EA012459B1

EA012459B1 - Роторный двигатель внутреннего сгорания и его рабочий цикл

Info

Publication number: EA012459B1
Application number: EA200801273A
Authority: EA
Inventors: Анатолий Владимирович Карасев
Original assignee: Анатолий Владимирович Карасев
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2009-10-30
Also published as: WO2007142551A1; RU2307255C1; EA200801273A1

Abstract

В роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем дисковый и кольцевой конструктивные узлы, размещенные в корпусе (1) с возможностью взаимного вращения, каждая камера сгорания (10), размещенная в диске (6), с двух сторон охвачена подпружиненными компрессионными и конверсионными лопастями, размещенными в пазах диска (6). Стопорные устройства (22), размещенные в корпусе (1), на всем протяжении компрессионных камер фиксируют в заданном положении конверсионные лопасти и оставляют свободными компрессионные лопасти, которые при заданном направлении движения сжимают топливовоздушную смесь в соответствующих камерах сгорания (10). В следующих по ходу движения конверсионных камерах, на всем их протяжении, стопорные устройства (22) фиксируют компрессионные лопасти и оставляют свободными конверсионные лопасти, на которые оказывает давление воспламененная топливовоздушная смесь. В результате в конверсионных камерах происходит преобразование сжатой энергии воспламененной топливовоздушной смеси в механическую энергию вращения на валу (5) роторного двигателя внутреннего сгорания. В двигателе оптимизирована форма рабочих камер. Возвратно поступательные движения лопастей осуществляются за счет действия части рабочих газов топливовоздушной смеси.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к двигателестроению. Предшествующий уровень техники

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту И8 5551853, содержащий корпус с боковыми крышками, вал, дисковый и кольцевой конструктивные узлы, размещенные в корпусе с возможностью взаимного вращения и образующие совместно основной блок. При этом дисковый конструктивный узел включает диск с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены компрессионные и конверсионные лопасти, между которыми расположены камеры сгорания, а кольцевой конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, соответственно большего и меньшего диаметров, между которыми размещен кольцевой элемент с волнообразной поверхностью, образующей гребни и впадины. Направляющая волнообразной поверхности кольцевого элемента расположена на любой коаксиальной с цилиндрическими трубчатыми элементами поверхности, например внутренней поверхности цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра, а образующая волнообразной поверхности кольцевого элемента перпендикулярна его оси. Сама же волнообразная поверхность кольцевого элемента обращена к торцевой поверхности диска с пазами, совместно с которой и наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра образует рабочие камеры, которые по функциональному назначению подразделяются на компрессионные и конверсионные камеры и разделены гребнями кольцевого элемента с волнообразной поверхностью. В гребнях кольцевого элемента с волнообразной поверхностью с чередованием через один гребень выполнены впускные и выпускные каналы.

Данное техническое решение принято за прототип устройства настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент полезного действия (КПД). Это объясняется тем, что значительная часть воспламененной рабочей смеси выбрасывается в атмосферу через выпускной канал со стороны ротора, противоположной свече зажигания. Кроме того, устройство по патенту ϋδ 5551853 требует минимум 6 лопастей для полного рабочего цикла двигателя, при этом при сжатии рабочей смеси используется только часть объема компрессионной камеры между двумя соседними лопастями. Это обусловливает невысокую степень сжатия рабочей смеси и, соответственно, также негативно влияет на КПД. В прототипе возвратно-поступательные движения лопастей совершаются между эквидистантными поверхностями. Одна из составляющих сил, обеспечивающих такое движение, обусловлена воздействием волнообразной поверхности кольцевого элемента на торцевую поверхность лопасти, вытесняемой из рабочей камеры. Очевидно, что пологая направляющая волнообразной поверхности обеспечивает большую составляющую силы, направленную на совершение возвратно-поступательного движения лопастью. Это обстоятельство обусловливает с противоположной стороны от диска с пазами такую же пологую направляющую для соответствующей ей эквидистантной поверхности. К тому же вылет лопасти в конверсионной камере во время воспламенения топливовоздушной смеси будет незначительным и силовое действие расширяющихся газов неэффективным. При этом площадь контакта между волнообразной поверхностью кольцевого элемента и торцевой поверхностью лопасти очень мала, что приводит к повышенному износу волнообразной поверхности. Рабочие камеры, расположенные по разные стороны от диска с пазами, сдвинуты относительно друг друга на величину периода, вследствие чего также смещены друг относительно друга силовые процессы в этих камерах: сначала воспламенение топливовоздушной смеси и силовое действие газов происходит в конверсионной камере с одной стороны от диска с пазами, а затем, через период, с другой стороны от диска с пазами. Такое поочередное силовое действие ухудшает работу подшипниковых узлов и создает тяжелые условия для работы вала.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия, эффективности использования топливовоздушной смеси, снижение износа, улучшение работы подшипниковых узлов и вала ДВС. Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с боковыми крышками, вал, дисковый и кольцевой конструктивные узлы, один из которых закреплен на валу, другой закреплен в корпусе, размещенные в корпусе с возможностью взаимного вращения и образующие совместно основной блок, причем дисковый конструктивный узел включает диск с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены компрессионные и конверсионные лопасти, между которыми расположены камеры сгорания, а кольцевой конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, соответственно большего и меньшего диаметров, между которыми размещен кольцевой элемент с волнообразной поверхностью, образующей гребни и впадины, при этом направляющая волнообразной поверхности кольцевого элемента расположена на любой коаксиальной с цилиндрическими трубчатыми элементами поверхности, например внутренней поверхности цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра, а образующая волнообразной поверхности кольцевого элемента перпендикулярна его оси, к тому же, волнообразная поверхность кольцевого элемента обращена к торцевой поверхности диска с пазами, совместно с которой и наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра образует компрес

- 1 012459 сионные и конверсионные камеры, разделенные гребнями кольцевого элемента с волнообразной поверхностью, причем в гребнях кольцевого элемента с волнообразной поверхностью с чередованием через один гребень выполнены впускные и выпускные каналы, новым является то, что в дисковом конструктивном узле каждая компрессионная и конверсионная лопасть подпружинена посредством упругого элемента относительно диска с пазами, при этом внутри корпуса размещены основные стопорные механизмы с возможностью фиксации компрессионных и конверсионных лопастей в заданном положении относительно диска с пазами. Отметим, что образованные вышеуказанными поверхностями компрессионные и конверсионные камеры, в которых происходят основные процессы рабочего цикла, имеют общее наименование - рабочие камеры и, соответственно, компрессионные и конверсионные лопасти имеют общее наименование - рабочие лопасти. Поскольку форма компрессионных и конверсионных камер и конструкция компрессионных и конверсионных лопастей одинаковые и различаются лишь функциональным назначением, то в дальнейшем в случаях, не имеющих отношения к их функциональному назначению, для них используются общие термины: рабочая камера и рабочая лопасть или просто лопасть.

Новым в роторном двигателе внутреннего сгорания является и то, что между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями боковой крышки и диска с пазами на продолжении аксиальных осевых линий камер сгорания установлены распорки и что между соседними гребнями направляющая волнообразной поверхности кольцевого элемента в пределах каждой компрессионной и конверсионной камеры образована не менее чем тремя последовательно расположенными и сопряженными между собой участками, при этом первый участок, представляющий собой часть кривой второго порядка, например эллипса, и второй участок, представляющий собой часть брахистохроны, расположены между одним из гребней и впадиной, третий участок, представляющий собой часть кривой третьего порядка, например параболы, расположен между впадиной и другим гребнем. На гребнях и во впадинах направляющая волнообразной поверхности может представлять собой прямолинейные участки. В роторном двигателе внутреннего сгорания в каждом блоке количество камер сгорания возможно четное, более двух и равное сумме компрессионных и конверсионных камер. Роторный двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен дополнительным блоком и дополнительными стопорными механизмами, выполненными в виде зеркального отображения основного блока и основных стопорных механизмов относительно плоскости, перпендикулярной оси вала, а также снабжен распорками, установленными между дисками с пазами основного и дополнительного блоков на аксиальных осевых линиях зеркально отображенных камер сгорания.

Заявителем не выявлены технические решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков настоящего изобретения в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения, достигаются новые свойства заявленного объекта. Каждая компрессионная лопасть сжимает полный объем топливовоздушной смеси, находящейся в компрессионной камере, и на каждую конверсионную лопасть воздействует весь заряд расширяющихся газов воспламененной топливовоздушной смеси с обеспечением ее полного сгорания. Улучшены условия работы подшипниковых узлов и вала ДВС. В результате значительно повышается КПД и снижается износ деталей ДВС.

Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие настоящего изобретения критерию «изобретательский уровень».

Для обеспечения возвратно-поступательного движения лопастей роторного двигателя внутреннего сгорания в настоящем изобретении предлагается новое устройство.

Устройство относится к области машиностроения и, в частности, к двигателестроению.

Предшествующий уровень техники

Известно устройство, обеспечивающее возвратно-поступательное движение лопасти роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащее вал, рабочие камеры, камеры сгорания, диск с пазами и цилиндрический элемент с направляющей канавкой, установленные на валу с возможностью взаимного вращения, при этом, по крайней мере, одна торцевая поверхность диска с пазами представляет собой граничную поверхность рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания. В пазах диска с пазами с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти, каждая из которых содержит корпус лопасти и подпружиненную относительно корпуса лопасти и установленную в нем с возможностью перемещения в направлении продольной оси лопасти лопатку, которая обеспечивает уплотнение в зоне контакта её торцевой поверхности в рабочей камере. Устройство содержит толкатели в форме цилиндрических пальцев, каждый из которых расположен со стороны узкой продольной поверхности корпуса каждой лопасти, обращенной к цилиндрическому элементу с волнообразной направляющей канавкой и с возможностью перемещения в волнообразной направляющей канавке цилиндрического элемента И8 5551853.

Данное техническое решение принято за прототип устройства, обеспечивающего возвратнопоступательное движение лопасти ДВС.

Недостатком прототипа является то, что лопасть за счет сил инерции оказывает большое давление через толкатель на волнообразную поверхность направляющей канавки. И также недостатком является

- 2 012459 то, что в зоне контакта полная сила, действующая на лопасть, направлена под углом к оси лопасти и поэтому только часть этой силы направлена вдоль оси лопасти, обеспечивая ее возвратно-поступательное движение.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является увеличение силы действия на лопасть, обеспечивающей ее возвратно-поступательное движение, при одновременном уменьшении давления в зоне контакта толкателя и волнообразной поверхности направляющей канавки цилиндрического элемента.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для перемещения лопастей роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащем вал, рабочие камеры, камеры сгорания, диск с пазами и цилиндрический элемент с волнообразной направляющей канавкой, установленные на валу с возможностью взаимного вращения, и в котором по крайней мере одна торцевая поверхность диска с пазами представляет собой граничную поверхность рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания, в пазах диска с пазами с возможностью возвратно-поступательного движения размещены лопасти, каждая из которых содержит корпус лопасти и подпружиненную относительно корпуса лопасти и установленную в нем с возможностью перемещения в направлении продольной оси лопасти лопатку, а также толкатели в форме цилиндрических пальцев, каждый из которых расположен со стороны узкой продольной поверхности корпуса каждой лопасти, обращенной к цилиндрическому элементу с волнообразной направляющей канавкой и с возможностью перемещения в волнообразной направляющей канавке цилиндрического элемента, новым является то, что оно снабжено стопорными механизмами, закрепленными относительно диска с пазами, цилиндром с поршнем, газовым резервуаром, размещенным между камерой сгорания и цилиндром с поршнем, при этом поршень скреплен с корпусом лопасти, впускным клапаном, разделяющим камеру сгорания и газовый резервуар, выпускным клапаном, разделяющим газовый резервуар и цилиндр с поршнем, а также механизмом управления впускным и выпускным клапанами, например кулачковым механизмом, причем в части цилиндра с поршнем, примыкающей к выпускному клапану, выполнено выпускное окно, а также то, что корпус лопасти расположен за граничной поверхностью диска с пазами вне рабочей камеры и в корпусе каждой лопасти со стороны указанной узкой продольной поверхности этого корпуса выполнен фигурный паз, например Т-образный или крестообразный, в котором с возможностью радиального перемещения перпендикулярно продольной оси лопасти размещена подпружиненная упругим элементом относительно корпуса лопасти пластина, на которой закреплен толкатель в форме цилиндрического пальца.

Заявителем не выявлены решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Благодаря осуществлению настоящего изобретения достигаются новые важные свойства заявленного объекта. Увеличивается сила, действующая на лопасть вдоль ее оси в направлении движения лопасти, и тем самым уменьшается давление на криволинейную поверхность рабочей камеры в зоне контакта этой поверхности с торцевой поверхностью лопасти и уменьшается давление толкателя на криволинейную поверхность направляющей канавки цилиндрического элемента, в результате снижается износ поверхностей в зоне контакта. Наличие цилиндрического элемента с направляющей канавкой во взаимодействии с толкателем обеспечивают заданную траекторию движения лопасти. Размещение корпуса лопасти за граничной поверхностью диска с пазами, то есть вне рабочей камеры, влечет за собой размещение в этой зоне упругого элемента, подпружинивающего лопатку, что улучшает температурный режим его работы.

Устройства по настоящему изобретению объединены рабочим циклом роторного двигателя внутреннего сгорания.

Предшествующий уровень техники

Известен рабочий цикл роторного ДВС, при котором используют устройство для обеспечения возвратно-поступательного движения компрессионных и конверсионных лопастей, состоящее для каждой компрессионной и конверсионной лопасти из цилиндрического элемента с направляющей канавкой и толкателей, соединенных с компрессионными и конверсионными лопастями, и при котором путем перемещения компрессионной лопасти в компрессионной камере заполняют эту камеру свежим зарядом топливовоздушной смеси, при этом нагнетая в камеру сгорания и сжимая в ней топливовоздушную смесь, заполнившую компрессионную камеру в предыдущем цикле, воспламеняют топливовоздушную смесь и в конверсионной камере, отделенной гребнем от компрессионной камеры, расширяющимися газами давят на конверсионную лопасть, осуществляя ее рабочий ход и приводя во вращение вал двигателя, при этом вытесняя отработанные газы предыдущего рабочего цикла, И8 5429084.

Данный способ осуществления рабочего цикла роторного ДВС принят за прототип настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является неэффективное использование сжатой топливовоздушной смеси в рабочем цикле. Это обусловлено тем, что значительная часть воспламененной топливовоздушной смеси выбрасывается в атмосферу через конверсионную камеру и выпускной канал со стороны ротора, противоположной свече зажигания. Кроме того, в рабочем цикле сжимают только часть объема топливовоз

- 3 012459 душной смеси, заключенной между соседними лопастями, что обусловливает невысокую степень сжатия топливовоздушной смеси. В рабочем цикле прототипа способ осуществления возвратно-поступательного движения каждой лопасти имеет низкую эффективность, так как это движение обеспечивается лишь малой составляющей общих сил, направленных под углом к оси лопасти.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения, в части способа, является увеличение степени сжатия топливовоздушной смеси и повышение эффективности ее использования.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в рабочем цикле роторного двигателя внутреннего сгорания, при котором используют устройство для обеспечения возвратно-поступательного движения компрессионных и конверсионных лопастей, состоящее для каждой компрессионной и конверсионной лопасти из цилиндрического элемента с направляющей канавкой и толкателей, соединенных с компрессионными и конверсионными лопастями, и при котором путем перемещения компрессионной лопасти в компрессионной камере заполняют эту камеру свежим зарядом топливовоздушной смеси, при этом нагнетая в камеру сгорания и сжимая в ней топливовоздушную смесь, заполнившую компрессионную камеру в предыдущем цикле, воспламеняют топливовоздушную смесь и в конверсионной камере, отделенной гребнем от компрессионной камеры, расширяющимися газами давят на конверсионную лопасть, осуществляя ее рабочий ход и приводя во вращение вал двигателя, при этом вытесняя из конверсионной камеры отработанные газы предыдущего рабочего цикла, новым является то, что используют стопорные механизмы для фиксации компрессионных и конверсионных лопастей, последовательно расположенные камеру сгорания и соответствующие каждой компрессионной и конверсионной лопасти газовый резервуар, цилиндр с поршнем и выпускным окном, отделенные друг от друга впускным и выпускным клапанами, механизм управления впускным и выпускным клапанами, например кулачковый механизм, при этом соответствующий упомянутый поршень скреплен с соответствующей компрессионной и конверсионной лопастью, и то, что фиксируют конверсионную лопасть при прохождении этой лопастью гребня, отделяющего по ходу движения конверсионную камеру от компрессионной камеры, при этом перемещая толкатель конверсионной лопасти из направляющей канавки цилиндрического элемента, закрывают конверсионный выпускной клапан, открывая конверсионное выпускное окно и от предыдущего цикла оставляя закрытым впускной клапан, при прохождении компрессионной лопастью этого же гребня освобождают от фиксации компрессионную лопасть, при этом перемещая толкатель компрессионной лопасти в направляющую канавку цилиндрического элемента, от предыдущего цикла оставляя закрытыми впускной и выпускной компрессионные клапаны и открытым компрессионное выпускное окно, вытесняют отработанные газы предыдущего цикла из компрессионного цилиндра с поршнем, при достижении компрессионной лопастью полного вхождения в компрессионную камеру открывают компрессионный выпускной клапан, закрывая компрессионное выпускное окно, и сжатыми газами, заполнившими компрессионный газовый резервуар во время предшествующего воспламенения в камере сгорания топливовоздушной смеси, давят на компрессионный поршень и перемещают компрессионную лопасть в обратном направлении, вытесняя её из компрессионной камеры, при достижении конверсионной лопастью следующего по ходу движения гребня освобождают её от фиксации, при этом перемещая толкатель конверсионной лопасти в направляющую канавку цилиндрического элемента, вытесняют отработанные газы предыдущего цикла из конверсионного цилиндра с поршнем, при достижении этого же гребня компрессионной лопастью фиксируют её, при этом перемещая толкатель компрессионной лопасти из направляющей канавки цилиндрического элемента, закрывают компрессионный выпускной клапан, открывая компрессионное выпускное окно, после воспламенения топливовоздушной смеси открывают конверсионный и компрессионный впускные клапаны и заполняют сжатыми газами конверсионный и компрессионный газовые резервуары, до достижения конверсионной лопастью полного вхождения её в конверсионную камеру закрывают конверсионный и компрессионный впускные клапаны, при достижении конверсионной лопастью полного вхождения в конверсионную камеру открывают конверсионный выпускной клапан, закрывая конверсионное выпускное окно, и сжатыми газами, заполнившими конверсионный газовый резервуар, давят на конверсионный поршень и перемещают конверсионную лопасть в обратном направлении, вытесняя её из конверсионной камеры, при достижении конверсионной лопастью следующего по ходу движения гребня фиксируют её и этим завершают рабочий цикл.

Благодаря осуществлению отличительных признаков настоящего изобретения в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения, достигаются новые важные свойства заявленного объекта. Каждой компрессионной лопастью сжимают топливовоздушную смесь из всего объема компрессионной камеры, значительно увеличивая степень сжатия топливовоздушной смеси; исключают перемешивание свежего заряда топливовоздушной смеси с отработанными газами, так как камера сгорания не связана с каналами на противоположной стороне ротора от свечи зажигания; снижают давление в зонах контакта торцевой поверхности лопасти и толкателя, снижая износ деталей в этих зонах контакта.

В результате значительно повышается эффективность рабочего цикла.

- 4 012459

Для обеспечения рабочего цикла по настоящему изобретению используются все устройства, заявленные и изложенные в формуле изобретения, что по мнению заявителя обусловливает соответствие настоящего изобретения «требованию единства изобретения», так как в заявленной группе изобретения настолько связаны между собой, что они образуют единый изобретательский замысел.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено на фиг. 1 - общий вид двигателя с разрезом;

на фиг. 2 - разрез двигателя по оси вала (по линии А-А на фиг. 3);

на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3;

на фиг. 5 - разрез двигателя по оси вала (по линии А-А на фиг. 3 с учетом зеркального отображения устройств двигателя);

на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 3 (разрез с учетом зеркального отображения устройств двигателя);

на фиг. 7 - общий вид устройства для перемещения лопастей двигателя;

на фиг. 8 - радиальное сечение камеры сгорания, газового резервуара и цилиндра с поршнем; на фиг. 9 - лопасть двигателя с разрезом корпуса лопасти.

Вариант осуществления изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1-4) содержит корпус 1 с боковыми крышками 2, в котором с возможностью взаимного вращения размещены дисковый 3 и кольцевой 4 конструктивные узлы. На фиг. 2 и фиг. 5 дисковый 3 и кольцевой 4 конструктивные узлы выделены пунктирными контурами, при этом сами контуры условны и принадлежность конкретной детали к соответствующему конструктивному узлу 3 или 4 определена ниже в описании. В конкретном варианте кольцевой конструктивный узел 4 установлен на валу 5, а дисковый конструктивный узел 3 закреплен в корпусе 1 и включает диск 6 с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены компрессионные 8 и конверсионные 9 лопасти, между которыми расположены камеры сгорания 10. Кольцевой конструктивный узел 4 содержит коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы 11 и 12, соответственно большего 11 и меньшего 12 диаметров, между которыми размещен кольцевой элемент 13 с волнообразной поверхностью, образующей гребни 14 и впадины 15. Волнообразная поверхность кольцевого элемента 13 обращена к торцевой поверхности 16 диска с пазами, совместно с которой и наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра 12, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра 11 образует компрессионные 17 и конверсионные 18 камеры, разделенные гребнями 14 кольцевого элемента 13 с волнообразной поверхностью, причем в гребнях 14 кольцевого элемента 13 с волнообразной поверхностью с чередованием через один гребень выполнены впускные 19 и выпускные 20 каналы. Компрессионные 8 и конверсионные 9 лопасти подпружинены посредством упругих элементов 21 (в конкретном варианте - пружинами, хотя могут быть подпружинены иными элементами, использующими, например, пневматические или электромагнитные силы; пружины 21 на фиг. 1 и на фиг. 7 условно не показаны) для обеспечения контакта компрессионных 8 и конверсионных 9 лопастей с волнообразной поверхностью кольцевого элемента 13. Стопорные механизмы 22 (23) установлены для поочередной фиксации каждой из компрессионных 8 или конверсионных 9 лопастей в заданном положении относительно диска 6. В дальнейшем в тексте и на рисунках без скобок указаны позиции деталей или элементов двигателя, связанных с компрессионными процессами, а в скобках указаны позиции таких же деталей или элементов двигателя, связанных с конверсионными процессами. В конкретном варианте для управления положением стопорных механизмов 22 (23) использованы кулачковые механизмы 24. Возможно использование для этих же целей иных механизмов, например электромагнитов. Аксиальные усилия от диска 6 с пазами передаются через распорки 25, установленные между торцевыми поверхностями диска 6 с пазами и боковой крышки 2. Для воспламенения топливовоздушной смеси в корпусе 1 установлены свечи зажигания 26. В предложенной конструкции двигателя для эффективного использования энергии сжатых газов форма рабочих (компрессионных и конверсионных) камер выбрана такой, чтобы как можно большая активная площадь лопастей была доступна для их воздействия на первом этапе рабочего цикла и обеспечивала легкие условия выхода лопастей из рабочих камер на завершающем этапе рабочего цикла. Поэтому направляющая волнообразной поверхности кольцевого элемента 13 состоит не менее чем из трех последовательно расположенных участков: части эллипса 27, части брахистохроны 28 и части параболы 29 (фиг. 4б). Каждый участок обязательно сопряжен с соседним участком. Для обеспечения надежной работы стопорных механизмов 22 (23), соответствующих кулачковых механизмов 24, впускных и выпускных клапанов, впускных и выпускных окон в направляющую волнообразной поверхности вставлены два прямолинейных участка: на гребне 14 вставлен участок 30, и во впадине 15 - участок 31 (фиг. 4б).

На фиг. 5 представлен разрез двигателя по оси вала, то есть по линии А-А на фиг. 3 с учетом зеркального отображения устройств двигателя и на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 3 с учетом зеркального отображения устройств двигателя.

- 5 012459

На фиг. 7-9 в наглядной форме представлено устройство для перемещения лопастей. Устройство содержит закрепленный на валу 5 цилиндрический элемент 32 с волнообразной направляющей канавкой 33, копирующей волнообразную поверхность кольцевого элемента 13. Каждая из лопастей 8 (9) состоит из корпуса 34 и лопатки 36, которая установлена в корпусе 34 с возможностью перемещения вдоль оси лопасти 8 (9). Лопатка 36 подпружинена упругим элементом 35 (в конкретном варианте пружиной), обеспечивающим уплотнение в зоне контакта торцевой поверхности лопатки 8 (9) и волнообразной поверхности кольцевого элемента 13. Устройство для перемещения лопастей содержит упругие элементы, например пружины, установленные между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями диска 6 и боковой крышки 2 (на чертежах условно не показаны; на корпусе 34 каждой лопасти 8 (9) и на торцевой поверхности боковой крышки 2 показаны штифты (7), на которых устанавливаются соответствующие пружины). Корпус 34 лопатки 8 (9) расположен за пределами рабочих камер 17 (18), что обеспечивает благоприятный температурный режим работы упругого элемента (пружины) 35. На узкой продольной поверхности корпуса 34 лопасти 8 (9) выполнен фигурный крестообразный паз 46, в который помещена с возможностью радиального перемещения пластина 56 с закрепленным на ней толкателем 37 (52), а на боковой поверхности корпуса 34 лопасти 8 (9) укреплен поршень 39 (54). Толкатель 37 (52) во взаимодействии с направляющей канавкой 33 цилиндрического элемента 32 обеспечивает заданную траекторию движения лопасти 8 (9). В радиальных цилиндрических отверстиях 47 фигурного паза 46 установлены пружины (на чертежах условно не показаны). В конкретном варианте к устройству для перемещения лопастей 8 (9) следует отнести стопорный механизм 22 (23) и распорку 25, с которой этот механизм связан, и камеру сгорания 10. К камере сгорания 10, со стороны, противоположной рабочим камерам 17 (18), примыкают цилиндр 38 (53) с поршнем 39 (54) и газовый резервуар 40 (55), которые разделены между собой выпускным клапаном 42 (50), при этом камера сгорания 10 и газовый резервуар 40 (55) между собой разделены впускным клапаном 41 (49). В цилиндре 38 (53) со стороны, прилегающей к выпускному клапану 42 (50), выполнено выпускное окно 45 (51). Работа устройства для перемещения лопастей рассмотрена ниже как составная часть при рассмотрении рабочего цикла роторного двигателя внутреннего сгорания.

Пуск роторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется стартером, на чертежах не показан.

Кольцевой конструктивный узел 4 вместе с валом 5 вращается в направлении, противоположном вращению часовой стрелки (фиг. 3), что соответствует его направлению движения вниз на фиг. 4, показанному стрелкой. Рабочий процесс в ДВС рассмотрим после запуска на примере одного рабочего цикла (фиг. 4) с момента, когда нижний гребень 14 коснулся нижней конверсионной лопасти 9. Для предшествующего момента времени отдельные детали имели следующие позиции: фиксирована компрессионная лопасть 8 и освобождена от фиксации конверсионная лопасть 9; конверсионные впускной клапан 49 и выпускное окно 51, компрессионные впускной 41 и выпускной 42 клапаны - закрыты; конверсионный выпускной клапан 50 и компрессионное выпускное окно 45 - открыты.

Рассмотрим рабочий цикл при последовательном условном движении на фиг. 4 дискового конструктивного узла 3 вверх относительно кольцевого конструктивного узла 4 (в принятом конкретном варианте конструкции двигателя рабочий цикл осуществляется при движении кольцевого конструктивного узла 4 вниз относительно дискового конструктивного узла 3).

При движении вверх дискового конструктивного узла 3 фиксируют конверсионную лопасть 9 при прохождении этой лопастью нижнего гребня 14, отделяющего по ходу движения конверсионную камеру 18 от компрессионной камеры, при этом перемещая толкатель 52 конверсионной лопасти 9 из направляющей канавки 33 цилиндрического элемента 32, закрывают конверсионный выпускной клапан 50, открывая конверсионное выпускное окно 51. При прохождении компрессионной лопастью 8 этого же гребня 14 освобождают её от фиксации, при этом перемещая толкатель 37 компрессионной лопасти 8 в направляющую канавку 33 цилиндрического элемента 32. При указанном движении за компрессионной лопастью 8 в компрессионной камере 17 создаётся разряжение и через впускной канал 19 компрессионная камера 17 заполняется свежим зарядом топливовоздушной смеси. Одновременно компрессионной лопастью 8 сжимается свежий заряд топливовоздушной смеси, заполнивший компрессионную камеру 17 в предыдущем цикле и находящийся перед этой лопастью (на чертеже часть компрессионной камеры, расположенная выше компрессионной лопасти 8). Этот заряд нагнетают в камеру сгорания 10 и сжимают его в ней на всём отрезке времени её прохождения в зоне компрессионной камеры 17. Во время движения компрессионной лопасти 8 от гребня 14 до впадины 15 компрессионной камеры 17 через компрессионное выпускное окно 45 вытесняют отработанные газы предыдущего цикла компрессионным поршнем 39 из компрессионного цилиндра с поршнем 38. При достижении компрессионной лопастью 8 полного вхождения в компрессионную камеру 17 открывают компрессионный выпускной клапан 42, закрывая компрессионное выпускное окно 45, и сжатыми газами, заполнившими компрессионный газовый резервуар 40 во время предшествующего воспламенения в камере сгорания 10 топливовоздушной смеси, давят на компрессионный поршень 39 и перемещают компрессионную лопасть 8 в обратном направлении, вытесняя её из компрессионной камеры 17. При достижении конверсионной лопастью 9 следующего по ходу движения гребня 14 освобождают её от фиксации, при этом перемещая толкатель 52 конверсионной

- 6 012459 лопасти 9 в направляющую канавку 33 цилиндрического элемента 32. Конверсионная лопасть 9 начинает своё движение в конверсионной камере 18, при этом конверсионным поршнем 54 вытесняя отработанные газы предыдущего цикла из конверсионного цилиндра с поршнем 53. При достижении этого же гребня 14 компрессионной лопастью 8 фиксируют её стопорным механизмом 22, при этом перемещая толкатель 37 компрессионной лопасти 8 из направляющей канавки 33 цилиндрического элемента 32, закрывают компрессионный выпускной клапан 42, открывая компрессионное выпускное окно 45. Свечой зажигания 26 воспламеняют сжатую топливовоздушную смесь в камере сгорания 10 и расширяющимися газами давят на конверсионную лопасть 9, осуществляя её рабочий ход на всём промежутке времени прохождения ею конверсионной камеры 18. При этом, вытесняя отработанные газы через выпускной канал 20, открывают конверсионный 49 и компрессионный 41 впускные клапаны и заполняют сжатыми газами конверсионный 55 и компрессионный 40 газовые резервуары. До достижения конверсионной лопастью 9 полного вхождения её в конверсионную камеру 18, закрывают конверсионный 49 и компрессионный 41 впускные клапаны и при достижении конверсионной лопастью 9 полного вхождения в конверсионную камеру 18 открывают конверсионный выпускной клапан 50, закрывая конверсионное выпускное окно 51. Сжатыми газами, заполнившими конверсионный газовый резервуар, давят на конверсионный поршень 54 и перемещают конверсионную лопасть 9 в обратном направлении, вытесняя её из конверсионной камеры 18. После достижения конверсионной лопастью 9 следующего по ходу движения гребня 14 фиксируют её и этим завершают рабочий цикл.

Промышленная применимость

Роторный двигатель внутреннего сгорания по настоящему изобретению прост в реализации и в обслуживании, так как содержит небольшое количество деталей. В нем значительно снижен удельный расход топлива, что улучшает экологию при его эксплуатации. В роторном ДВС по настоящему изобретению значительно уменьшены вибрации и шумы. Изложенное свидетельствует о том, что роторный ДВС по настоящему изобретению может быть использован в автомобилестроении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «промышленно применимо».

Лист ссылочных обозначений

- корпус двигателя

- боковые крышки корпуса двигателя

- дисковый конструктивный узел

- кольцевой конструктивный узел

- вал

- диск с пазами

- штифт для установки пружины между лопастью и боковой крышкой корпуса двигателя

- компрессионная лопасть (рабочая лопасть)

- конверсионная лопасть (рабочая лопасть)

- камера сгорания

- коаксиальный трубчатый элемент большего диаметра

- коаксиальный трубчатый элемент меньшего диаметра

- кольцевой элемент с волнообразной поверхностью

- гребень волнообразной поверхности кольцевого элемента

- впадина волнообразной поверхности кольцевого элемента

- торцевая поверхность диска с пазами, обращенная к кольцевому элементу с волнообразной поверхностью

- компрессионная камера (рабочая камера)

- конверсионная камера (рабочая камера)

- впускной канал устройства для перемещения лопасти

- выпускной канал устройства для перемещения лопасти

- упругий элемент (пружина) для перемещения лопасти

- стопорный механизм компрессионной лопасти

- стопорный механизм конверсионной лопасти

- кулачковый механизм рабочей лопасти

- распорка

- свеча зажигания

- участок направляющей волнообразной поверхности кольцевого элемента в виде части эллипса

- участок направляющей волнообразной поверхности кольцевого элемента в виде части брахистохроны

- участок направляющей волнообразной поверхности кольцевого элемента в виде части параболы

- участок направляющей волнообразной поверхности кольцевого элемента в виде прямолинейного отрезка

- цилиндрический элемент с волнообразной направляющей канавкой

- 7 012459

- направляющая канавка цилиндрического элемента с волнообразной направляющей канавкой

- корпус рабочей лопасти

- пружина уплотнительная в корпусе рабочей лопасти

- лопатка рабочей лопасти

- толкатель компрессионной лопасти в форме цилиндрического пальца

- компрессионный цилиндр с поршнем

- компрессионный поршень для компрессионного цилиндра с поршнем

- компрессионный газовый резервуар

- компрессионный впускной клапан

- компрессионный выпускной клапан

43, 44 - кулачковый механизм управлений клапанами

- компрессионное выпускное окно

- фигурный крестообразный паз в корпусе рабочей лопасти

- место для установки пружин толкателя

- пластина толкателя компрессионной лопасти

- конверсионный впускной клапан

- конверсионный выпускной клапан

- конверсионное выпускное окно

- толкатель конверсионной лопасти в форме цилиндрического пальца

- конверсионный цилиндр с поршнем

- конверсионный поршень для конверсионного цилиндра с поршнем

- конверсионный газовый резервуар

- пластина толкателя конверсионной лопасти

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с боковыми крышками, вал, дисковый и кольцевой конструктивные узлы, один из которых закреплен на валу, другой закреплен в корпусе, размещенные в корпусе с возможностью взаимного вращения и образующие совместно основной блок, причем дисковый конструктивный узел включает диск с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения размещены компрессионные и конверсионные лопасти, между которыми расположены камеры сгорания, а кольцевой конструктивный узел включает коаксиальные цилиндрические трубчатые элементы, соответственно большего и меньшего диаметров, между которыми размещен кольцевой элемент с волнообразной поверхностью, образующей гребни и впадины, при этом направляющая волнообразной поверхности кольцевого элемента расположена на любой коаксиальной с цилиндрическими трубчатыми элементами поверхности, например внутренней поверхности цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра, а образующая волнообразной поверхности кольцевого элемента перпендикулярна его оси, к тому же волнообразная поверхность кольцевого элемента обращена к торцевой поверхности диска с пазами, совместно с которой и наружной поверхностью цилиндрического трубчатого элемента меньшего диаметра, внутренней поверхностью цилиндрического трубчатого элемента большего диаметра образует компрессионные и конверсионные камеры, разделенные гребнями кольцевого элемента с волнообразной поверхностью, причем в гребнях кольцевого элемента с волнообразной поверхностью с чередованием через один гребень выполнены впускные и выпускные каналы, отличающийся тем, что в дисковом конструктивном узле каждая компрессионная и конверсионная лопасть подпружинена посредством упругого элемента относительно диска с пазами, при этом внутри корпуса размещены основные стопорные механизмы с возможностью фиксации компрессионных и конверсионных лопастей в заданном положении относительно диска с пазами.
2. Роторный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями боковой крышки и диска с пазами на продолжении аксиальных осевых линий камер сгорания установлены распорки.
3. Роторный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что между соседними гребнями направляющая волнообразной поверхности кольцевого элемента в пределах каждой компрессионной и конверсионной камеры образована не менее чем тремя последовательно расположенными и сопряженными между собой участками, при этом первый участок, представляющий собой часть кривой второго порядка, например эллипса, и второй участок, представляющий собой часть брахистохроны, расположены между одним из гребней и впадиной, третий участок, представляющий собой часть кривой третьего порядка, например параболы, расположен между впадиной и другим гребнем.
4. Роторный двигатель внутреннего сгорания по п.3, отличающийся тем, что на гребнях направляющая волнообразной поверхности представляет собой прямолинейные участки.
5. Роторный двигатель внутреннего сгорания по пп.3, 4, отличающийся тем, что во впадинах направляющая волнообразной поверхности представляет собой прямолинейные участки.
6. Роторный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в каждом блоке коли

- 8 012459 чество камер сгорания четное, более двух и равно сумме компрессионных и конверсионных камер.
7. Роторный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в корпусе установлены дополнительный блок и дополнительные стопорные механизмы, выполненные в виде зеркального отображения основного блока и основных стопорных механизмов относительно плоскости, перпендикулярной оси вала, и снабжен распорками, установленными между дисками с пазами основного и дополнительного блоков на аксиальных осевых линиях зеркально отображенных камер сгорания.
8. Устройство для перемещения лопастей роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащее вал, рабочие камеры, камеры сгорания, диск с пазами и цилиндрический элемент с волнообразной направляющей канавкой, установленные на валу с возможностью взаимного вращения, при этом по крайней мере одна торцевая поверхность диска с пазами представляет собой граничную поверхность рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания, а в пазах диска с пазами с возможностью возвратнопоступательного движения размещены лопасти, каждая из которых содержит корпус лопасти и подпружиненную относительно корпуса лопасти и установленную в нем с возможностью перемещения в направлении продольной оси лопасти лопатку, а также толкатели в форме цилиндрических пальцев, каждый из которых расположен со стороны узкой продольной поверхности корпуса каждой лопасти, обращенной к цилиндрическому элементу с волнообразной направляющей канавкой и с возможностью перемещения в волнообразной направляющей канавке цилиндрического элемента, отличающееся тем, что оно снабжено стопорными механизмами, закрепленными относительно диска с пазами, цилиндром с поршнем, газовым резервуаром, размещенным между камерой сгорания и цилиндром с поршнем, при этом поршень скреплен с корпусом лопасти, впускным клапаном, разделяющим камеру сгорания и газовый резервуар, выпускным клапаном, разделяющим газовый резервуар и цилиндр с поршнем, а также механизмом управления впускным и выпускным клапанами, например кулачковым механизмом, причем в части цилиндра с поршнем, примыкающей к выпускному клапану, выполнено выпускное окно, а также тем, что корпус лопасти расположен за граничной поверхностью диска с пазами вне рабочей камеры и в корпусе каждой лопасти со стороны указанной узкой продольной поверхности этого корпуса выполнен фигурный паз, например Т-образный или крестообразный, в котором с возможностью радиального перемещения перпендикулярно продольной оси лопасти размещена подпружиненная упругим элементом относительно корпуса лопасти пластина, на которой закреплен толкатель в форме цилиндрического пальца.
9. Рабочий цикл роторного двигателя внутреннего сгорания, при котором используют устройство для обеспечения возвратно-поступательного движения компрессионных и конверсионных лопастей, состоящее для каждой компрессионной и конверсионной лопасти из цилиндрического элемента с направляющей канавкой и толкателей, соединенных с компрессионными и конверсионными лопастями, и при котором путем перемещения компрессионной лопасти в компрессионной камере заполняют эту камеру свежим зарядом топливовоздушной смеси, при этом нагнетая в камеру сгорания и сжимая в ней топливовоздушную смесь, заполнившую компрессионную камеру в предыдущем цикле, воспламеняют топливовоздушную смесь, и в конверсионной камере, отделенной гребнем от компрессионной камеры, расширяющимися газами давят на конверсионную лопасть, осуществляя ее рабочий ход и приводя во вращение вал двигателя, при этом вытесняя из конверсионной камеры отработанные газы предыдущего рабочего цикла, отличающийся тем, что используют стопорные механизмы для фиксации компрессионных и конверсионных лопастей, последовательно расположенные с камерой сгорания и соответствующие каждой компрессионной и конверсионной лопасти газовый резервуар, цилиндр с поршнем и выпускным окном, отделенные друг от друга соответствующими впускным и выпускным клапанами, механизм управления впускным и выпускным клапанами, например кулачковый механизм, при этом соответствующий упомянутый поршень скреплен с соответствующей компрессионной и конверсионной лопастью, и тем, что фиксируют конверсионную лопасть при прохождении этой лопастью гребня, отделяющего по ходу движения конверсионную камеру от компрессионной камеры, при этом перемещая толкатель конверсионной лопасти из направляющей канавки цилиндрического элемента, закрывают конверсионный выпускной клапан, открывая конверсионное выпускное окно и от предыдущего цикла оставляя закрытым впускной клапан, при прохождении компрессионной лопастью этого же гребня освобождают от фиксации компрессионную лопасть, при этом перемещая толкатель компрессионной лопасти в направляющую канавку цилиндрического элемента, от предыдущего цикла оставляя закрытыми впускной и выпускной компрессионные клапаны и открытым компрессионное выпускное окно, вытесняют отработанные газы предыдущего цикла из компрессионного цилиндра с поршнем, при достижении компрессионной лопастью полного вхождения в компрессионную камеру открывают компрессионный выпускной клапан, закрывая компрессионное выпускное окно, и сжатыми газами, заполнившими компрессионный газовый резервуар во время предшествующего воспламенения в камере сгорания топливовоздушной смеси, давят на компрессионный поршень и перемещают компрессионную лопасть в обратном направлении, вытесняя её из компрессионной камеры, при достижении конверсионной лопастью следующего по ходу движения гребня освобождают её от фиксации, при этом перемещая толкатель конверсионной лопасти в направляющую канавку цилиндрического элемента, вытесняют отработанные газы предыдущего цикла из конверсионного цилиндра с поршнем, при достижении этого же гребня компрессионной лопастью фиксируют её, при этом перемещая толкатель компрессионной лопасти из направляющей канавки цилиндриче

- 9 012459 ского элемента, закрывают компрессионный выпускной клапан, открывая компрессионное выпускное окно, после воспламенения топливовоздушной смеси открывают конверсионный и компрессионный впускные клапаны и заполняют сжатыми газами конверсионный и компрессионный газовые резервуары, до достижения конверсионной лопастью полного вхождения её в конверсионную камеру закрывают конверсионный и компрессионный впускные клапаны, при достижении конверсионной лопастью полного вхождения в конверсионную камеру открывают конверсионный выпускной клапан, закрывая конверсионное выпускное окно, и сжатыми газами, заполнившими конверсионный газовый резервуар, давят на конверсионный поршень и перемещают конверсионную лопасть в обратном направлении, вытесняя её из конверсионной камеры, при достижении конверсионной лопастью следующего по ходу движения гребня фиксируют её и этим завершают рабочий цикл.