RU2351781C2

RU2351781C2 - Multi-rotor ice

Info

Publication number: RU2351781C2
Application number: RU2006117866/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав Федорович Ефимков (RU); Владислав Федорович Ефимков
Original assignee: Владислав Федорович Ефимков
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2009-04-10
Also published as: RU2006117866A

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: inventions relates to internal combustion engine and compressors. Multi-rotor ICE comprises housing, drive shaft and working rotor. The latter represents a solid body with axis of symmetry of the M-order, where M is the number of working rotor ribs sliding on over the housing cylindrical surface. The housing accommodates initiating devices and has intake and exhaust holes. The working rotor is rigidly fitted on the drive shaft. The working rotor axis of symmetry, axis of the housing circular-cylindrical surface and drive shaft axis are aligned. The housing has additional chambers representing circular cylinders intersecting the housing circular-cylindrical surface. The axes of previously mentioned additional chambers and housing surface lie in parallel. Every additional chamber houses additional rotor representing a solid body with axis of symmetry of the m-order, where m is the number of working rotor ribs sliding on over the additional chamber circular cylindrical surface. The rotor axis of symmetry makes it axis of rotation aligned with the additional chamber axis. Cylindrical surfaces of working and additional cylinders make the sliding surfaces confined by ribs. With working and every additional rotor revolving, the rib of one of them continuously slide in turn over the sliding surface of the other. ^ EFFECT: balanced structure, reduced friction forces and wear of working parts. ^ 1 cl, 4 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 и газораспределительные отверстия, а во внутренней цилиндрической полости совершает сложное вращение рабочий ротор, представляющий собой объемную фигуру с осью симметрии порядка М, где М - число ребер рабочего ротора, скользящих по цилиндрической поверхности корпуса (для прототипа М=3). 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. The initiating device and gas distribution holes are located in the prototype case, and the working rotor makes a complex rotation in the inner cylindrical cavity, which is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of order M, where M is the number of working rotor ribs sliding along the cylindrical surface of the case (for the prototype M = 3 ) 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 [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 [3], in which the oval rotor, which is in internal gear engagement 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 простая 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 корпуса представляет собой круглый цилиндр. Рабочий ротор жестко закреплен на ведущем валу, причем ось симметрии рабочего ротора, ось круглоцилиндрической поверхности корпуса и ось ведущего вала совпадают. В корпусе расположены вспомогательные полости в виде круглых цилиндров, пересекающихся с цилиндрической поверхностью корпуса, причем оси вспомогательных полостей и круглоцилиндрической поверхности корпуса параллельны. В каждой вспомогательной полости вращается вспомогательный ротор, ось симметрии которого является его осью вращения и совпадает с осью вспомогательной полости. Вспомогательный ротор представляет собой объемную фигуру с осью симметрии порядка m, где m - число ребер вспомогательного ротора, скользящих по круглоцилиндрической поверхности вспомогательной полости. Цилиндрические поверхности рабочего и вспомогательных роторов являются поверхностями скольжения, ограниченными ребрами. При вращении рабочего и каждого вспомогательного 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 offers a simple 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 housing is a round cylinder. The working rotor is rigidly fixed to the drive shaft, and the axis of symmetry of the working rotor, the axis of the cylindrical surface of the housing and the axis of the drive shaft are the same. Auxiliary cavities in the form of round cylinders intersecting the cylindrical surface of the housing are located in the housing, and the axes of the auxiliary cavities and the cylindrical surface of the housing are parallel. In each auxiliary cavity, the auxiliary rotor rotates, the axis of symmetry of which is its axis of rotation and coincides with the axis of the auxiliary cavity. The auxiliary rotor is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of the order of m, where m is the number of edges of the auxiliary rotor sliding along the circular surface of the auxiliary cavity. The cylindrical surfaces of the working and auxiliary rotors are sliding surfaces bounded by ribs. During the rotation of the working and each auxiliary rotors, a continuous alternating glide of the ribs 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 fuel injection, or both together.

Фиг.1 дает пояснение к кинематике заявляемого устройства, реализуемого в двух вариантах: а) внутренний вариант с внутренним рабочим ротором, b) внешний вариант с внешним рабочим ротором. Изображенные сечения служат для расчета основных геометрических параметров и поясняют принцип взаимного скольжения рабочего и вспомогательного роторов. Используемые термины, за исключением оговоренных случаев, соответствуют плоским фигурам.Figure 1 gives an explanation of the kinematics of the inventive device, which is implemented in two versions: a) an internal version with an internal working rotor, b) an external version with an external working rotor. The sections shown are used to calculate the basic geometric parameters and explain the principle of mutual sliding of the working and auxiliary rotors. The terms used, unless otherwise indicated, correspond to planar figures.

Внутренний вариант.Internal option.

В отличие от прототипа, в котором цилиндрическая поверхность корпуса, по которой скользят ребра рабочего ротора, представляет собой так называемую эпитрохоиду, в заявляемом устройстве эта поверхность является круглым цилиндром радиуса R₀, ось цилиндра находится в точке О. Сечение рабочего 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 рабочего ротора с плоскостью сечения. Подобно прототипу рабочий ротор представляет собой объемную фигуру с осью симметрии порядка М, которая при повороте на угол 2π/М совпадает с исходной. В точке О находится ось симметрии рабочего ротора. В этой же точке находится ось вращения ведущего вала (на фиг.1 не показан), на котором жестко закреплен рабочий ротор. В корпусе расположена вспомогательная полость в виде круглого цилиндра радиуса r₀, ось которого находится в точке O_i, причем оси вспомогательной полости и круглоцилиндрической поверхности корпуса параллельны. Вспомогательная 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 вспомогательного ротора, а, b, с - вершины m-угольника, являющиеся точками пересечения прямолинейных ребер вспомогательного ротора с плоскостью сечения. Вспомогательный 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 вспомогательного ротора. Показано положение, при котором в точке Р совпадают вершины А рабочего и а вспомогательного 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 Λ 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 вспомогательного 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.Unlike the prototype, in which the cylindrical surface of the housing along which the ribs of the working rotor slide 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 working rotor is the correct one " bloated »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 intersection points of the rectilinear edges of the working rotor with the section plane. Like the prototype, the working rotor is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of the order of M, which, when turned through an angle of 2π / M, coincides with the original one. At point O is the axis of symmetry of the working rotor. At the same point is the axis of rotation of the drive shaft (not shown in FIG. 1), on which the working rotor is rigidly fixed. An auxiliary cavity in the form of a circular cylinder of radius r ₀ , the axis of which is located at the point O _i , is located in the housing, and the axes of the auxiliary cavity and the cylindrical surface of the housing are parallel. The auxiliary 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. The circle of radius r ₀ contains a regular “inflated” m-gon (in this case m = 3), which is the section of the auxiliary rotor, and a, b, c are the vertices of the m-gon, which are the intersection points of the rectilinear edges of the auxiliary rotor with the section plane. The auxiliary 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 auxiliary rotor. The position at which the vertices A of the working and a of the auxiliary 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, the vertices B and a meet at the point Λ. 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 auxiliary 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 cycle or for the exhaust cycle of the exhaust mixture after the cycle 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 вспомогательного 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 auxiliary rotor, and this slip will end when the vertices B and b coincide at 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) shown in Fig. 1 of the ABAc region. 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 вспомогательной полости с вращающимся в ней вспомогательным ротором недостаточно для обеспечения 4-тактного режима работы заявленного устройства в качестве двигателя.The review shows that one auxiliary cavity with an auxiliary rotor rotating in it is not enough to provide a 4-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 рабочего ротора,Ω is the speed of rotation of the working rotor,

ω - скорость вращения вспомогательного ротора.ω is the speed of rotation of the auxiliary rotor.

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

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

вершина a вспомогательного ротора также переместится в точку Λ, т.е. повернется на угол β₀.During time t _{1, the} vertex A of the working rotor moved from point Λ to point P, turning at an angle α ₀ , the vertex from the auxiliary 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 working rotor moves to the point Λ, i.e. rotate a corner

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

Отсюда - Ωt₁=α₀,

Hence, Ωt ₁ = α ₀ ,

Исключая t₁ и t₂ получаемExcluding t ₁ and t ₂ we get

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_in между осями рабочего и вспомогательного цилиндровWe find the distance OO _i = L _in between the axes of the working and auxiliary 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 рабочего и вспомогательного роторов выражается рациональным числом. Это значит, что жесткая связь между ними и постоянная синхронизация их вращений 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 rotational speeds of the working and auxiliary rotors is expressed by a rational number. This means that a rigid connection between them and constant synchronization of their rotations can be achieved using gears or chain transmissions. The use of friction gears is excluded.

На фиг.1 линии, соединяющие вершины рабочего ротора, и линии, соединяющие вершины вспомогательного ротора, имеют определенную форму. Эти линии являются направляющими цилиндрических поверхностей скольжения (ЦПС) роторов. Для рабочего 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 вспомогательного ротора по поверхности скольжения рабочего 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_in-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 working rotor and the lines connecting the vertices of the auxiliary rotor have a certain shape. These lines are the guides of the cylindrical sliding surfaces (DSP) of the rotors. For the working 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 auxiliary rotor along the sliding surface of the working 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 L _in -r ₀ from the axis of the rotor O. Very close to A DSP is the surface of a round 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 вспомогательного 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_in-R₀ от оси вспомогательного ротора O_i.For the auxiliary 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 L _in -R ₀ from the axis of the auxiliary rotor O _i .

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

Внешний вариант.External option.

Описание внешнего варианта аналогично описанию внутреннего варианта, в том числе справедливы выражения (1), (2), (3), (4). Также аналогично вводятся в рассмотрение величины Δ_max и δ_max.The description of the external variant is similar to the description of the internal variant, including expressions (1), (2), (3), (4). The quantities Δ _max and δ _max are likewise introduced into consideration.

Отличия заключаются в следующем.The differences are as follows.

1. Расстояние между осями

1. The distance between the axles

2. Третья опорная точка для рабочего ротора находится на расстоянии L_out+r₀ от его оси О, третья опорная точка для вспомогательного ротора находится на расстоянии R₀-L_out от его оси O_i.2. The third reference point for the working rotor is at a distance L _out + r ₀ from its axis O, the third reference point for the auxiliary rotor is at a distance R ₀ -L _out from its axis O _i .

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 рабочего и вспомогательного роторов. Исходя из этого, во внутреннем варианте все роторы вращаются в одну сторону, во внешнем варианте направление вращения вспомогательных роторов противоположно направлению вращения рабочего ротора.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 working and auxiliary rotors are counter-moving. Based on this, in the internal embodiment, all rotors rotate in one direction, in the external embodiment, the direction of rotation of the auxiliary rotors is opposite to the direction of rotation of the working rotor.

Проведенное рассмотрение показывает, что цилиндрическая поверхность роторов представляет собой «раздутую» боковую поверхность призмы. При «раздувании» ребра призмы остаются на цилиндрах радиуса R₀ для рабочего ротора и радиуса r₀ для вспомогательного ротора, а боковые плоские грани призмы принимают форму, близкую к круглоцилиндрической. Для рабочего ротора во внутреннем варианте эти круглоцилиндрические поверхности остаются внутри цилиндра радиуса R₀ (т.е. R_C>R₀), во внешнем варианте круглоцилиндрические поверхности выходят за пределы цилиндра радиуса R₀ (т.е. R_C<R₀, особый случай при М=2, когда R_C>R₀). Для вспомогательных роторов обоих вариантов r_C>r₀.The review shows that the cylindrical surface of the rotors is a "swollen" side surface of the prism. When "inflating" the ribs of the prism remain on cylinders of radius R ₀ for the working rotor and radius r ₀ for the auxiliary rotor, and the lateral flat faces of the prism take a shape close to round-cylindrical. For the working rotor, in the internal version, these cylindrical surfaces remain inside the cylinder of radius R ₀ (i.e., R _C > R ₀ ), in the external version, the circular cylindrical surfaces go beyond the cylinder of radius R ₀ (i.e., R _C <R ₀ , special case for M = 2, when R _C > R ₀ ). For auxiliary rotors of both variants r _C > r ₀ .

Фиг.2 и 3 показывают на простейшем примере (М=2, две вспомогательные полости, m=2, при одинаковых R₀ и r₀), 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.Figures 2 and 3 show on the simplest example (M = 2, two auxiliary cavities, m = 2, with the same R ₀ and r ₀ ), 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 the four-stroke mode of operation of the engine for the selected example is ensured.

В полости 1 продолжается рабочий ход, начавшийся после того, как точку Р миновали вершины А рабочего и а верхнего вспомогательного роторов, причем в этот момент или чуть позже срабатывает инициирующее устройство, расположенное в верхней вспомогательной полости, названной активной камерой. Нижняя вспомогательная полость названа газораспределительной камерой. В полости 2 продолжается выхлоп отработанных газов от предшествующего рабочего хода. Когда в точке ψ совпадут вершины А рабочего 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 рабочего и d нижнего роторов. Процесс всасывания закончится, когда в точке Р совпадут вершины В рабочего и b верхнего роторов, а в точке Г совпадут вершины А рабочего и с нижнего роторов. В полости 4 продолжается процесс сжатия газовой смеси, который закончится в момент прихода в точку Λ вершин В рабочего и а верхнего роторов.In the cavity 1, the working stroke continues, which began after the point P passed the vertices A of the working and a upper auxiliary rotors, and at this moment or a little later, the initiating device located in the upper auxiliary cavity, called the active chamber, is triggered. The lower auxiliary 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 working and d of the 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 continues, which began after point Г passed the peaks B of the working and d lower rotors. The suction process will end when the vertices B of the working and b upper rotors coincide at the point P, and the vertices A of the working and lower rotors coincide at the point G. In the cavity 4, the process of compression of the gas mixture continues, which will end when the vertices B of the working and a upper rotors arrive at the point Λ.

Рабочий ротор как в прототипе, так и в заявляемом устройстве получил свое название в связи с тем, что именно он совершает работу по передаче энергии воспламененной газовой смеси ведущему валу. Давление газов создает угловой момент, приложенный к рабочему ротору. Вспомогательный ротор служит для создания (конечно, вместе с рабочим 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 и 3), т.е. до окончания рабочего хода. Если требуется двигатель с несколькими ведущими валами, можно использовать и валы вспомогательных роторов, вращательные усилия на которые передаются от ведущего вала через основные зубчатые или цепные передачи.The working rotor both in the prototype and in the inventive device got its name due to the fact that it is he who 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 working rotor. The auxiliary rotor serves to create (of course, together with the working 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 and 3), i.e. . until the end of the working stroke. If an engine with several drive shafts is required, the shafts of auxiliary 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 вспомогательных полостей равно двум (одна - активная, другая - газораспределительная). В принципе число вспомогательных 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 вспомогательных цилиндров. При этом очевидно, что N должно быть четным числом, т.е. половина вспомогательных цилиндров должна быть газораспределительными, половина - активными, и они должны чередоваться между собой. Тем самым М целесообразно выбрать четным числом. При N=М центральный угол между осями двух соседних вспомогательных цилиндров равен

при N<М этот угол целесообразно установить равным

где к≥1, целое.In the inventive device, the minimum number of auxiliary cavities is equal to two (one is active, the other is gas distribution). In principle, the number of auxiliary 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 auxiliary cylinders. It is obvious that N must be an even number, i.e. half of the auxiliary cylinders should be gas distribution, half - active, and they should alternate among themselves. Thus, it is advisable to choose an even number. For N = M, the central angle between the axes of two adjacent auxiliary cylinders is

when N <M, this angle should be set equal to

where k≥1, the whole.

Фиг.2, 3 показывают, что при выбранных М=N=2 за один оборот рабочего ротора происходит два рабочих хода. В общем случае число рабочих ходов за один оборот рабочего ротора равно

Figure 2, 3 show that with the selected M = N = 2 for one revolution of the working rotor there are two working strokes. In the general case, the number of working strokes per revolution of the working rotor is

Показанные на фиг.2, 3 сечения корпусов заявляемого устройства изображены в произвольной форме. Очевидно, что в корпусе обоих вариантов 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. Рабочий 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.Shown in figure 2, 3 section of the housing of the claimed device is depicted in arbitrary form. Obviously, in the case of both options should be a cavity 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 working 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 a 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 .

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 вспомогательных цилиндров 5 см (r₀=2,5 см), толщина ротора - 10 см, М=4, N=4, m=3. Тогда для внутреннего варианта объем всасывания составит ~223 см³, степень сжатия ~6,7, для внешнего - 187 см³ и 6,8 соответственно. Число рабочих ходов за один оборот рабочего ротора будет равно

. Следовательно, рассчитанный внутренний 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 (для внешнего варианта соответственно 6,8, 187 см³ и 2,99 литра). В данном примере передача вращения от рабочего ротора к вспомогательным может осуществляться следующим образом: на валах всех роторов жестко закреплены шестерни, число зубьев рабочей шестерни - Z_W, вспомогательных шестерен - Z_S.Here is 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 auxiliary cylinders 5 cm (r ₀ = 2.5 cm), the thickness of the rotor - 10 cm, M = 4, N = 4, m = 3. Then, for the internal version, the suction volume will be ~ 223 cm ³ , the compression ratio ~ 6.7, for the external - 187 cm ³ and 6.8, respectively. The number of working strokes per revolution of the working rotor will be equal to

. Therefore, the calculated internal version of the inventive device at the same rotation speeds is equivalent in power to the 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 (for the external version, respectively 6.8, 187 cm ³ and 2.99 liters). In this example, the transmission of rotation from the working rotor to the auxiliary can be carried out as follows: on the shafts of all rotors, gears are rigidly fixed, the number of teeth of the working gear is Z _W , auxiliary gears - Z _S.

НаходимWe find

Во внутреннем варианте либо используем цепь, либо устанавливаем две промежуточные шестерни. Одна из них находится в зацеплении с рабочей и двумя любыми соседними вспомогательными шестернями, другая связывает рабочую и две другие вспомогательные шестерни. Во внешнем варианте можно непосредственно зацепить рабочую шестерню с четырьмя вспомогательными.In the internal version, we either use a chain or install two intermediate gears. One of them is meshed with the working and any two adjacent auxiliary gears, the other connects the working and two other auxiliary gears. In the external version, you can directly hook the working gear with four auxiliary.

В рассчитанном внутреннем варианте Δ_max≈65 микрон, δ_max≈-0,03 микрона, во внешнем - Δ_max≈90 микрон, δ_max≈-4 микрона. Минимальные зазоры достигаются при обработке точной формы ЦПС.In the embodiment, the calculated internal Δ _max ≈65 microns, δ _max ≈-0,03 microns in external - Δ _max ≈90 microns, δ _max ≈-4 microns. Minimum clearances are achieved when processing the exact shape of the DSP.

Сравнивая между собой внутренний и внешний варианты, следует отметить следующее.Comparing the internal and external options, the following should be noted.

1. При одинаковых выбираемых параметрах R₀, r₀, М, m и одинаковой толщине ротора обеспечиваются практически одинаковые степени сжатия, а объем всасывания несколько больше для внутреннего варианта.1. With the same selected parameters R ₀ , r ₀ , M, m and the same rotor thickness, almost the same compression ratios are provided, and the suction volume is slightly larger for the internal version.

2. Во внешнем варианте больше коэффициент использования площади поперечного сечения устройства, однако в нем несколько затруднен доступ к инициирующему устройству и к отверстиям для впуска и выхлопа.2. In the external version, the coefficient of use of the cross-sectional area of the device is larger, however, it makes access to the initiating device and to the inlet and exhaust openings somewhat difficult.

3. Во внешнем варианте можно непосредственно зацеплять шестерни, закрепленные на рабочем и вспомогательных валах, т.е. можно обойтись без цепей и промежуточных шестерен, необходимых для внутреннего варианта.3. In the external version, gears mounted on the working and auxiliary shafts can be directly engaged, i.e. you can do without the chains and intermediate gears necessary for the inner version.

4. Показанные на фиг.2 и 3 эскизы вариантов начерчены в соответствии с расчетом цилиндрической формы роторов. Они свидетельствуют, что при m=2 вспомогательный ротор для внутреннего варианта имеет сравнительно малую толщину (поперечную относительно оси вращения). При этом возможен прогиб ротора под действием давления воспламененной газовой смеси. Поэтому для внутреннего варианта рекомендуется m≥3. Во внешнем варианте толщина вспомогательного ротора больше и можно выбрать m=2.4. Shown in figure 2 and 3 sketches of options drawn in accordance with the calculation of the cylindrical shape of the rotors. They indicate that at m = 2, the auxiliary rotor for the inner version has a relatively small thickness (transverse to the axis of rotation). In this case, the rotor can bend under the influence of the pressure of the ignited gas mixture. Therefore, for the internal version, m≥3 is recommended. In the external version, the thickness of the auxiliary rotor is larger and m = 2 can be chosen.

5. Во внутреннем варианте иное расположение отверстий для впуска и выхлопа (фиг.4) обеспечивает лучшие газодинамические условия движения газопотоков, поскольку углы их поворотов наименьшие. Во внешнем варианте иное расположение газораспределительных отверстий мало что меняет.5. In the internal embodiment, a different arrangement of the inlet and exhaust openings (Fig. 4) provides the best gas-dynamic conditions for the movement of gas flows, since the angles of their rotation are the smallest. In the external version, a different arrangement of gas distribution holes does not change much.

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 вспомогательных 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 волну сжатой 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 due to the sliding of the ribs of some rotors on the sliding surfaces of others or on the cylindrical surfaces of the housing and auxiliary 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 wave of compressed grease in front of it. With this method of sealing, the smallest friction force and the least wear on the parts will be provided.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Hoppner Е., Wankel F. BDP (Патент ФРГ) 1088287, kl. 46 a⁵ 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.Krak. ЕР 1417396, internat. kl. F01C 1/10, F01C 17/00. Дата публикации 12 мая 2004 г.3. B. Schapiro, L. Levitin, N. Krak. EP 1417396, internat. kl. F01C 1/10, F01C 17/00. Publication Date May 12, 2004

Claims

A multi-rotor internal combustion engine comprising a housing, a drive shaft, a working rotor, which is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of the order of M, where M is the number of working rotor ribs that slide along the cylindrical surface of the housing, the rotation of the working rotor is transmitted to the drive shaft, initiating rotors are located in the housing devices for the working stroke and openings for the inlet of the gas mixture and exhaust exhaust, characterized in that the cylindrical surface of the housing is a round cylinder, a working rotor rigidly mounted on the drive shaft, the axis of symmetry of the working rotor, the axis of the cylindrical surface of the housing and the axis of the drive shaft coincide, in the housing there are auxiliary cavities in the form of round cylinders intersecting with the cylindrical surface of the housing, and the axes of the auxiliary cavities and the cylindrical surface of the housing are parallel, in each auxiliary cavity is an auxiliary rotor, which is a three-dimensional figure with an axis of symmetry of order m, where m is the number of edges of the auxiliary rotor, to which slide along the round-cylindrical surface of the auxiliary cavity, the axis of symmetry of the auxiliary rotor is its axis of rotation, coinciding with the axis of the auxiliary cavity, the cylindrical surfaces of the working and auxiliary rotors are sliding surfaces bounded by ribs, and when the working and each auxiliary rotors rotate, the ribs of one of them along the sliding surface of another.