RU2305785C2

RU2305785C2 - Multirotor internal combustion engine

Info

Publication number: RU2305785C2
Application number: RU2005126446/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав Федорович Ефимков (RU); Владислав Федорович Ефимков
Original assignee: Владислав Федорович Ефимков
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-09-10
Also published as: RU2005126446A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; rotary internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed multirotor internal combustion engine has drive shaft, body with inner space in form of cylindrical surface with rotor rotating inside. Ribs of rotor slide along cylindrical surface. Body is provided with initiators for working stroke and holes to let in gas mixture and let out exhaust gases. Inner space is essentially round central cylinder rotor rotating in side whose section is regular multitop figure, and whose cylindrical surfaces are surfaces of sliding. Central rotor is rigidly secured on drive shaft. Axes of central cylinder, central rotor and drive shaft coincide. Body is provided with external spaces in form of round cylinders intersecting with central cylinder, axes of central and outer cylinders are parallel. Each external cylinder accommodates rotating external rotor with cylindrical sliding surfaces and ribs sliding along external cylinder. Section of external rotors is regular tultitop figure with rotation of central and each external rotor, continuous alternate sliding of rib of one of them along sliding surface of other one is provided.

EFFECT: elimination of vibration of movable parts.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности двигателей внутреннего сгорания и компрессоров.The invention relates to the field of engine manufacturing, in particular internal combustion engines and compressors.

По своей технической сущности наиболее близкими к заявляемому являются устройства (прототип) [1, 2], в настоящее время известные как роторный двигатель Ванкеля. В корпусе прототипа расположены инициирующее устройство для рабочего хода и отверстия для впуска газовой смеси и выхлопа отработанных газов, а во внутренней цилиндрической полости совершает сложное движение ротор. Ребра ротора скользят по цилиндрической поверхности корпуса. Внутри ротора расположена коаксиально шестерня, находящаяся во внутреннем зубчатом зацеплении с ведущим валом и передающая вращение ротора ведущему валу. При этом центры масс ротора и внутренней шестерни, через которые проходят их оси симметрии, движутся по замкнутой кривой, что вызывает вибрацию и, как следствие, сравнительно быстрый износ деталей.In their technical essence, the closest to the claimed are devices (prototype) [1, 2], currently known as the Wankel rotary engine. In the prototype case, an initiating device for the working stroke and openings for the inlet of the gas mixture and exhaust gas are located, and the rotor makes a complex movement in the inner cylindrical cavity. The rotor ribs slide along the cylindrical surface of the housing. Inside the rotor there is a coaxial gear located in the internal gearing with the drive shaft and transmitting the rotation of the rotor to the drive shaft. In this case, the centers of mass of the rotor and the internal gear, through which their axes of symmetry pass, move along a closed curve, which causes vibration and, as a result, relatively quick wear of parts.

Другим близким к заявляемому устройству техническим решением (аналогом) является известный четырехтактный роторный двигатель, созданный по технологии RKM [3], в котором овальный ротор, находящийся во внутреннем зубчатом зацеплении с ведущим валом, совершает еще более сложное вращение. И этому двигателю присущ тот же недостаток - движение центра масс ротора, причем кривая движения центра масс имеет точки излома. Последнее только усугубляет ситуацию.Another technical solution close to the claimed device (analogue) is the well-known four-stroke rotary engine, created using the RKM technology [3], in which the oval rotor, which is in internal gearing with the drive shaft, performs even more complex rotation. And the same drawback is inherent in this engine - the motion of the center of mass of the rotor, and the curve of motion of the center of mass has break points. The latter only exacerbates the situation.

В заявляемом устройстве предлагается новая техническая идея, заключающаяся в том, что оси симметрии всех подвижных деталей являются их неподвижными осями вращения, следствием чего является полное отсутствие вибрации. От прототипа и аналога заявляемое устройство - многороторный двигатель внутреннего сгорания (МРДВС) - отличается тем, что цилиндрическая поверхность внутренней полости корпуса представляет собой круглый центральный цилиндр, в котором вращается центральный ротор. Центральный ротор жестко закреплен на ведущем валу, причем ось симметрии центрального ротора, ось центрального цилиндра и ось ведущего вала совпадают. Сечение центрального ротора представляет собой правильную многовершинную фигуру, вписанную в центральный цилиндр. Это означает, что ротор является объемной фигурой с осью симметрии порядка М, где М - число вершин правильной многовершинной фигуры, равное числу ребер центрального ротора. Такая объемная фигура при повороте на угол 2π/М совпадает с исходной. Ротор прототипа относится к числу таких фигур с М=3. Ребра центрального ротора параллельны оси вращения и их соединяют цилиндрические поверхности, названные поверхностями скольжения. Тем самым цилиндрическая поверхность центрального ротора состоит из поверхностей скольжения, ограниченных ребрами. Ребра ротора скользят по центральному цилиндру. В корпусе расположены внешние полости в виде круглых внешних цилиндров, пересекающихся с центральным цилиндром, причем оси внешних и центрального цилиндров параллельны. В каждой внешней полости вращается внешний ротор, ось симметрии которого является его осью вращения и совпадает с осью внешнего цилиндра. Сечение внешнего ротора представляет собой правильную многовершинную фигуру, вписанную во внешний цилиндр. Это означает, что внешний ротор (аналогично центральному ротору) является объемной фигурой с осью симметрии порядка m, где m - число ребер внешнего ротора. Ребра внешнего ротора скользят по круглоцилиндрической поверхности внешнего цилиндра. Цилиндрические поверхности внешних роторов подобно центральному являются поверхностями скольжения, ограниченными ребрами. При вращении центрального и каждого внешнего роторов осуществляется непрерывное поочередное скольжение ребра одного из них по поверхности скольжения другого. Последнее именуется далее принципом взаимного скольжения. Что касается инициирующего устройства, то, как в прототипе, так и в заявляемом устройстве под этим названием фигурируют либо электрическая свеча, либо форсунка для впрыска топлива, либо то и другое вместе.The inventive device proposes a new technical idea, namely that the axis of symmetry of all moving parts are their fixed axes of rotation, resulting in a complete absence of vibration. From the prototype and analog of the claimed device is a multi-rotor internal combustion engine (MRDVS) - differs in that the cylindrical surface of the internal cavity of the housing is a round central cylinder in which the central rotor rotates. The central rotor is rigidly fixed to the drive shaft, the axis of symmetry of the central rotor, the axis of the central cylinder and the axis of the drive shaft being the same. The cross section of the central rotor is a regular multi-vertex figure inscribed in the central cylinder. This means that the rotor is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of the order of M, where M is the number of vertices of a regular multi-vertex figure, equal to the number of edges of the central rotor. Such a three-dimensional figure, when turned through an angle of 2π / M, coincides with the original one. The prototype rotor is among such figures with M = 3. The ribs of the central rotor are parallel to the axis of rotation and they are connected by cylindrical surfaces called sliding surfaces. Thus, the cylindrical surface of the central rotor consists of sliding surfaces bounded by ribs. The rotor ribs slide along the central cylinder. Outer cavities in the form of circular outer cylinders intersecting the central cylinder are located in the housing, the axes of the outer and central cylinders being parallel. An external rotor rotates in each external cavity, the axis of symmetry of which is its axis of rotation and coincides with the axis of the external cylinder. The cross section of the outer rotor is a regular multi-vertex figure inscribed in the outer cylinder. This means that the outer rotor (similar to the central rotor) is a volumetric figure with an axis of symmetry of order m, where m is the number of edges of the outer rotor. The ribs of the outer rotor slide along the cylindrical surface of the outer cylinder. The cylindrical surfaces of the outer rotors, like the central one, are sliding surfaces bounded by ribs. When the central and each external rotor rotates, a continuous gliding of the rib of one of them along the sliding surface of the other is carried out. The latter is referred to below as the principle of mutual sliding. As for the initiating device, both in the prototype and in the inventive device under this name appear either an electric candle, or a nozzle for injecting fuel, or both together.

Фиг.1 дает пояснение к кинематике заявляемого устройства. Изображенные сечения служат для расчета основных геометрических параметров и поясняют принцип взаимного скольжения. Используемые термины за исключением оговоренных случаев соответствуют плоским фигурам.Figure 1 gives an explanation of the kinematics of the claimed device. The sections shown are used to calculate the basic geometric parameters and explain the principle of mutual sliding. The terms used, unless otherwise indicated, correspond to planar figures.

В отличие от прототипа, в котором цилиндрическая поверхность корпуса, по которой скользят ребра ротора, представляет собой так называемую эпитрохоиду, в заявляемом устройстве эта поверхность является круглым цилиндром радиуса R₀, ось цилиндра находится в точке О. Сечение центрального ротора представляет собой правильный «раздутый» М-угольник (М - число ребер), вписанный в окружность радиуса R₀. А, В, ... - вершины М-угольника, являющиеся точками пересечения прямолинейных ребер центрального ротора с плоскостью сечения. В точке О находится ось симметрии центрального ротора. В этой же точке находится ось вращения ведущего вала (на фиг.1 не показан), на котором жестко закреплен центральный ротор. В корпусе расположена внешняя полость в виде круглого цилиндра радиуса r₀, ось которого находится в точке О_i. Оси внешней полости и круглоцилиндрической поверхности корпуса параллельны. Внешняя полость пересекается с круглоцилиндрической поверхностью корпуса. Λ и Р являются точками пересечения линий (кромок) пересечения цилиндров с плоскостью сечения. В окружность радиуса r₀ вписан правильный «раздутый» m-угольник (в данном случае m=3), являющийся сечением внешнего ротора, а, b, с - вершины m-угольника, являющиеся точками пересечения прямолинейных ребер внешнего ротора с плоскостью сечения. Внешний ротор представляет собой объемную фигуру с осью симметрии порядка m, которая при повороте на угол 2π/m совпадает с исходной. В точке О_i находится ось симметрии и ось вращения внешнего ротора. Показано положение, при котором в точке Р совпадают вершины А центрального и а внешнего роторов. Далее вершина А начинает скольжение по окружности радиуса R₀, вершина а начинает скользить по линии, соединяющей вершины А и В, вершина В продолжит скольжение по окружности радиуса R₀, вершина с продолжит скольжение по окружности радиуса r₀. Через определенное время в точке А встретятся вершины В и а. При этом произойдет трансформация криволинейной области АВΛса в криволинейный сегмент ас, аналогичный показанному на фиг.1 криволинейному сегменту bc, который ограничен дугой bc внешнего ротора и частью окружности радиуса r₀. Описанная стадия, происходящая со стороны точки Λ, может быть использована для такта сжатия газовой смеси после такта впуска или для такта выхлопа отработанной смеси после такта рабочего хода. Площадь криволинейной области АВΛса, умноженная на толщину ротора, определяет объем всасывания, площадь криволинейного сегмента bc, умноженная на толщину ротора, определяет объем сжатия. Их отношение определяет степень сжатия. Последняя зависит от значений М, m, R₀, r₀. При постоянной степени сжатия (т.е. для выбранных М, m, R₀/r₀) и неизменной толщине ротора объем всасывания изменяется пропорционально R₀ ².In contrast to the prototype, in which the cylindrical surface of the housing along which the rotor ribs glide is the so-called epitrochoid, in the inventive device this surface is a round cylinder of radius R ₀ , the axis of the cylinder is at point O. The cross section of the central rotor is the correct “inflated »M-gon (M is the number of edges) inscribed in a circle of radius R ₀ . A, B, ... are the vertices of the M-gon, which are the points of intersection of the rectilinear edges of the central rotor with the section plane. At point O is the axis of symmetry of the central rotor. At the same point is the axis of rotation of the drive shaft (not shown in FIG. 1), on which the central rotor is rigidly fixed. An external cavity in the form of a circular cylinder of radius r ₀ , the axis of which is located at point O _i , is located in the housing. The axes of the external cavity and the cylindrical surface of the housing are parallel. The external cavity intersects with the cylindrical surface of the housing. Λ and P are the intersection points of the lines (edges) of the intersection of the cylinders with the section plane. In the circle of radius r _{0 there is} inscribed the correct “inflated” m-gon (in this case m = 3), which is the cross section of the outer rotor, and a, b, c are the vertices of the m-gon, which are the intersection points of the rectilinear edges of the outer rotor with the section plane. The external rotor is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of the order of m, which, when rotated through an angle of 2π / m, coincides with the original one. At the point O _i is the axis of symmetry and the axis of rotation of the outer rotor. The position at which the vertices A of the central and a external rotors coincide at the point P is shown. Next, vertex A begins to slip along a circle of radius R ₀ , vertex a begins to slide along the line connecting the vertices A and B, vertex B continues to slip along a circle of radius R ₀ , and vertex c continues to slip along a circle of radius r ₀ . After a certain time, at point A, peaks B and a meet. In this case, the curvilinear region of ABAc transforms into a curvilinear segment ac, similar to the curvilinear segment bc shown in Fig. 1, which is bounded by the arc bc of the outer rotor and part of a circle of radius r ₀ . The described stage, which occurs from the side of the Λ point, can be used for the compression cycle of the gas mixture after the intake stroke or for the exhaust cycle of the exhaust mixture after the stroke of the working stroke. The area of the curvilinear region ABAc, multiplied by the thickness of the rotor, determines the suction volume, the area of the curvilinear segment bc, multiplied by the thickness of the rotor, determines the amount of compression. Their ratio determines the degree of compression. The latter depends on the values of M, m, R ₀ , r ₀ . With a constant compression ratio (i.e., for selected M, m, R ₀ / r ₀ ) and a constant rotor thickness, the suction volume varies in proportion to R ₀ ² .

Вершина а после встречи в точке Λ с вершиной В далее начнет скользить по окружности радиуса r₀. Вершина В начнет скользить по линии ab, соединяющей вершины а и b внешнего ротора, и это скольжение закончится, когда в точке Р совпадут вершины В и b. Далее процесс повторяется.The vertex a after meeting at the point Λ with the vertex B will then begin to slide around a circle of radius r ₀ . The vertex B will begin to slide along the line ab connecting the vertices a and b of the outer rotor, and this sliding will end when the vertices B and b coincide at the point P. The process is then repeated.

С момента времени, соответствующего фиг.1, со стороны точки Р происходит трансформация криволинейного сегмента ab в криволинейную область, зеркально симметричную (относительно линии, проходящей через оси О и O_i) показанной на фиг.1 области АВΛса. Эту стадию можно использовать для такта рабочего хода после такта сжатия или для такта впуска после такта выхлопа.From the moment of time corresponding to FIG. 1, from the side of point P, the curved segment ab transforms into a curvilinear region mirror symmetric (relative to the line passing through the O and O _i axes) of the ABAc region shown in FIG. This stage can be used for the stroke of the stroke after the compression stroke or for the intake stroke after the exhaust stroke.

Проведенное рассмотрение показывает, что одной внешней полости с вращающимся в ней внешним ротором недостаточно для обеспечения четырехтактного режима работы заявленного устройства в качестве двигателя.The review shows that one external cavity with an external rotor rotating in it is not enough to provide a four-stroke mode of operation of the claimed device as an engine.

Рассчитаем основные геометрические параметры. Здесь:We calculate the basic geometric parameters. Here:

α₀ - угол видения линии пересечения окружностей ΛР из оси О,α ₀ - angle of view of the intersection line of circles ΛР from the axis O,

β₀ - угол видения линии пересечения окружностей ΛР из оси O_i,β ₀ - the angle of view of the line of intersection of the circles ΛР from the axis O _i ,

Ω - скорость вращения центрального ротора, Ω is the rotation speed of the central rotor,

ω - скорость вращения внешнего ротора.ω is the rotational speed of the outer rotor.

За время t₁ вершина А центрального ротора переместилась из точки Λ в точку Р, повернувшись на угол α₀, вершина с внешнего ротора повернулась на угол

. При этом схема оказалась в положении, показанном на фиг.1. После этого за время t₂ вершина В центрального ротора переместится в точку Λ, т.е. повернется на угол

, вершина а внешнего ротора также переместится в точку Λ, т.е. повернется на угол β₀.During time t _{1, the} vertex A of the central rotor moved from point Λ to point P, turning at an angle α ₀ , the vertex from the external rotor turned at an angle

. In this case, the circuit was in the position shown in figure 1. After that, in time t _{2, the} vertex B of the central rotor moves to the point Λ, i.e. rotate a corner

, the vertex a of the outer rotor also moves to the point Λ, i.e. rotates through angle β ₀ .

Отсюда -

.From here -

.

Исключая t₁ и t₂, получаемExcluding t ₁ and t ₂ , we obtain

Кроме того, имеем

.In addition, we have

.

Основное и очевидное геометрическое соотношение -The basic and obvious geometric relationship is

Подставляя β₀, получаемSubstituting β ₀ , we obtain

Отсюда вычисляем α₀, а следовательно, и β₀ для выбранных М, m, R₀ и r₀.From here we calculate α ₀ , and therefore β ₀ for the selected M, m, R ₀ and r ₀ .

Находим расстояние OO_i=L между осями центрального и внешнего цилиндровWe find the distance OO _i = L between the axes of the central and external cylinders

Для углов α₀ и β₀ имеем очевидные неравенства:For angles α ₀ and β ₀ we have obvious inequalities:

Существенно, что, исходя из равенства (1), отношение скоростей вращения центрального и внешнего роторов выражается рациональным числом. Это значит, что жесткая связь между ними и постоянная синхронизация их вращении могут быть обеспечены с использованием зубчатых или цепных передач. Применение фрикционных передач исключается.It is significant that, based on equality (1), the ratio of the rotation speeds of the central and external rotors is expressed by a rational number. This means that a rigid connection between them and constant synchronization of their rotation can be provided using gears or chain transmissions. The use of friction gears is excluded.

На фиг.1 линии, соединяющие вершины центрального ротора, и линии, соединяющие вершины внешнего ротора, имеют определенную форму. Эти линии являются направляющими цилиндрических поверхностей скольжения (ЦПС) роторов. Для центрального ротора они определяются функциональной зависимостью R(α), показывающей расстояние R точки линии, имеющей угловую координату α, от оси ротора. Угол α, отсчитываемый, например, от вершины ротора, изменяется в пределах 2π/М≥α≥0. Функция R(α) является решением трансцендентного уравнения, которое можно назвать уравнением скольжения, описывающего скольжение ребра внешнего ротора по поверхности скольжения центрального ротора. R(α) проходит через три точки, называемые опорными: две из них являются соседними вершинами «раздутого» М-угольника, третья точка лежит на биссектрисе угла между вершинами и расположена на расстоянии L-r₀ от оси ротора О. Очень близкой к ЦПС является поверхность круглого цилиндра, направляющая которого в виде дуги окружности радиуса R_C проходит через те же опорные точки. Функция R_C(α) по аналогии с R(α) описывает дугу окружности. Степень близости между ними оценивается параметром Δ(α)=R(α)-R_C(α). В опорных точках Δ=0. Δ_max показывает максимальную разность, а также ее знак, т.е. что больше - R(α) или R_C(α).In Fig. 1, the lines connecting the vertices of the central rotor and the lines connecting the vertices of the outer rotor have a certain shape. These lines are the guides of the cylindrical sliding surfaces (DSP) of the rotors. For the central rotor, they are determined by the functional dependence R (α), showing the distance R of the point of the line having the angular coordinate α from the axis of the rotor. The angle α, measured, for example, from the top of the rotor, varies within 2π / M≥α≥0. The function R (α) is a solution to the transcendental equation, which can be called the slip equation, which describes the sliding of the edges of the outer rotor along the sliding surface of the central rotor. R (α) passes through three points called support points: two of them are adjacent vertices of the “inflated” M-gon, the third point lies on the bisector of the angle between the vertices and is located at a distance Lr ₀ from the axis of the rotor O. The surface is very close to the DSP a circular cylinder whose guide in the form of an arc of a circle of radius R _C passes through the same reference points. The function R _C (α), by analogy with R (α), describes an arc of a circle. The degree of proximity between them is estimated by the parameter Δ (α) = R (α) -R _C (α). At the reference points, Δ = 0. Δ _max shows the maximum difference, as well as its sign, i.e. whichever is R (α) or R _C (α).

Для внешнего ротора аналогично вводятся в рассмотрение: функции r(β), r_C(β), где 2π/m≥β≥0, δ(β)=r(β)-r_C(β) и значение δ_max. Третья опорная точка находится на расстоянии L-R₀ от оси внешнего ротора О_i.For an external rotor, the following functions are similarly introduced into consideration: the functions r (β), r _C (β), where 2π / m≥β≥0, δ (β) = r (β) -r _C (β) and the value δ _max . The third reference point is at a distance LR ₀ from the axis of the outer rotor O _i .

Величины Δ_max и δ_max зависят от выбранных значений М, m, R₀, r₀.The values of Δ _max and δ _max depend on the selected values of M, m, R ₀ , r ₀ .

Цилиндрические поверхности скольжения роторов вместе с ребрами образуют то, что можно назвать цилиндрической структурой скольжения (в роторных двигателях есть еще и торцевые плоскости скольжения роторов). Используя этот термин, можно сформулировать, что в заявленном устройстве принцип взаимного скольжения выполняется при встречном движении цилиндрических структур скольжения центрального и внешнего роторов. Исходя из этого, в заявленном устройстве все роторы вращаются в одну сторону.The cylindrical sliding surfaces of the rotors together with the ribs form what can be called the cylindrical sliding structure (in rotary engines there are also end sliding planes of the rotors). Using this term, it can be formulated that in the claimed device, the principle of mutual sliding is fulfilled when the cylindrical sliding structures of the central and external rotors are counter-moving. Based on this, in the claimed device, all rotors rotate in one direction.

Проведенное рассмотрение показывает, что цилиндрическая поверхность роторов представляет собой «раздутую» боковую поверхность призмы. При «раздувании» ребра призмы остаются на цилиндрах радиуса R₀ для центрального ротора и радиуса r₀ для внешнего ротора, а боковые плоские грани призмы принимают форму, близкую к кругло-цилиндрической. Для центрального ротора R_C>R₀, для внешних роторов r_C>r₀.The review shows that the cylindrical surface of the rotors is a "swollen" side surface of the prism. When “inflating”, the edges of the prism remain on cylinders of radius R ₀ for the central rotor and radius r ₀ for the outer rotor, and the lateral flat faces of the prism take a shape close to circular-cylindrical. For the central rotor R _C > R ₀ , for external rotors r _C > r ₀ .

Фиг.2 показывает на простейшем примере (М=2, две внешние полости, m=2), как реализуется свойство герметичности полостей, образующихся при вращении роторов, при использовании в конструкции подвижных деталей, каждая из которых вращается вокруг своей неподвижной оси симметрии, и как обеспечивается четырехтактный режим работы двигателя для выбранного примера.Figure 2 shows in a simple example (M = 2, two external cavities, m = 2), how the tightness property of the cavities formed during the rotation of the rotors is realized when moving parts are used in the construction, each of which rotates around its fixed axis of symmetry, and how a four-stroke mode of engine operation is provided for the selected example.

В полости 1 продолжается рабочий ход, начавшийся после того, как точку Р миновали вершины А центрального и а верхнего внешнего роторов, причем в этот момент, или чуть позже срабатывает инициирующее устройство, расположенное в верхней внешней полости, названной активной камерой. Нижняя внешняя полость названа газораспределительной камерой. В полости 2 продолжается выхлоп отработанных газов от предшествующего рабочего хода. Когда в точке Ψ совпадут вершины А центрального и d нижнего роторов, закончится текущий рабочий ход и прекратится выхлоп отработанных газов от предшествующего рабочего хода. В полости 3 продолжается процесс всасывания свежей газовой смеси через впускное отверстие, начавшийся после того, как точку Г миновали вершины В центрального и d нижнего роторов. Процесс всасывания закончится, когда в точке Р совпадут вершины В центрального и b верхнего роторов, а в точке Г совпадут вершины А центрального и с нижнего роторов. В полости 4 продолжается процесс сжатия газовой смеси, который закончится в момент прихода в точку Λ вершин В центрального и а верхнего роторов.In the cavity 1, the working stroke continues, which began after the point P passed the vertices A of the central and a upper external rotors, and at this moment, or a little later, the initiating device located in the upper external cavity, called the active chamber, is triggered. The lower external cavity is called the gas distribution chamber. In the cavity 2, exhaust gas continues from the previous working stroke. When the vertices A of the central and d lower rotors coincide at the point Ψ, the current working stroke will end and the exhaust exhaust from the previous working stroke will stop. In the cavity 3, the process of suction of the fresh gas mixture through the inlet, which began after the point Г passed the peaks B of the central and d lower rotors, continues. The suction process will end when the vertices B of the central and b upper rotors coincide at point P, and the vertices A of the central and lower rotors coincide at point D. In the cavity 4, the process of compression of the gas mixture continues, which will end when the vertices B of the central and a top rotors arrive at the Λ point.

Подобно ротору прототипа центральный ротор в заявляемом устройстве совершает работу по передаче энергии воспламененной газовой смеси ведущему валу. Давление газов создает угловой момент, приложенный к центральному ротору. Внешний ротор служит для создания (конечно, вместе с центральным ротором) необходимых замкнутых полостей внутри двигателя, а угловой момент сил давления газов на него в первом приближении равен нулю вплоть до момента начала вытеснения отработавшей смеси (фиг.2), т.е. до окончания рабочего хода. Если требуется двигатель с несколькими ведущими валами, можно использовать и валы внешних роторов, вращательные усилия на которые передаются от ведущего вала через основные зубчатые или цепные передачи.Like the rotor of the prototype, the central rotor in the inventive device performs the work of transferring the energy of the ignited gas mixture to the drive shaft. The gas pressure creates an angular momentum applied to the central rotor. The external rotor serves to create (of course, together with the central rotor) the necessary closed cavities inside the engine, and the angular momentum of the gas pressure forces on it in the first approximation is equal to zero until the beginning of the displacement of the spent mixture (figure 2), i.e. until the end of the working stroke. If an engine with several drive shafts is required, the shafts of external rotors can also be used, the rotational forces to which are transmitted from the drive shaft through the main gear or chain gears.

В заявляемом устройстве минимальное число внешних полостей равно двум (одна - активная, другая - газораспределительная). В принципе число внешних полостей может быть любым (насколько позволяет геометрия). Однако с точки зрения получения максимальной мощности заявляемого устройства и достижения максимальной простоты целесообразно установить N=М, где N - число внешних полостей. При этом очевидно, что N должно быть четным числом, т.е. половина внешних полостей должна быть активными, половина - газораспределительными, и они должны чередоваться между собой. Тем самым М целесообразно выбрать четным числом. При N=М центральный угол между осями двух соседних внешних полостей равен

, при N<М этот угол целесообразно установить равным

k, где k≥1, целое.In the inventive device, the minimum number of external cavities is equal to two (one is active, the other is gas distribution). In principle, the number of external cavities can be any (as far as geometry allows). However, from the point of view of obtaining maximum power of the claimed device and achieving maximum simplicity, it is advisable to set N = M, where N is the number of external cavities. It is obvious that N must be an even number, i.e. half of the external cavities should be active, half - gas distribution, and they should alternate with each other. Thus, it is advisable to choose an even number. At N = M, the central angle between the axes of two adjacent external cavities is

, for N <M, it is advisable to set this angle equal to

k, where k≥1, integer.

Фиг.2 показывает, что при выбранных М=N=2 за один оборот центрального ротора происходит два рабочих хода. В общем случае число рабочих ходов за один оборот центрального ротора равно

.Figure 2 shows that when M = N = 2 is selected, two working strokes occur for one revolution of the central rotor. In general, the number of working strokes per revolution of the central rotor is

.

Показанное на фиг.2 сечение корпуса заявляемого устройства изображено в произвольной форме. Очевидно, что в корпусе должны быть полости для охлаждения. Должны также охлаждаться и роторы. Наибольшее выделение тепла происходит вблизи камер, где осуществляется рабочий ход. При N≥4 выделение тепла происходит в двух или более полостях, что способствует меньшим градиентам температуры в корпусе. Центральный ротор можно максимально облегчить, удалив лишний металл (материал) без ухудшения прочностных характеристик и потери герметичности, причем даже в облегченном виде он будет обладать свойствами маховика. Отверстия для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов могут иметь щелевидную форму, вытянутую вдоль образующей газораспределительных камер. При увеличении толщины ротора (т.е. при его удлинении) число инициирующих устройств следует увеличивать. Отверстия для впуска и выхлопа могут располагаться вне вспомогательных полостей, но вблизи кромок пересечения цилиндров радиусов R₀ и r₀. На фиг.3 показано иное расположение отверстий для впуска и выхлопа, при котором обеспечиваются лучшие газодинамические условия движения газопотоков, поскольку углы их поворотов наименьшие.Shown in figure 2, the cross section of the housing of the claimed device is depicted in arbitrary form. Obviously, there should be cavities in the housing for cooling. The rotors must also be cooled. The greatest heat generation occurs near the chambers where the working stroke is carried out. At N≥4, heat is generated in two or more cavities, which contributes to lower temperature gradients in the housing. The central rotor can be facilitated as much as possible by removing excess metal (material) without impairing the strength characteristics and loss of tightness, and even in the lightened form, it will have the properties of a flywheel. The openings for the inlet of the fresh mixture and the exhaust gas may have a slit-like shape elongated along the generatrix of the gas distribution chambers. With increasing thickness of the rotor (i.e., when it is elongated), the number of initiating devices should be increased. The inlet and exhaust openings can be located outside the auxiliary cavities, but near the intersection of the cylinders of radii R ₀ and r ₀ . Figure 3 shows a different arrangement of the inlets for the inlet and exhaust, in which the best gas-dynamic conditions for the movement of gas flows are provided, since the angles of their rotation are the smallest.

Приведем пример рассчитанных геометрических параметров заявляемого устройства, представляющий интерес, например, для авиа- и автомобилестроения. Выбираем диаметр круглоцилиндрической поверхности корпуса 40 см (R₀=20 см), диаметр внешних цилиндров 5 см (r₀=2,5 см), толщина ротора - 10 см, М=4, N=4, m=3. Тогда объем всасывания составит ~223 см³, степень сжатия ~6,7. Число рабочих ходов за один оборот центрального ротора будет равно

. Следовательно, рассчитанный вариант заявляемого устройства при одинаковых скоростях вращения равносилен по мощности 16-цилиндровому четырехтактному поршневому двигателю внутреннего сгорания со степенью сжатия ~6,7, с объемом одного цилиндра ~223 см³ и полным объемом 3,57 литра. В данном примере передача вращения от центрального ротора к внешним может осуществляться следующим образом: на валах всех роторов жестко закреплены шестерни, число зубьев центральной шестерни - Z_C, внешних шестерен - Z_out.We give an example of the calculated geometric parameters of the claimed device, which is of interest, for example, for the aircraft and automotive industries. We select the diameter of the cylindrical surface of the housing 40 cm (R ₀ = 20 cm), the diameter of the outer cylinders 5 cm (r ₀ = 2.5 cm), the thickness of the rotor is 10 cm, M = 4, N = 4, m = 3. Then the suction volume will be ~ 223 cm ³ , the compression ratio of ~ 6.7. The number of working strokes per revolution of the central rotor will be equal to

. Therefore, the calculated version of the claimed device at the same rotational speeds is equivalent in power to a 16-cylinder four-stroke piston internal combustion engine with a compression ratio of ~ 6.7, with a cylinder volume of ~ 223 cm ³ and a total volume of 3.57 liters. In this example, the transmission of rotation from the central rotor to the external can be carried out as follows: gears are rigidly fixed to the shafts of all rotors, the number of teeth of the central gear is Z _C , the external gears are Z _out .

Находим

.We find

.

Для жесткой связи между роторами либо используем цепь, либо устанавливаем две промежуточные шестерни. Одна из них находится в зацеплении с центральной и двумя любыми соседними внешними шестернями, другая связывает центральную и две другие внешние шестерни.For a rigid connection between the rotors, we either use a chain or install two intermediate gears. One of them is meshed with the central and any two adjacent external gears, the other connects the central and two other external gears.

В рассчитанном варианте Δ_max≈65 микрон, δ_max≈ - 0,03 микрона. Минимальные зазоры достигаются при обработке точной формы ЦПС.In the calculated version, Δ _max ≈65 microns, δ _max ≈ - 0.03 microns. Minimum clearances are achieved when processing the exact shape of the DSP.

Для использования заявляемого устройства в качестве компрессора активные камеры либо удаляются, либо заменяются газораспределительными. В принципе достаточно одной газораспределительной камеры.To use the inventive device as a compressor, the active chambers are either removed or replaced by gas distribution. In principle, one gas distribution chamber is sufficient.

Благодаря тому, что все подвижные детали - роторы, шестерни (цепь можно не учитывать) - испытывают вращение вокруг их неподвижных осей симметрии, конструкция заявляемого устройства является изначально абсолютно сбалансированной.Due to the fact that all moving parts - rotors, gears (the chain can not be taken into account) - experience rotation around their fixed axes of symmetry, the design of the claimed device is initially absolutely balanced.

Определенную трудность в реализации заявляемого устройства может представить герметизация полостей, возникающих в процессе его работы. Герметизация осуществляется за счет скольжения ребер одних роторов по поверхностям скольжения других, или по круглоцилиндрическим поверхностям корпуса и внешних полостей. Однако если эта проблема решена для прототипа, то, скорее всего, она может быть решена и для заявляемого устройства. Как и в двигателе Ванкеля ребра роторов могут быть изготовлены сменяемыми и из нужного металла. Кроме того, благодаря неподвижности осей вращения роторов предоставляется возможность реализации следующего способа герметизации: при высокой точности изготовления деталей и обеспечении необходимого теплового режима зазоры между скользящими деталями можно сделать одинаковыми и очень малыми, а герметизация будет осуществляться за счет сил поверхностного натяжения смазки, обладающей, как известно, сильно выраженными смачивающими свойствами. Герметизации с помощью смазки будет способствовать и то, что при вращении ребро ротора гонит перед собой сжатую волну смазки. При таком способе герметизации будут обеспечены наименьшая сила трения и наименьший износ деталей.A certain difficulty in the implementation of the inventive device may be the sealing of cavities that arise during its operation. Sealing is carried out by sliding the ribs of some rotors on the sliding surfaces of others, or on the cylindrical surfaces of the housing and external cavities. However, if this problem is solved for the prototype, then most likely it can be solved for the claimed device. As in the Wankel engine, the rotor ribs can be made interchangeable and from the right metal. In addition, due to the immobility of the axis of rotation of the rotors, it is possible to implement the following sealing method: with high precision manufacturing of parts and ensuring the necessary thermal regime, the gaps between the sliding parts can be made identical and very small, and sealing will be carried out due to the surface tension forces of the lubricant having, as It is known for its pronounced wetting properties. Sealing with grease will also contribute to the fact that during rotation the rotor rib drives a compressed wave of grease in front of itself. With this method of sealing, the smallest friction force and the least wear on the parts will be provided.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Hoppner E., Wankel F. BDP (Патент ФРГ) 1088287, kl. 46 а⁵ 9, internat. kl. F02b. Дата подачи заявки 4 октября 1954 г.1. Hoppner E., Wankel F. BDP (German Patent) 1,088,287, kl. 46 a ⁵ 9, internat. kl. F02b. Application Date October 4, 1954

2. Froede W. BDP (Патент ФРГ) 1144052, kl. 46 а⁵ 9, internat. kl. F02b. Дата подачи заявки 9 июня 1959 г.2. Froede W. BDP (German Patent) 1144052, kl. 46 a ⁵ 9, internat. kl. F02b. Application Date June 9, 1959

3. B.Schapiro, L.Levitin, N.Kruk. EP 1417396, internat. kl. F01С 1/10, F01С 17/00. Дата публикации 12 мая 2004 г.3. B. Schapiro, L. Levitin, N. Kruk. EP 1417396, internat. kl. F01C 1/10, F01C 17/00. Publication Date May 12, 2004

Claims

A multi-rotor internal combustion engine comprising a drive shaft, a housing with an internal cavity in the form of a cylindrical surface and a rotor rotating therein, the ribs of which slide on a cylindrical surface, initiating devices for the working stroke and openings for the inlet of the gas mixture and exhaust gas are located in the housing, characterized the fact that the inner cavity is a round central cylinder with a central rotor rotating in it, the cross section of which is a regular multi-vertex the shape and cylindrical surfaces of which are sliding surfaces, the central rotor is rigidly fixed to the drive shaft, the axes of the central cylinder, the central rotor and the drive shaft being the same, external cavities in the form of circular outer cylinders intersecting with the central cylinder, and the axes of the central and the outer cylinders are parallel, in each outer cylinder the outer rotor rotates with cylindrical sliding surfaces and ribs sliding along the outer cylinder, the cross section of the outer x of the rotors is a regular multi-vertex figure, and during the rotation of the central and each external rotors, the ribs of one of them are continuously alternately sliding along the sliding surface of the other.