателя с такой же степенью сжатия, как в цикле Отто, и цикл роторного двигателя без предварительного сжатия, но с теми же параметрами, как в других двух циклах. В таблице приведены производительность и отношение объема расширения к объему впуска для цикла роторного двигателя. Из таблицы можно видеть, как влияют на результаты изменение четырех входных параметров.

Влияние на степень сжатия видно из сравнения вариантов 1, 2 и 3. Хотя производительность возрастает со степенью сжатия, преимущество цикла роторного двигателя (с предварительным сжатием) уменьшается по мере увеличения степени сжатия. Все же цикл роторного двигателя имеет заметное преимущество. Преимущество в производительности свыше 20% считается недостатком большего объема.

Значение (Д/1пс_рТ| = 6,5 типично для стехиометрических смесей топливного заряда. Вариант 4 иллюстрирует нестехиометрическую смесь. Сравнив варианты 1 и 4, можно видеть снижение производительности, но относительное преимущество роторного двигателя остается примерно таким же.

Влияние значений удельной теплоемкости можно видеть, сравнив результаты для вариантов 1, 5, 6 и 7. Увеличение значений у и ус приводит к снижению производительности для обоих циклов, но относительное преимущество цикла роторного двигателя сохраняется.

Что касается преобразования производительности в мощность, из уравнения 14 можно видеть, что при значении \ν/ρ,У1 = 13, оборотах двигателя 3000 об./мин и впускном объеме топливного заряда один литр (ок. 61 куб. дюймов) при атмосферном давлении мощность равна 88,3 л.с. Это, конечно, теоретическое значение, которое не учитывает потери тепла и механическое трение.

Еще одно преимущество роторной машины 40 и термодинамического цикла состоит в способности машины 40 работать в разнообразных конфигурациях. Машину можно использовать как роторный двигатель внешнего сгорания, компрессор текучей среды, вакуумный насос, ведущую турбину и ведущую турбину для расширяемых газов или текучей среды под давлением. Ниже более подробно рассмотрены различные конфигурации.

Двигатель внешнего сгорания.

На фиг. 3 изображена одна из возможных конфигураций двигателя внешнего сгорания. Единственное значительное различие между двигателем внутреннего и внешнего сгорания состоит в размещении камеры сгорания 94. В этом режиме сгорание происходит вне корпуса 42 во внешней камере сгорания 94, где расширяющиеся газы вырабатываются в результате сгорания и поступают через впускной канал 74 в увеличивающееся пространство 110. Кроме того, поскольку сгорание происходит вне корпуса, канал 76 зажигания либо заглушен, либо отсутствует. Различные поворотные положения, изображенные на фиг. 11-14, соответствуют таким же состояниям, как в вышеописанной конфигурации внутреннего сгорания. Кроме того, во всех примерах топливо и воздух смешиваются вовне традиционными средствами, например карбюраторами или канальными топливными инжекторами.

Двигатель внешнего сгорания с камерой кумулятивного заряда или циклом детонации.

-13 006116

На фиг. 4 изображен один из возможных двигателей внешнего сгорания, камера которого имеет конфигурацию кумулятивного заряда или цикла детонации. Эта конфигурация подобна вышеописанному стандартному агрегату внешнего сгорания. Однако здесь камера 98 кумулятивного заряда или другого цикла детонации генерирует волну сжатия, приводящую в действие роторную машину 40. В силу чрезвычайно высокого давления, возникающего при распространении волны сжатия, роторная машина 40 работает при значительно более высоких давлениях, чем возможно в обычном двигателе на основе цикла Отто. Как и в случае конфигурации внешнего сгорания, фиг. 11-14 иллюстрируют полный термодинамический цикл, отвечающий изобретению.

В вышеприведенных примерах внешнего сгорания можно использовать более одной камеры сгорания. Это полезно для подавления детонации или ударных волн кумулятивного заряда путем размещения двух камер напротив друг друга и одновременного поджига их.

Кроме того, во всех вышеописанных тепловых двигателях, двигатель можно присоединять к дополнительным двигателям, чтобы создавать многоцилиндровые двигатели. Двигатель будет способен заглушать цилиндры, которые не требуются в условиях низкой нагрузки, и увеличивать количество цилиндров, поджигая их при увеличении нагрузки - возможность экономии топлива, отсутствующая в других двигателях. Двигатели с отключенным зажиганием играют роль маховиков.

Газовый или воздушный компрессор.

В этом примере ведущим цилиндром становится внутренний уплотнительный цилиндр 44, вращающийся под действием силы, приложенной извне к выступу 68 уплотнительного цилиндра, и выпускной клапан (не показан) управляет выпускным каналом 78. Дополнительно впускной канал постоянно открыт. Как показано на фиг. 11-14, уплотнительный цилиндр 62 и расширительное кольцо вращаются против часовой стрелки. В результате вращения при закрытом выпускном клапане продукты текучей среды сжимаются в уменьшающемся пространстве 112, в то время как новый заряд всасывается в увеличивающееся пространство 110. В момент, приблизительно соответствующий показанному на фиг. 13, выпускной клапан открывается, обеспечивая выброс сжатых текучих сред из выпускного канала 78. В начале следующего цикла новый заряд газа поступает через выпускной порт 74. Соединив последовательно несколько компрессоров, можно добиться большего сжатия объема газа, если, выйдя из одного компрессора, он будет поступать в следующий. Таким образом, можно добиться чрезвычайно высоких степеней сжатия.

Вакуумный насос.

На фиг. 11-14 показан цикл вакуумного насоса. Цикл вакуумного насоса аналогичен вышеописанному циклу газового или воздушного компрессора, за исключением того, что впускной клапан 84 расположен напротив выпускного клапана (как в конфигурации воздушного компрессора). При этом впускной клапан 84 перекрывает впускной канал 74 до тех пор, пока выступ 68 расширительного кольца не минует впускной канал 74 в направлении против часовой стрелки, после чего впускной клапан 84 отрывает впускной канал 74, и движение расширительного кольца создает вакуум или отрицательное давление в увеличивающемся пространстве 110, в результате чего продукты текучей среды всасываются через впускной канал 54. Как и в случае вышеописанной конфигурации воздушного компрессора, совокупность цилиндров, соединенных друг с другом, обеспечивает более высокий вакуум.

Жидкостный или водяной насос (нагнетающий).

Эта конфигурация функционирует таким же образом, как вышеописанный воздушный компрессор. Однако в этой конфигурации текучей средой является жидкость, которая, в общем случае, является несжимаемой. Следовательно, текучие среды будут выходить из цилиндра как единичный объем в бак или камеру (не показана), где подвергаются давлению сжимающих газов, находящихся над уровнем жидкости.

Жидкостный или водяной насос (откачивающий).

По аналогии с вышеописанным вакуумным насосом, эта роторная машина способна функционировать как жидкостный или водяной насос (откачивающего типа). В этом режиме впускной клапан размещен так, чтобы управлять хронированием поступления продуктов текучей среды (жидкости) во внутреннее пространство.

Ведущая турбина для расширяемых газов или воздуха.

Роторную машину 40 можно использовать в качестве ведущей турбины для расширяемых (сжатых) газов или воздуха. Этот аспект изобретения позволяет использовать роторную машину 40 как ведущую турбину импульсного или экономичного типа. В этом режиме газы или воздух поступают в увеличивающуюся камеру 110, когда выступ 68 расширительного кольца минует впускной канал 74. Газы подают через впускной клапан 84. Поступившие газы сжимаются, и в течение цикла вводится определенная единица объема. Сжатый газ, поступающий в увеличивающуюся камеру 110, заставляет расширительное кольцо 44 и внутренний уплотнительный цилиндр 62 перемещаться в направлении по часовой стрелке, так что увеличивающаяся камера 110 увеличивается в размерах при движении расширительного кольца

44. Когда расширительное кольцо завершает один полный цикл и минует выпускной канал 78, объем газа или воздуха возвращается к атмосферному давлению. Таким образом, реализуется суммарная работа, совершаемая над поршнем. В этой конфигурации энергия вращения отбирается от выступа 68 уплотнительного цилиндра и сообщается внешней детали для совершения работы.

- 14 006116

Ведущая турбина для жидкостей (под давлением).

Она аналогична вышеописанной ведущей турбине для расширяемых газов или воздуха. Жидкость под давлением впрыскивается через впускной клапан 84, когда выступ 68 расширительного кольца минует впускной канал 74. Впускной клапан открывается, и в силу практически полной несжимаемости жидкостей клапан остается открытым на протяжении всего цикла. На фиг. 4 показан зубчатый клапан 84 с удлиненным клапанным каналом 86, управляющий поступлением текучих сред. В этой конфигурации жидкость под давлением приводит в движение расширительное кольцо 44 в течение одного полного цикла, пока не выйдет через выпускной канал 78.

Комбинации вышеописанных устройств.

Объединяя вышеописанные конфигурации, можно получить различные результаты. Например, можно объединить несколько уплотнительных цилиндров, один из которых будет обеспечивать степень сжатия для подачи на другой. Кроме того, газовые компрессоры можно объединять с жидкостными компрессорами. В принципе, объем изобретения допускает любые сочетания вышеописанных конфигураций.

Кроме того, фигуры в этой заявке приведены исключительно в иллюстративных целях и не предназначены для какого-либо ограничения геометрии или относительного расположения любых вращающихся деталей. Объем данного изобретения допускает любую геометрическую конфигурацию.

Claims (50)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Роторная машина, содержащая корпус, по существу, тороидальной формы, образующий камеру между внешней стенкой корпуса и внутренней стенкой корпуса, причем на конце корпуса имеется крышка, расширительное кольцо, расположенное с возможностью вращения в камере, уплотнительный цилиндр, механически связанный с расширительным кольцом, причем уплотнительный цилиндр и расширительное кольцо образуют, по существу, герметичную площадку контакта, впускной канал, предназначенный для ввода в камеру первого продукта, выпускной канал, предназначенный для выброса из камеры второго продукта, и устройство зажигания для воспламенения первого продукта.
2. 2. Роторная машина по п.1, дополнительно содержащая выступ расширительного кольца, проходящий по радиусу от расширительного кольца для герметичного контакта с внутренней стенкой.
3. 3. Роторная машина по п.2, в которой в уплотнительном цилиндре сформирована выемка для приема выступа расширительного кольца.
4. 4. Роторная машина по п.3, в которой уплотнительный цилиндр механически связан с расширительным кольцом, так что относительное движение одного из них передается другому.
5. 5. Роторная машина по п.4, в которой по меньшей мере один выступ уплотнительного цилиндра проходит, в целом, по оси от уплотнительного цилиндра через корпус для передачи вращательного движения уплотнительному цилиндру или от него.
6. 6. Роторная машина по п.2, в которой внутренняя стенка, расширительное кольцо, площадка контакта и замыкающий край выступа расширительного кольца образуют пространство в камере.
7. 7. Роторная машина по п.6, в которой в момент впуска в пространство поступает продукт из средства управления впуском.
8. 8. Роторная машина по п.7, в которой продукт, поступающий в пространство, представляет собой горючие продукты, подлежащие воспламенению в пространстве.
9. 9. Роторная машина по п.7, в которой продукт, поступающий в пространство, представляет собой расширяющиеся газообразные продукты сгорания, поступающие из внешней камеры сгорания.
10. 10. Роторная машина по п.7, в которой продукт, поступающий в пространство, представляет собой волны сжатия, генерируемые в камере сгорания с кумулятивным зарядом или циклом детонации.
11. 11. Роторная машина по п.7, в которой продукты, поступающие в пространство, представляют собой сжимаемые текучие среды.
12. 12. Роторная машина по п.7, в которой продукты, поступающие в пространство, представляют собой вакуумные продукты, вводимые в пространство за счет вращательного движения расширительного кольца и уплотнительного цилиндра.
13. 13. Роторная машина по п.7, в которой продукты, поступающие в пространство, представляют собой текучие среды под давлением, которые вводят в пространство, чтобы вызывать вращательное движение расширительного кольца и уплотнительного цилиндра.
14. 14. Термодинамический цикл теплового двигателя в роторном двигателе, содержащий такт впуска, в котором горючие продукты вводятся в объем впускной камеры и не подвергаются сжатию в объеме до воспламенения, рабочий ход и такт выпуска.
15. 15. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором горючие продукты вводятся под давлением, примерно равным внешнему давлению.
16. 16. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором горючие продукты вводятся под давлением, превышающим внешнее давление.
17. 17. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором объем рабочего хода примерно равен объему впускной камеры.

    - 15 006116
18. 18. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором объем рабочего хода больше объема впускной камеры.
19. 19. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором объем рабочего хода примерно равен или больше расширения, возможного для используемой воздушно-топливной смеси.
20. 20. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором давление такта выпуска примерно равно внешнему давлению.
21. 21. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором давление такта выпуска больше внешнего давления.
22. 22. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором термодинамический цикл соответствует двигателю внутреннего сгорания.
23. 23. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором термодинамический цикл соответствует двигателю внешнего сгорания.
24. 24. Термодинамический цикл теплового двигателя по п.14, в котором термодинамический цикл соответствует тепловому двигателю с кумулятивным зарядом или циклом детонации.
25. 25. Способ эксплуатации роторной машины для выработки энергии вращения, содержащий этапы, на которых переносят горючие продукты в роторную машину, воспламеняют горючие продукты для генерации повышенного давления, вызванного расширением горючих продуктов, направляют повышенное давление на способное вращаться расширительное кольцо, поворачивают расширительное кольцо на расстояние, пропорциональное повышенному давлению, для приема расширяющихся горючих продуктов и выпускают продукты сгорания.
26. 26. Способ по п.25, в котором горючие продукты вводят под давлением, примерно равным внешнему давлению.
27. 27. Способ по п.25, в котором горючие продукты вводят под давлением, превышающим внешнее давление.
28. 28. Способ по п.25, в котором объем рабочего хода примерно равен объему впускной камеры.
29. 29. Способ по п.25, в котором объем рабочего хода больше объема впускной камеры.
30. 30. Способ по п.25, в котором объем рабочего хода примерно в 3-4 раза больше объема впускной камеры.
31. 31. Способ по п.25, в котором давление такта выпуска примерно равно внешнему давлению.
32. 32. Способ по п.25, в котором давление такта выпуска больше внешнего давления.
33. 33. Способ по п.25, в котором термодинамический цикл соответствует двигателю внутреннего сгорания.
34. 34. Способ по п.25, в котором термодинамический цикл соответствует двигателю внешнего сгорания.
35. 35. Способ по п.25, в котором термодинамический цикл соответствует тепловому двигателю с кумулятивным зарядом или циклом детонации.
36. 36. Роторная машина, содержащая корпус, по существу, тороидальной формы, образующий камеру между внешней стенкой корпуса и внутренней стенкой корпуса, причем на конце корпуса имеется крышка, расширительное кольцо, расположенное с возможностью вращения в камере, уплотнительный цилиндр, механически связанный с расширительным кольцом, причем уплотнительный цилиндр и расширительное кольцо образуют, по существу, герметичную площадку контакта, впускной канал, предназначенный для ввода в камеру первого продукта, причем первый продукт имеет объем впуска и объем расширения, и выпускной канал, предназначенный для выброса из камеры второго продукта, причем отношение объема расширения к объему впуска таково, что выброс второго продукта через выпускной канал происходит под давлением, примерно равным внешнему давлению.
37. 37. Роторная машина по п.36, дополнительно содержащая клапан, связанный с впускным каналом, для управления вводом первого продукта.
38. 38. Роторная машина по п.37, дополнительно содержащая воспламенитель, связанный с камерой, для воспламенения первого продукта.
39. 39. Роторная машина по п.38, дополнительно содержащая выступ расширительного кольца, проходящий по радиусу от расширительного кольца для герметичного контакта с внутренней стенкой.
40. 40. Роторная машина по п.39, в которой в уплотнительном цилиндре сформирована выемка для приема выступа расширительного кольца.
41. 41. Роторная машина по п.40, в которой уплотнительный цилиндр механически связан с расширительным кольцом, так что относительное движение одного из них передается другому.
42. 42. Роторная машина по п.41, в которой по меньшей мере один выступ уплотнительного цилиндра проходит, в целом, по оси от уплотнительного цилиндра через корпус для передачи вращательного движения уплотнительному цилиндру или от него.
43. 43. Роторная машина по п.39, в которой внутренняя стенка, расширительное кольцо, площадка контакта и замыкающий край выступа расширительного кольца образуют пространство в камере.
44. 44. Роторная машина по п.43, в которой в момент впуска в пространство поступает продукт из средства управления впуском.

    - 16 006116
45. 45. Роторная машина по п.44, в которой продукт, поступающий в пространство, представляет собой горючие продукты, подлежащие воспламенению в пространстве.
46. 46. Роторная машина по п.44, в которой продукт, поступающий в пространство, представляет собой расширяющиеся газообразные продукты сгорания, поступающие из внешней камеры сгорания.
47. 47. Роторная машина по п.44, в которой продукт, поступающий в пространство, представляет собой волны сжатия, генерируемые в камере сгорания с кумулятивным зарядом или циклом детонации.
48. 48. Роторная машина по п.44, в которой продукты, поступающие в пространство, представляют собой сжимаемые текучие среды.
49. 49. Роторная машина по п.44, в которой продукты, поступающие в пространство, представляют собой вакуумные продукты, вводимые в пространство за счет вращательного движения расширительного кольца и уплотнительного цилиндра.
50. 50. Роторная машина по п.44, в которой продукты, поступающие в пространство, представляют собой текучие среды под давлением, которые вводят в пространство, чтобы вызывать вращательное движение расширительного кольца и уплотнительного цилиндра.