RU2387844C2 - Rotary piston engine with heat fed from outside - Google Patents

Rotary piston engine with heat fed from outside Download PDF

Info

Publication number
RU2387844C2
RU2387844C2 RU2008120953/06A RU2008120953A RU2387844C2 RU 2387844 C2 RU2387844 C2 RU 2387844C2 RU 2008120953/06 A RU2008120953/06 A RU 2008120953/06A RU 2008120953 A RU2008120953 A RU 2008120953A RU 2387844 C2 RU2387844 C2 RU 2387844C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
working
rotors
pipelines
shafts
windows
Prior art date
Application number
RU2008120953/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008120953A (en
Inventor
Юрий Николаевич Лукьянов (RU)
Юрий Николаевич Лукьянов
Алексей Брониславович Чижевский (RU)
Алексей Брониславович Чижевский
Юрий Николаевич Журавлев (RU)
Юрий Николаевич Журавлев
Игорь Владимирович Плохов (RU)
Игорь Владимирович Плохов
Михаил Александрович Донченко (RU)
Михаил Александрович Донченко
Андрей Леонидович Перминов (RU)
Андрей Леонидович Перминов
Александр Викторович Ильин (RU)
Александр Викторович Ильин
Сергей Игоревич Тихонов (RU)
Сергей Игоревич Тихонов
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт" filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт"
Priority to RU2008120953/06A priority Critical patent/RU2387844C2/en
Publication of RU2008120953A publication Critical patent/RU2008120953A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2387844C2 publication Critical patent/RU2387844C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to engine production. Rotary piston engine comprises two working assemblies each furnished with cylinder housing two rotors revolving therein. Output shafts of rotors are articulated with the device intended for converting oscillatory motion of rotors into rotation. Hot pipeline with heater and cold pipeline with cooler are communicated with working assembly cylinders. Converting device comprises two conversion units, each including main hollow drive shaft accommodating additional hollow drive shaft, cam representing a shaped flat plate, disk rigidly fixed on driven shaft and disk rigidly secured on driven shaft in axial alignment. Said disk has four guides representing identical straight through cuts, rhomb-like four-bar linkage with four pins arranged axially in its apices, passing through disk guides to rest on the cam outer edge. Said linkage has also tow pairs of levers. Levers of the first pair are rigidly jointed with the main drive shaft, while those of the second pair are rigidly jointed with additional drive shaft. Other ends of said levers are articulated to the centers of opposite sides of aforesaid four-bar linkage. All shafts of working assemblies are aligned with aforesaid conversion device shafts. Note here that output shaft of the first rotor is linked up with the main shaft of appropriate conversion device. Output shaft of the second rotor of working assembly is linked with additional drive shaft of appropriate conversion device. Note also that driven shaft is common for both said conversion devices.
EFFECT: higher reliability and efficiency, regulated output shaft torque.
7 cl, 14 dwg

Description

Изобретении относится к области двигателестроения, а конкретно к тепловым двигателям с внешним подводом тепла (внешнего сгорания), и может быть использовано для преобразования тепловой энергии в механическую работу для использования последней в различных целях, таких как перемещение разных транспортных средств передвижения по суше, воде и воздуху, для привода мини-электростанций и т.д.The invention relates to the field of engine building, and specifically to heat engines with an external supply of heat (external combustion), and can be used to convert thermal energy into mechanical work for the latter to be used for various purposes, such as moving different vehicles on land, water and air, to drive mini-power plants, etc.

Известны двигатели Стирлинга - двигатели с внешним подводом тепла, в которых как минимум два поршня совершают возвратно-поступательные движения в цилиндре под воздействием газов, температура которых циклически изменяется в системе нагрева, регенераторе тепла и системе охлаждения. Недостатками подобных двигателей являются потери тепла, связанные с труднодостижимой эффективной регенерацией тепла. К тому же срок службы таких двигателей ограничен из-за высокой тепловой нагрузки нагревателя и связанного с ней быстрого износа деталей двигателя. КПД большинства известных на данный момент двигателей Стирлинга ограничен эффективностью регенератора.Stirling engines are known - engines with external heat supply, in which at least two pistons reciprocate in the cylinder under the influence of gases, the temperature of which cyclically changes in the heating system, heat regenerator and cooling system. The disadvantages of such engines are the heat loss associated with the elusive effective heat recovery. In addition, the service life of such engines is limited due to the high thermal load of the heater and the associated rapid wear of engine parts. The efficiency of most of the currently known Stirling engines is limited by the efficiency of the regenerator.

Известным примером роторно-поршневых двигателей, работающих по циклу Стирлинга, являются двигатели Ванкеля. Двигатели имеют повышенный расход масла.A well-known example of rotary piston engines operating in the Stirling cycle are Wankel engines. Engines have increased oil consumption.

Наиболее близким аналогом к заявляемому является роторно-поршневой двигатель с внешним подводом тепла (заявка Германии DE 19814742, Стерк Мартин (Sterk Martin), опубл. 2000-01-05)), содержащий два рабочих узла, каждый из которых имеет цилиндр, внутри которого установлены с возможностью вращения два подвижных ротора с выходными валами с соответственно двумя секциями роторов (по два поршня в секции), причем между соответствующими разделительными поверхностями всех четырех секций роторов, а конкретно - между соседними поршнями, образуются четыре рабочие камеры, а оси симметрии роторов и соответствующих цилиндров расположены коллинеарно, в каждом рабочем узле выходной вал первого ротора выполнен полым, а выходной вал второго ротора размещен соосно и подвижно в выходном валу первого ротора, выходные валы роторов рабочих узлов механически связаны с устройством преобразования колебательного движения роторов во вращательное, имеются также устройства нагрева и охлаждения в соединении с системой труб между цилиндрами, через которую связаны между собой окна цилиндров, горячий и холодный трубопроводы системы труб (проходящие, соответственно, через нагреватель и охладитель), цилиндры, трубопроводы устройства нагрева и охлаждения заполнены рабочим телом (газом).The closest analogue to the claimed is a rotary piston engine with external heat supply (German application DE 19814742, Sterk Martin (Sterk Martin, publ. 2000-01-05)), containing two working units, each of which has a cylinder inside which four movable rotors with output shafts with respectively two sections of rotors (two pistons per section) are installed for rotation, and four working chambers are formed between the respective dividing surfaces of all four sections of rotors, and specifically between adjacent pistons ery, and the axis of symmetry of the rotors and the corresponding cylinders are collinear, in each working node the output shaft of the first rotor is hollow, and the output shaft of the second rotor is placed coaxially and movably in the output shaft of the first rotor, the output shafts of the rotors of the working units are mechanically connected to the oscillation conversion device rotors into the rotor, there are also heating and cooling devices in conjunction with a pipe system between the cylinders, through which the cylinder windows, hot and cold pipes are connected botflies pipe system (extending respectively through a heater and a cooler), cylinders, pipes of heating and cooling device filled with a working medium (gas).

Недостатками данного двигателя являются низкая надежность, связанная с малой плавностью движения поршней и наличием сложных зубчатых передач, низкий кпд, некомпактная конфигурации рабочих камер (большая внутренняя поверхность рабочих камер) и большой длины трубопроводов, а также невозможность регулирования момента на выходном валу двигателя по причине отсутствия элементов для изменения среднего уровня давления рабочего тела (газа).The disadvantages of this engine are low reliability associated with low smooth piston movement and the presence of complex gears, low efficiency, non-compact configuration of the working chambers (large inner surface of the working chambers) and the large length of pipelines, as well as the inability to control the torque on the motor output shaft due to the lack of elements for changing the average pressure level of the working fluid (gas).

Целью изобретения является повышение надежности путем увеличения плавности движения поршней с помощью применения кулачкового механизма преобразования движения, в котором отсутствуют сложные зубчатые передачи, повышение КПД путем более компактного исполнения рабочих камер и уменьшения длины трубопроводов, а также обеспечение возможности регулирования момента на выходном валу двигателя.The aim of the invention is to increase reliability by increasing the smoothness of the movement of the pistons by using a cam mechanism for converting movement, in which there are no complex gears, increasing efficiency by making the working chambers more compact and reducing the length of pipelines, as well as providing the possibility of regulating the torque on the motor output shaft.

Указанная цель достигается в роторно-поршневом двигателе с внешним подводом тепла, содержащем два рабочих узла, каждый из которых имеет цилиндр, внутри которого установлены с возможностью вращения два подвижных ротора, каждый из роторов снабжен выходным валом и двумя поршнями с образованием между поршнями четырех рабочих камер, при этом оси симметрии роторов и соответствующих цилиндров расположены коллинеарно, в каждом рабочем узле выходной вал первого ротора выполнен полым и внутри него подвижно и соосно ему размещен выходной вал второго ротора, выходные валы роторов рабочих узлов механически связаны с устройством преобразования колебательного движения роторов во вращательное, а двигатель снабжен также по крайней мере одним горячим трубопроводом с установленным на нем нагревателем, а также по крайней мере одним холодным трубопроводом с установленным на нем охладителем, указанные трубопроводы соединены с цилиндрами рабочих узлов. При этом согласно изобретению выходной вал второго ротора каждого рабочего узла выполнен полым, устройство преобразования колебательного движения роторов во вращательное содержит два преобразовательных блока, каждый из которых имеет корпус, основной полый ведущий вал, внутри которого соосно установлен дополнительный полый ведущий вал, кулачок в виде профилированной плоской пластины, установленной на корпусе так, что прямая, проходящая по нормали через центр кулачка, соосна с ведущими валами, диск, закрепленный жестко и соосно на ведомом валу, и имеющий четыре направляющие, выполненные в виде одинаковых прямых сквозных прорезей в диске, ромбический шарнирный четырехзвенник, состоящий из четырех одинаковых по длине звеньев, шарнирно соединенных между собой концами, и имеющий четыре пальца, расположенных в его вершинах аксиально, проходящих через направляющие в диске и опирающиехя на внешнюю кромку кулачка, а также две пары рычагов, причем в первой паре рычаги жестко соединены одним своим концом с основным ведущим валом, во второй паре рычаги жестко соединены одним своим концом с дополнительным ведущим валом, а другие концы рычагов в парах шарнирно связаны с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника, в каждой паре рычаги диаметрально противоположны друг другу относительно оси валов и вытянуты в радиальном направлении, при этом профиль внешней кромки кулачка представляет эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от базовой (опорной) замкнутой кривой, описываемой следующей формулой:This goal is achieved in a rotary piston engine with an external heat supply containing two working units, each of which has a cylinder, inside which two movable rotors are mounted for rotation, each of the rotors is equipped with an output shaft and two pistons with the formation of four working chambers between the pistons while the axis of symmetry of the rotors and corresponding cylinders are collinear, in each working node the output shaft of the first rotor is hollow and the output shaft of the rotor is movably and coaxially located inside it of the rotor, the output shafts of the rotors of the working units are mechanically connected to a device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational, and the engine is also equipped with at least one hot pipe with a heater installed on it, as well as at least one cold pipe with a cooler installed on it, pipelines are connected to the cylinders of the working units. Moreover, according to the invention, the output shaft of the second rotor of each working unit is hollow, the device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational contains two converter units, each of which has a housing, a main hollow drive shaft, inside which an additional hollow drive shaft is coaxially mounted, a cam in the form of a profiled a flat plate mounted on the housing so that a straight line passing normally through the center of the cam is aligned with the drive shafts, a disk fixed rigidly and coaxially to the follower ohm shaft, and having four guides made in the form of identical straight through slots in the disk, a rhombic articulated four-link, consisting of four equally long links, pivotally connected to each other by ends, and having four fingers located axially at its vertices passing through the guides in the disk and resting on the outer edge of the cam, as well as two pairs of levers, moreover, in the first pair of levers are rigidly connected at one end to the main drive shaft, in the second pair, levers are rigidly connected at one of their the end with an additional drive shaft, and the other ends of the levers in pairs are pivotally connected to the midpoints of opposite sides of the articulated four-link, in each pair the levers are diametrically opposed to each other with respect to the axis of the shafts and are radially elongated, while the profile of the outer edge of the cam represents an equidistant spaced by an amount the radius of the finger inward from the base (reference) closed curve described by the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ρ(α) - полярный радиус (начало полярных координат расположено в центре кулачка);where ρ (α) is the polar radius (the origin of the polar coordinates is located in the center of the cam);

α=0…2 π - полярный угол;α = 0 ... 2 π is the polar angle;

L - длина стороны ромбического четырехзвенника;L is the length of the side of the rhombic four-link;

Ψmin - минимальный угол между сторонами ромбического четырехзвенника;Ψ min is the minimum angle between the sides of the rhombic four-link;

π - число Пи;π is the number of Pi;

и при этом все валы рабочих узлов расположены соосно с валами устройства преобразования колебательного движения роторов во вращательное, причем выходной вал первого ротора рабочего узла механически связан с основным ведущим валом соответствующего преобразовательного блока, выходной вал второго ротора рабочего узла механически связан с дополнительным ведущим валом соответствующего преобразовательного блока, а ведомый вал является общим для двух упомянутых преобразовательных блоков.and while all the shafts of the working units are coaxial with the shafts of the device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational, and the output shaft of the first rotor of the working unit is mechanically connected with the main drive shaft of the corresponding converter unit, the output shaft of the second rotor of the working unit is mechanically connected with the additional drive shaft of the corresponding converter block, and the driven shaft is common to the two mentioned converter blocks.

Для повышения КПД торцевые поверхности поршней роторов выполнены в форме сферических сегментов, обращенных вершинами внутрь соответствующих поршней, внутренняя поверхность каждого цилиндра образует полый тор, а внешние поверхности поршней сопряжены с ней с зазором. Преобразовательные блоки предпочтительно установлены с двух сторон от рабочих узлов, жестко соединенных друг с другом, а ведомый вал проходит через полости вторых выходных валов рабочих узлов. Предпочтительно устройство содержит по крайней мере два горячих и по крайней мере два холодных трубопровода, причем каждый цилиндр имеет два окна, связанных с указанными трубопроводами, расположенных по обе стороны от базовой плоскости, лежащей на оси валов и продольной оси симметрии кулачка, вытянутых в тангенциальном направлении так, что начала и окончания окон отстоят от базовой плоскости, соответственно, на углы α1, α2, которые определяются по формулам:To increase the efficiency, the end surfaces of the pistons of the rotors are made in the form of spherical segments facing the vertices inside the corresponding pistons, the inner surface of each cylinder forms a hollow torus, and the outer surfaces of the pistons are coupled with a gap. The converter blocks are preferably mounted on two sides of the working units rigidly connected to each other, and the driven shaft passes through the cavities of the second output shafts of the working units. Preferably, the device comprises at least two hot and at least two cold pipelines, each cylinder having two windows connected to said pipelines located on both sides of the base plane lying on the axis of the shafts and the longitudinal axis of symmetry of the cam, stretched in the tangential direction so that the beginning and end of the windows are separated from the base plane, respectively, by the angles α 1 , α 2 , which are determined by the formulas:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ψпор - угловой размер поршня;where ψ then - the angular size of the piston;

а также два окна, связанных с холодными трубопроводами, расположенных по обе стороны от базовой плоскости диаметрально противоположно по отношению к окнам, связанным с горячими трубопроводами, вытянутых в тангенциальном направлении так, что начала и окончания окон отстоят от базовой плоскости, соответственно, на углы α1, α3, последний из которых определяется по формуле:as well as two windows connected with cold pipelines located on both sides of the base plane are diametrically opposite to the windows connected with hot pipelines, stretched in the tangential direction so that the beginning and end of the windows are separated from the base plane, respectively, by angles α 1 , α 3 , the last of which is determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Связанные с холодными трубопроводами окна одного цилиндра соединены посредством указанных трубопроводов с такими же окнами другого цилиндра перекрестно относительно базовой плоскости через охладитель, а связанные с горячими трубопроводами окна одного цилиндра соединены посредством указанных горячих трубопроводов с такими же окнами другого цилиндра перекрестно относительно базовой плоскости через нагреватель.The windows of one cylinder connected to cold pipelines are connected by means of said pipelines to the same windows of another cylinder crosswise with respect to the base plane through a cooler, and the windows of one cylinder connected by hot pipelines are connected by means of the indicated pipelines to the same windows of another cylinder crossly relative to the base plane through a heater.

Для обеспечения возможности регулирования момента на выходном валу двигателя к холодным трубопроводам подсоединен через управляемый клапан ресивер, к которому своим выходом через пропускной клапан подключен компрессор, вход которого подсоединен к холодным трубопроводам.To provide the possibility of regulating the moment on the output shaft of the engine, a receiver is connected to the cold pipelines through a controlled valve, to which a compressor is connected via an outlet valve through the outlet valve, the input of which is connected to the cold pipelines.

Сущность изобретения и достигаемый результат более подробно поясняются далее на конкретном примере реализации механизма с ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The invention and the achieved result are explained in more detail below on a specific example of the implementation of the mechanism with reference to the accompanying drawings, which depict:

- на фиг.1 - общий вид роторно-поршневого двигателя с внешним подводом тепла;- figure 1 is a General view of a rotary piston engine with external heat supply;

- на фиг.2 - общий вид роторно-поршневого двигателя с внешним подводом тепла, элементы внешних оболочек которого изображены полупрозрачными;- figure 2 is a General view of a rotary piston engine with an external heat supply, the elements of the outer shells of which are shown translucent;

- на фиг.3 - общий вид роторно-поршневого двигателя с внешним подводом тепла с разнесенными вдоль главной оси основными элементами конструкции;- figure 3 is a General view of a rotary piston engine with an external heat supply with the main structural elements spaced along the main axis;

- на фиг.4 - устройство преобразования колебательного движения роторов во вращательное (корпус устройства не показан);- figure 4 is a device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational (the case of the device is not shown);

- на фиг.5 - расположение окон в цилиндрах;- figure 5 - the location of the windows in the cylinders;

- на фиг.6 - 9 - фазы перемещения поршней в цилиндрах, иллюстрирующие основные такты и фазы термодинамического процесса в машине;- in Fig.6 - 9 are the phases of movement of the pistons in the cylinders, illustrating the main steps and phases of the thermodynamic process in the machine;

- на фиг.10 - эскиз термодинамического цикла заявляемого двигателя с указанием отдельных точек состояния;- figure 10 is a sketch of the thermodynamic cycle of the inventive engine indicating the individual state points;

- на фиг.11 - характерные положения шарнирного ромбического четырехзвенника;- figure 11 is a characteristic position of the hinged rhombic four-link;

- на фиг.12 - произвольное (промежуточное) положение шарнирного ромбического четырехзвенника при рассматриваемом законе движения;- in Fig.12 - an arbitrary (intermediate) position of the hinged rhombic four-link in the considered law of motion;

- на фиг.13 - график функции ψ(α);- in Fig.13 is a graph of the function ψ (α);

- на фиг.14 - опорная кривая профиля кулачка.- on Fig - reference curve of the profile of the cam.

Двигатель (см. фиг.1-3) содержит два рабочих узла 1, 2, каждый из которых имеет цилиндр 3 (3), внутри которого установлены с возможностью вращения два подвижных ротора 4, 5 с выходными валами 6, 7 с соответственно двумя секциями роторов (по два поршня 8', 9' и 10', 11' (8'', 9'' и 10'', 11'') в каждой секции). Между соответствующими разделительными поверхностями всех четырех секций роторов, а конкретно - между соседними поршнями 8' и 10', 10' и 9', 9' и 11', 11' и 8' (8" и 10", 10" и 9", 9" и 11'', 11'' и 8''), образуются, соответственно, четыре рабочие камеры 12', 13', 14', 15' (12", 13", 14", 15"). Оси симметрии роторов и соответствующих цилиндров расположены коллинеарно. В каждом рабочем узле выходной вал 7 первого ротора 4 выполнен полым, а выходной вал 6 второго ротора 5 размещен соосно и подвижно в выходном валу 7 первого ротора 4. Выходные валы 7, 6 роторов 4, 5 рабочих узлов 1, 2 связаны с устройством преобразования колебательного движения роторов во вращательное 16. Двигатель содержит устройства нагрева 17 и охлаждения 18 в соединении с системой труб между цилиндрами, через которую связаны между собой окна 19-22 цилиндров 3' и 3". Двигатель имеет холодные трубопроводы 23-26 и горячие трубопроводы 27-30 системы труб (проходящие, соответственно, через охладитель 18 и нагреватель 17). Цилиндры, трубопроводы устройства нагрева и охлаждения заполнены рабочим телом (газом).The engine (see FIGS. 1-3) contains two working units 1, 2, each of which has a cylinder 3 (3), inside which two movable rotors 4, 5 with output shafts 6, 7 with two sections respectively are mounted rotors (two pistons 8 ', 9' and 10 ', 11' (8 '', 9 '' and 10``, 11 '') in each section). Between the respective dividing surfaces of all four sections of the rotors, and specifically between adjacent pistons 8 'and 10', 10 'and 9', 9 'and 11', 11 'and 8' (8 "and 10", 10 "and 9" , 9 "and 11 '', 11 '' and 8 ''), respectively, four working chambers 12 ', 13', 14 ', 15' (12", 13 ", 14", 15 ") are formed. The symmetries of the rotors and the corresponding cylinders are collinear .. In each working unit, the output shaft 7 of the first rotor 4 is hollow, and the output shaft 6 of the second rotor 5 is placed coaxially and movably in the output shaft 7 of the first rotor 4. Output shafts 7, 6 of the working rotors 4, 5 nodes 1, 2 are connected with the device stvom transformation of oscillatory motion into a rotary rotor 16. The motor comprises a heating device 17 and cooling 18 in conjunction with the tubing between the cylinders through which interconnected windows 19-22 cylinders 3 'and 3 ". The engine has cold pipelines 23-26 and hot pipelines 27-30 pipe systems (passing, respectively, through the cooler 18 and the heater 17). Cylinders, pipelines of the heating and cooling device are filled with a working fluid (gas).

Выходной вал 6 второго ротора 5 каждого рабочего узла выполнен полым. Устройство преобразования колебательного движения роторов во вращательное 16 (фиг.1, 2, 3) содержит два преобразовательных блока 16' и 16", каждый из которых имеет корпус 31, основной полый ведущий вал 32, внутри которого соосно установлен дополнительный полый ведущий вал 33. Каждый преобразовательный блок (фиг.4) содержит также кулачок 34, представляющий собой, например, профилированную плоскую пластину, установленную на корпусе 31 так, что прямая а, проходящая по нормали к плоскости кулачка через центр кулачка О, соосна с ведущими валами 32, 33. Преобразовательный блок содержит также диск 35, закрепленный жестко и соосно на выходном ведомом валу 36, имеющий четыре направляющие 37-40, которые расположены симметрично вдоль взаимно перпендикулярных осей симметрии b и с на плоскости диска и выполнены, например, в форме одинаковых прямых сквозных прорезей в диске. Также в преобразовательном блоке содержится ромбический шарнирный четырехзвенник 41, имеющий четыре пальца 42-45, расположенных в его вершинах, которые взаимодействуют с кулачком 34 и направляющими 37-40. Пальцы расположены параллельно валам 33, 34, проходят через направляющие (прорези) 37-40 и опираются на профиль (внешнюю кромку) кулачка. В области направляющих пальцы могут быть снабжены линейными подшипниками, а в зоне взаимодействия с профилем кулачка - подшипниками качения. Устройство преобразования 16 содержит также две пары рычагов 46, 47 и 48, 49, жестко соединенных одними концами рычагов первая - с основным 32, а вторая - с дополнительным 33 ведущими валами. Другие концы пар рычагов шарнирно связаны с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника 41. Рычаги каждой пары диаметрально противоположны друг другу относительно оси валов 32, 33 и вытянуты в радиальном направлении.The output shaft 6 of the second rotor 5 of each working unit is made hollow. The device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational 16 (FIGS. 1, 2, 3) contains two transducer units 16 'and 16 ", each of which has a housing 31, a main hollow drive shaft 32, inside which an additional hollow drive shaft 33 is coaxially mounted. Each converter unit (Fig. 4) also contains a cam 34, which is, for example, a profiled flat plate mounted on the housing 31 so that a straight line passing along the normal to the plane of the cam through the center of the cam O is aligned with the drive shafts 32, 33 . Convert The output unit also contains a disk 35 fixed rigidly and coaxially on the output driven shaft 36, having four guides 37-40, which are located symmetrically along mutually perpendicular axes of symmetry b and c on the disk plane and are made, for example, in the form of identical straight through slots in Also in the conversion unit contains a rhombic articulated four-link 41, having four fingers 42-45 located at its vertices, which interact with the cam 34 and the guides 37-40. The fingers are parallel to the shafts 33, 34, pass through the guides (slots) 37-40 and rely on the profile (outer edge) of the cam. In the area of the guides, the fingers can be equipped with linear bearings, and in the area of interaction with the cam profile, rolling bearings. The conversion device 16 also contains two pairs of levers 46, 47 and 48, 49, rigidly connected by one ends of the levers, the first with the main 32, and the second with the additional 33 drive shafts. The other ends of the pairs of levers are pivotally connected to the midpoints of opposite sides of the articulated four-link 41. The levers of each pair are diametrically opposite to each other with respect to the axis of the shafts 32, 33 and are elongated in the radial direction.

Четырехзвенник состоит из четырех одинаковых по длине непересекающихся звеньев 50-53, лежащих в одной плоскости, шарнирно соединенных между собой концами. Профиль 54 кулачка 34 представляет эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от базовой (опорной) замкнутой кривой, описываемой следующей формулой:The four linker consists of four disjoint links 50-53 identical in length, lying in the same plane, pivotally connected to each other by ends. The profile 54 of the cam 34 represents an equidistant spaced apart by the radius of the finger inward from the base (reference) closed curve described by the following formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ρ(α) - полярный радиус (начало полярных координат расположено в центре кулачка О);where ρ (α) is the polar radius (the origin of the polar coordinates is located in the center of the cam O);

α=0-2 π - полярный угол;α = 0-2 π is the polar angle;

L - длина стороны ромбического четырехзвенника;L is the length of the side of the rhombic four-link;

ψmin - минимальный угол между сторонами ромбического четырехзвенника;ψ min is the minimum angle between the sides of the rhombic four-link;

π - число Пи.π is the number Pi.

Все валы 6, 7 рабочих узлов расположены соосно с валами 32, 33, 36 устройства преобразования колебательного движения роторов во вращательное 16. При этом выходной вал 7 первого ротора 4 рабочего узла механически связан с основным ведущим валом 32 соответствующего преобразовательного блока, выходной вал 6 второго ротора 5 рабочего узла механически связан с дополнительным ведущим валом 33 соответствующего преобразовательного блока, а выходной ведомый вал 36 является общим для двух упомянутых преобразовательных блоков.All the shafts 6, 7 of the working units are aligned with the shafts 32, 33, 36 of the device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational 16. In this case, the output shaft 7 of the first rotor 4 of the working unit is mechanically connected with the main drive shaft 32 of the corresponding converter unit, the output shaft 6 of the second the rotor 5 of the working unit is mechanically connected with an additional drive shaft 33 of the corresponding converter unit, and the output driven shaft 36 is common to the two said converter units.

Для повышения КПД разделительные поверхности секций роторов (торцевые поверхности поршней) выполнены в форме сферических сегментов 55, обращенных вершинами внутрь соответствующих секций (поршней). Внутренняя поверхность каждого цилиндра образует полый тор, а внешние поверхности поршней сопряжены с ней с зазором. Преобразовательные блоки 16' и 16" установлены с двух сторон от рабочих узлов 1, 2, жестко соединенных друг с другом, а выходной ведомый вал 36 проходит внутри выходных валов 6 вторых роторов 5 рабочих узлов 1, 2. Диски 35 преобразовательных блоков 16' и 16" повернуты друг относительно друга, примерно, на 45 градусов (фиг.4). Каждый цилиндр 3', 3" (фиг.3) имеет два окна 19, 20 рабочих камер 12'-15' (12"-15"), связанных с горячими трубопроводами 27-30, расположенных по обе стороны от базовой плоскости Q, лежащей на оси а валов и продольной оси симметрии b кулачка 34, вытянутых в тангенциальном направлении так, что начала и окончания окон отстоят от базовой плоскости Q, соответственно, на углы α1, α2, которые определяются по формулам:To increase the efficiency, the dividing surfaces of the rotor sections (end surfaces of the pistons) are made in the form of spherical segments 55 facing with their vertices inside the corresponding sections (pistons). The inner surface of each cylinder forms a hollow torus, and the outer surfaces of the pistons are associated with it with a gap. Converter blocks 16 'and 16 "are installed on both sides of the working nodes 1, 2, rigidly connected to each other, and the output driven shaft 36 passes inside the output shafts 6 of the second rotors 5 of the working nodes 1, 2. Disks 35 of the converter blocks 16' and 16 "rotated relative to each other by approximately 45 degrees (figure 4). Each cylinder 3 ', 3 "(Fig. 3) has two windows 19, 20 of the working chambers 12'-15'(12" -15 ") connected to the hot pipelines 27-30 located on both sides of the base plane Q, lying on the axis a of the shafts and the longitudinal axis of symmetry b of the cam 34, stretched in the tangential direction so that the beginning and end of the windows are separated from the base plane Q, respectively, by angles α 1 , α 2 , which are determined by the formulas:

Figure 00000005
Figure 00000005

где ψпор - угловой размер поршня;where ψ then - the angular size of the piston;

а также два окна 21, 22 рабочих камер 12'-15' (12"-15"), связанных с холодными трубопроводами 23-26, расположенных по обе стороны от базовой плоскости Q диаметрально противоположно по отношению к окнам 19, 20 рабочих камер 12'-15' (12"-15"), связанных с горячим трубопроводом 27-30, вытянутые в тангенциальном направлении так, что начала и окончания окон отстоят от базовой плоскости Q, соответственно, на углы α1, α3, последний из которых определяется по формуле:as well as two windows 21, 22 of the working chambers 12'-15 '(12 "-15") connected with cold pipelines 23-26 located on both sides of the base plane Q is diametrically opposed to the windows 19, 20 of the working chambers 12 '-15' (12 "-15") associated with the hot pipeline 27-30, elongated in a tangential direction so that the beginning and end of the windows are separated from the base plane Q, respectively, by angles α 1 , α 3 , the last of which determined by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

Связанные с холодными трубопроводами 23-26 окна 21, 22 одного цилиндра 3' соединены трубами с такими же окнами 21, 22 другого цилиндра 3” перекрестно относительно базовой плоскости Q через охладитель 18, а связанные с горячими трубопроводами 27-30 окна 19, 20 одного цилиндра соединены трубами с такими же окнами 19, 20 другого цилиндра перекрестно относительно базовой плоскости Q через нагреватель 17. Более подробно можно описать вышесказанное следующим образом. Окно 19 одного цилиндра связано с трубой 27 горячего трубопровода, которая подключена к нагревателю 17, внутри которого имеет соединение с трубой 28 горячего трубопровода, которая связана с окном 20 другого цилиндра. Окно 20 одного цилиндра связано с трубой 29 горячего трубопровода, которая подключена к нагревателю 17, внутри которого имеет соединение с трубой 30 горячего трубопровода, которая связана с окном 19 другого цилиндра. Окно 21 одного цилиндра связано с трубой 25 холодного трубопровода, которая подключена к охладителю 18, внутри которого имеет соединение с трубой 26 холодного трубопровода, которая связана с окном 22 другого цилиндра. Окно 22 одного цилиндра связано с трубой 23 холодного трубопровода, которая подключена к охладителю 18, внутри которого имеет соединение с трубой 24 холодного трубопровода, которая связана с окном 21 другого цилиндра.The windows 21, 22 of one cylinder 3 'connected to the cold pipelines 23-26 are connected by pipes to the same windows 21, 22 of the other cylinder 3 ”crosswise relative to the base plane Q through the cooler 18, and the windows 19, 20 of one connected to the hot pipelines 27-30 the cylinders are connected by pipes to the same windows 19, 20 of the other cylinder crosswise with respect to the base plane Q through the heater 17. The foregoing can be described in more detail as follows. The window 19 of one cylinder is connected to the pipe 27 of the hot pipeline, which is connected to the heater 17, inside which is connected to the pipe 28 of the hot pipeline, which is connected to the window 20 of the other cylinder. The window 20 of one cylinder is connected to the pipe 29 of the hot pipeline, which is connected to the heater 17, inside which is connected to the pipe 30 of the hot pipeline, which is connected to the window 19 of the other cylinder. The window 21 of one cylinder is connected to the pipe 25 of the cold pipeline, which is connected to the cooler 18, inside which is connected to the pipe 26 of the cold pipeline, which is connected to the window 22 of the other cylinder. The window 22 of one cylinder is connected to the pipe 23 of the cold pipeline, which is connected to the cooler 18, inside which is connected to the pipe 24 of the cold pipeline, which is connected to the window 21 of the other cylinder.

Для обеспечения возможности регулирования момента на выходном валу двигателя к холодным трубопроводам (фиг.3) подсоединен через управляемый клапан 56 ресивер 57, к которому своим выходом 58 через обратный клапан 59 подключен компрессор 60, вход 70 которого подсоединен к холодным трубопроводам.To provide the possibility of regulating the moment on the engine output shaft to cold pipelines (Fig. 3), a receiver 57 is connected via a controlled valve 56, to which a compressor 60 is connected via its check valve 59, the input 70 of which is connected to cold pipelines.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

Рассмотрим фиг.6 - фиг.10. Примем за исходную позицию положение поршней, приведенное на фиг.6. Будем считать, что в этом положении начальный угол поворота ведомого вала 36 α=0 град. и вал вращается против часовой стрелки. Тогда можно констатировать следующее.Consider Fig.6 - Fig.10. We take for the initial position the position of the pistons shown in Fig.6. We assume that in this position the initial angle of rotation of the driven shaft 36 α = 0 deg. and the shaft rotates counterclockwise. Then we can state the following.

В исходном положении (фиг.6):In the initial position (Fig.6):

- в камере 13' цилиндра 3' закончилась фаза перекачки рабочего тела через нагреватель 17 из камеры 12" и начинается такт рабочего хода, при этом давление будет уменьшаться при одновременном увеличении замкнутого объема камеры (точка А1 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 13 'of the cylinder 3', the phase of pumping the working fluid through the heater 17 from the chamber 12 "has ended and the stroke of the working stroke begins, while the pressure will decrease while increasing the closed volume of the chamber (point A1 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камере 13" цилиндра 3" закончился такт рабочего хода, перестал увеличиваться замкнутый объем камеры, начинается такт выпуска рабочего тела через охладитель 18 в камеру 15' (точка А2 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 13 of the "cylinder 3" the stroke of the working stroke has ended, the closed volume of the chamber has ceased to increase, the cycle of the release of the working fluid through the cooler 18 into the chamber 15 'begins (point A2 of the thermodynamic cycle in Fig. 10);

- в камере 12' цилиндра 3' закончился такт сжатия, начинается фаза перекачки рабочего тела через нагреватель 17 в камеру 12" (точка A3 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 12 'of the cylinder 3' the compression cycle has ended, the phase of pumping the working fluid through the heater 17 into the chamber 12 "begins (point A3 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камере 15" цилиндра 3" закончился такт впуска рабочего тела через охладитель 18 из камеры 14', начинается такт сжатия рабочего тела (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 15 of the "cylinder 3" the cycle of the inlet of the working fluid through the cooler 18 from the chamber 14 'has ended, the compression cycle of the working fluid begins (point A4 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камерах 12" и 14" цилиндра 3" образуются паразитные объемы, причем, в камере 12" имеется давление, характеризующее конец такта сжатия (точка A3 термодинамического цикла на фиг.10), а в камере 14" - давление в холодном трубопроводе (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10);- parasitic volumes are formed in the chambers 12 "and 14" of the cylinder 3 ", moreover, in the chamber 12" there is a pressure characterizing the end of the compression stroke (point A3 of the thermodynamic cycle in Fig. 10), and in the chamber 14 "there is pressure in a cold pipeline ( point A4 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- камеры 14' и 15' связаны с охладителем 18 и имеют равное давление, соответствующее давлению в холодном трубопроводе.- chambers 14 'and 15' are connected to the cooler 18 and have equal pressure corresponding to the pressure in a cold pipeline.

Для продолжения описания работы двигателя рассмотрим положение поршней и соответствующих камер при повороте ведомого вала на угол 13 градусов против часовой стрелки (фиг.7). В указанном положении:To continue the description of the engine, consider the position of the pistons and corresponding chambers when the driven shaft is rotated 13 degrees counterclockwise (Fig. 7). In the indicated position:

- в камере 13' цилиндра 3' продолжается такт рабочего хода, при этом давление уменьшается при одновременном увеличении замкнутого объема камеры (точка А5 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 13 'of the cylinder 3' the stroke of the stroke continues, while the pressure decreases while increasing the closed volume of the chamber (point A5 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в результате перемещения поршней открывается окно в камере 13" цилиндра 3", связанное с холодным трубопроводом, окно в камере 15' уже открыто, начинается фаза перекачки рабочего тела из камеры 13" через охладитель 18 в камеру 15' (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10);- as a result of the movement of the pistons, the window in the chamber 13 of the “cylinder 3” opens, connected with the cold pipeline, the window in the chamber 15 'is already open, the phase of pumping the working fluid from the chamber 13 "through the cooler 18 to the chamber 15' begins (point A4 of the thermodynamic cycle on figure 10);

- в камерах 12' и 12" цилиндра 3' и 3" в результате перемещения поршней открываются окна, связанные с горячим трубопроводом, начинается фаза перекачки рабочего тела из камеры 12' через нагреватель 17 в камеру 12" (точка А6 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chambers 12 'and 12 "of the cylinder 3' and 3" as a result of the movement of the pistons, windows associated with the hot pipeline open, the phase of pumping the working fluid from the chamber 12 'through the heater 17 to the chamber 12 "begins (point A6 of the thermodynamic cycle in FIG. 10);

- в камере 15" цилиндра 3" продолжается такт сжатия рабочего тела (точка А7 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 15 of the "cylinder 3" continues the compression of the working fluid (point A7 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камере 14" открывается окно, связанное с холодным трубопроводом, и происходит перекачка рабочего тела из камеры 14' в камеру 14", что соответствует такту впуска рабочего тела (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10).- in the chamber 14 "a window is opened connected with the cold pipeline, and the working fluid is pumped from the chamber 14 'to the chamber 14", which corresponds to the intake stroke of the working fluid (point A4 of the thermodynamic cycle in FIG. 10).

Рассмотрим положение поршней и соответствующих камер при повороте ведомого вала на угол 45 градусов против часовой стрелки (фиг.8). В указанном положении:Consider the position of the pistons and corresponding chambers when the output shaft is rotated by an angle of 45 degrees counterclockwise (Fig. 8). In the indicated position:

- в камере 13' цилиндра 3' закончился такт рабочего хода, перестал увеличиваться замкнутый объем камеры, начинается такт выпуска рабочего тела через охладитель 18 в камеру 14" (точка А2 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 13 'of the cylinder 3' the stroke of the working stroke has ended, the closed volume of the chamber has ceased to increase, the cycle of the release of the working fluid through the cooler 18 into the chamber 14 "begins (point A2 of the thermodynamic cycle in Fig. 10);

- в камерах 12' и 14' цилиндра 3' образуются паразитные объемы, причем в камере 12' имеется давление, характеризующее конец такта сжатия (точка A3 термодинамического цикла на фиг.10), а в камере 14' - давление в холодном трубопроводе (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10);- parasitic volumes are formed in the chambers 12 'and 14' of the cylinder 3 ', and in the chamber 12' there is a pressure characterizing the end of the compression stroke (point A3 of the thermodynamic cycle in Fig. 10), and in the chamber 14 'there is pressure in a cold pipeline (point A4 thermodynamic cycle in figure 10);

- в камере 15' цилиндра 3' закончился такт впуска рабочего тела через охладитель из камеры 13", начинается такт сжатия рабочего тела (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 15 'of the cylinder 3' the cycle of the inlet of the working fluid through the cooler from the chamber 13 "has ended, the compression cycle of the working fluid begins (point A4 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камере 12" цилиндра 3" закончилась фаза перекачки рабочего тела через нагреватель 17 из камеры 12' и начинается такт рабочего хода, при этом давление будет уменьшаться при одновременном увеличении замкнутого объема камеры (точка А1 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 12 of the "cylinder 3" the phase of pumping the working fluid through the heater 17 from the chamber 12 'has ended and the stroke of the working stroke begins, while the pressure will decrease while increasing the closed volume of the chamber (point A1 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камере 15" цилиндра 3" закончился такт сжатия, начинается фаза перекачки рабочего тела через нагреватель 17 в камеру 12' (точка A3 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 15 of the "cylinder 3" the compression cycle has ended, the phase of pumping the working fluid through the heater 17 into the chamber 12 'begins (point A3 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- камеры 13" и 14" связаны с охладителем 18 и имеют равное давление, соответствующее давлению в холодном трубопроводе (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10).- chambers 13 "and 14" are connected to the cooler 18 and have equal pressure corresponding to the pressure in the cold pipeline (point A4 of the thermodynamic cycle in figure 10).

Рассмотрим положение поршней и соответствующих камер при повороте ведомого вала на угол 77 градусов против часовой стрелки (фиг.9). В указанном положении:Consider the position of the pistons and corresponding chambers when the driven shaft is rotated at an angle of 77 degrees counterclockwise (Fig. 9). In the indicated position:

- в результате перемещения поршней открывается окно в камере 13' цилиндра 3', связанное с холодным трубопроводом, окно в камере 14" уже открыто, начинается фаза перекачки рабочего тела из камеры 13' через охладитель 18 в камеру 14" (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10);- as a result of the movement of the pistons, the window in the chamber 13 'of the cylinder 3' opens, connected with the cold pipeline, the window in the chamber 14 "is already open, the phase of pumping the working fluid from the chamber 13 'through the cooler 18 to the chamber 14" begins (point A4 of the thermodynamic cycle on figure 10);

- в камере 14' открывается окно, связанное с холодным трубопроводом, и происходит перекачка рабочего тела через охладитель 18 из камеры 13" в камеру 14', что соответствует такту впуска рабочего тела (точка А4 термодинамического цикла на фиг.10).- in the chamber 14 'a window is opened connected with the cold pipeline, and the working fluid is pumped through the cooler 18 from the chamber 13 "into the chamber 14', which corresponds to the intake stroke of the working fluid (point A4 of the thermodynamic cycle in figure 10).

- в камере 15' цилиндра 3' продолжается такт сжатия рабочего тела (точка А8 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 15 'of the cylinder 3', the compression cycle of the working fluid continues (point A8 of the thermodynamic cycle in figure 10);

- в камерах 12' и 15" цилиндра 3' и 3" в результате перемещения поршней открываются окна, связанные с горячим трубопроводом, начинается фаза перекачки рабочего тела из камеры 15" через нагреватель 17 в камеру 12' (точка А9 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chambers 12 'and 15 "of the cylinder 3' and 3" as a result of the movement of the pistons, the windows associated with the hot pipeline open, the phase of pumping the working fluid from the chamber 15 "through the heater 17 to the chamber 12 'begins (point A9 of the thermodynamic cycle in FIG. 10);

- в камере 12" цилиндра 3" продолжается такт рабочего хода, при этом давление уменьшается при одновременном увеличении замкнутого объема камеры (точка А10 термодинамического цикла на фиг.10);- in the chamber 12 of the "cylinder 3" the stroke of the stroke continues, while the pressure decreases while increasing the closed volume of the chamber (point A10 of the thermodynamic cycle in figure 10);

При повороте ведомого вала на угол 90 градусов происходят два четырехтактных цикла в камерах.When the driven shaft is rotated through an angle of 90 degrees, two four-stroke cycles occur in the chambers.

Механизм для преобразования движения обеспечивает работу двигателя в целом следующим образом.The mechanism for converting movement provides the engine as a whole as follows.

При приложении к ведущим валам 33 и 32 переменных взаимно противоположных одинаковых вращающих моментов пальцы 42-45 ромбического шарнирного четырехзвенника 41 обкатываются (или скользят) по профилю кулачка 34 и, двигаясь по направляющим 37-40, передают вращение диску 35. Он суммирует моменты валов 33, 32 и, передавая суммарный момент ведомому валу 36, приводит его во вращение.When alternating opposite identical torques are applied to the drive shafts 33 and 32, the fingers 42-45 of the rhombic articulated four-link 41 run around (or slide) along the profile of the cam 34 and, moving along the guides 37-40, transmit the rotation to the disk 35. It summarizes the moments of the shafts 33 , 32 and, transmitting the total moment to the driven shaft 36, brings it into rotation.

Механизм способен передавать движение и в обратной последовательности. Пояснение принципа действия устройства в данном направлении преобразования представляется более удобным для восприятия.The mechanism is capable of transmitting motion in the reverse order. An explanation of the principle of the device in this direction of conversion seems more convenient for perception.

Расчетный профиль 54 кулачка 34 обеспечивает плавное преобразование равномерного вращения в неравномерное (и наоборот) за счет обеспечения синусоидального изменения угла ψ между сторонами ромбического шарнирного четырехзвенника от ψmin до ψmax при одновременном равномерном вращении его диагонали (диагоналей).The calculated profile 54 of the cam 34 provides a smooth conversion of uniform rotation to non-uniform (and vice versa) by providing a sinusoidal change in the angle ψ between the sides of the rhombic articulated four-link from ψ min to ψ max while simultaneously rotating its diagonal (s) uniformly.

Для вывода формулы (1), описывающей профиль кулачка, построим расчетные схемы для ромбического шарнирного четырехзвенника (далее - ромба): на фиг.11 (а, b, с) показаны три характерные фазы движения ромба, а на фиг.12 - некоторое промежуточное положение ромба в процессе движения. На фиг.13 - график функции ψ(α).To derive formula (1), which describes the cam profile, we construct calculation schemes for the rhombic articulated four-link (hereinafter referred to as the rhombus): in Fig. 11 (a, b, c) three characteristic phases of the rhombus movement are shown, and in Fig. 12, some intermediate the position of the rhombus in the process of movement. In Fig.13 is a graph of the function ψ (α).

Исходными требованиями при выводе формулы является обеспечение синусоидального характера изменения угла ψ в интервале от ψmin до ψmax при одновременном равномерном вращении диагонали (диагоналей) ромба по углу α.The initial requirements for the derivation of the formula is to ensure the sinusoidal nature of the change in the angle ψ in the range from ψ min to ψ max while simultaneously uniformly rotating the diagonal (s) of the rhombus along the angle α.

В начале для упрощения примем радиус пальцев равным нулю.At the beginning, for simplicity, we take the radius of the fingers equal to zero.

При заданной длине стороны ромба L=2l (фиг.11, 12) этот четырехзвенник имеет две степени свободы. Его конфигурация полностью определяется значениями углов φ1 и φ2 рычагов с осью х. Данные углы можно считать входными переменными исследуемой системы.For a given length of the side of the rhombus L = 2l (11, 12), this four-link has two degrees of freedom. Its configuration is completely determined by the values of the angles φ 1 and φ 2 of the levers with the x axis. These angles can be considered input variables of the system under study.

За выходные переменные примем координаты xA и yA вершины ромба А, либо длину полудиагонали ρ=ОА (полярный радиус) и угол α между ОА и осью x (полярный угол), при этом имеемFor the output variables, we take the coordinates x A and y A of the vertex of rhombus A, or the half-diagonal length ρ = ОА (polar radius) and the angle α between ОА and the x axis (polar angle), and we have

Figure 00000007
Figure 00000007

Важным кинематическим параметром является угол ψ:An important kinematic parameter is the angle ψ:

Figure 00000008
Figure 00000008

Угол ψ может меняться в пределахThe angle ψ can vary within

Figure 00000009
Figure 00000009

где значения ψmin и ψmax задаются из конструктивных соображений.where the values of ψ min and ψ max are set from design considerations.

Из фиг.11, 12 следуетFrom 11, 12 follows

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

илиor

Figure 00000012
Figure 00000012

Чтобы найти соотношение связи между углами ψ и α, обратимся к схемам на фиг.11. Из них следует, чтоTo find the relationship between the angles ψ and α, we turn to the diagrams in Fig.11. It follows from them that

ψ=ψmax=π-ψmin при α=0;ψ = ψ max = π-ψ min for α = 0;

Figure 00000013
при
Figure 00000014
Figure 00000013
at
Figure 00000014

ψ=ψmin при

Figure 00000015
ψ = ψ min for
Figure 00000015

Функция ψ(α) четна с периодом, равным π, поэтому ее можно представить в виде суммы среднего за период значения и гармонической составляющей (фиг.13), т.е.The function ψ (α) is even with a period equal to π; therefore, it can be represented as the sum of the average value for the period and the harmonic component (Fig. 13), i.e.

Figure 00000016
Figure 00000016

или с учетом того, что ψmax=π-ψmin, получимor taking into account the fact that ψ max = π-ψ min , we obtain

Figure 00000017
Figure 00000017

Подставив (9) в (8), получаем искомую формулу для профиля кулачка при условии равенства нулю радиусов пальцев (вместо пальцев фигурируют их оси):Substituting (9) into (8), we obtain the desired formula for the cam profile provided that the radii of the fingers are equal to zero (their axes appear instead of the fingers):

Figure 00000018
Figure 00000018

Таким образом, полученная формула описывает траекторию движения осей пальцев - базовую (опорную) кривую (1) (фиг.13).Thus, the resulting formula describes the trajectory of the axes of the fingers - the base (reference) curve (1) (Fig.13).

Учитывая радиус реального пальца, профиль кулачка в радиальной плоскости представляет эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от базовой замкнутой кривой, описываемой формулой (1).Considering the radius of a real finger, the cam profile in the radial plane represents an equidistant, which is separated by the radius of the finger inward from the base closed curve described by formula (1).

При любом другом профиле кулачка, не относящемся к семейству эквидистант с расчетной базовой кривой (1), а также другом размещении пальцев на ромбе и расположении направляющих на диске преобразование движения будет сопровождаться рывками и ударами (нарушение плавности преобразования).For any other cam profile that does not belong to the equidistant family with the calculated base curve (1), as well as another placement of the fingers on the rhombus and the location of the guides on the disk, the motion conversion will be accompanied by jerks and bumps (violation of the smoothness of the transformation).

Пояснения по формулам (2) и (3).Explanations for formulas (2) and (3).

Угол α1 задает паразитный объем, следовательно, чем он меньше, тем лучше, в пределе α1=0. Определяется конкретным исполнением конструкции двигателя.The angle α 1 defines the parasitic volume, therefore, the smaller it is, the better, in the limit α 1 = 0. It is determined by the specific design of the engine.

Угол α2 задает степень сжатия рабочего тела и время фазы перекачки тепла через нагреватель. Определяется оптимизацией термодинамического цикла по КПД, мощности и т.п. исходя из свойств рабочего тела и параметров нагревателя и охладителя.The angle α 2 sets the compression ratio of the working fluid and the time of the phase of heat transfer through the heater. It is determined by the optimization of the thermodynamic cycle in terms of efficiency, power, etc. based on the properties of the working fluid and the parameters of the heater and cooler.

Угол α3 задает размер окна, связанного с холодным трубопроводом и определяется исходя из максимальной длительности такта отвода тепла.The angle α 3 sets the size of the window associated with the cold pipeline and is determined based on the maximum duration of the heat dissipation cycle.

Claims (7)

1. Роторно-поршневой двигатель с внешним подводом тепла, содержащий два рабочих узла, каждый из которых имеет цилиндр, внутри которого установлены с возможностью вращения два подвижных ротора, каждый из роторов снабжен выходным валом и двумя поршнями с образованием между поршнями четырех рабочих камер, при этом оси симметрии роторов и соответствующих цилиндров расположены коллинеарно, в каждом рабочем узле выходной вал первого ротора выполнен полым и внутри него подвижно и соосно ему размещен выходной вал второго ротора, выходные валы роторов рабочих узлов механически связаны с устройством преобразования колебательного движения роторов во вращательное, а двигатель снабжен также по крайней мере одним горячим трубопроводом с установленным на нем нагревателем, а также по крайней мере одним холодным трубопроводом с установленным на нем охладителем, указанные трубопроводы соединены с цилиндрами рабочих узлов, отличающийся тем, что выходной вал второго ротора каждого рабочего узла выполнен полым, устройство преобразования колебательного движения роторов во вращательное содержит два преобразовательных блока, каждый из которых имеет корпус, основной полый ведущий вал, внутри которого соосно установлен дополнительный полый ведущий вал, кулачок в виде профилированной плоской пластины, установленной на корпусе так, что прямая, проходящая по нормали через центр кулачка, соосна с ведущими валами, диск, закрепленнный жестко и, соосно на ведомом валу, и имеющий четыре направляющих, выполненных в виде одинаковых прямых сквозных прорезей в диске, ромбический шарнирный четырехзвенник, состоящий из четырех одинаковых по длине звеньев, шарнирно соединенных между собой концами, и имеющий четыре пальца, расположенных в его вершинах аксиально, проходящих через направляющие в диске и опирающихся на внешнюю кромку кулачка, а также две пары рычагов, причем в первой паре рычаги жестко соединены одним своим концом с основным ведущим валом, во второй паре рычаги жестко соединены одним своим концом с дополнительным ведущим валом, а другие концы рычагов в парах шарнирно связаны с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника, в каждой паре рычаги диаметрально противоположны друг другу относительно оси валов и вытянуты в радиальном направлении, при этом профиль внешней кромки кулачка представляет эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от базовой (опорной) замкнутой кривой, описываемой следующей формулой:
Figure 00000019
,
где ρ(α) - полярный радиус (начало полярных координат расположено в центре кулачка);
α=0…2π - полярный угол;
L - длина стороны ромбического четырехзвенника;
ψmin - минимальный угол между сторонами ромбического четырехзвенника;
π - число Пи,
и при этом все валы рабочих узлов расположены соосно с валами устройства преобразования колебательного движения роторов во вращательное, причем выходной вал первого ротора рабочего узла механически связан с основным ведущим валом соответствующего преобразовательного блока, выходной вал второго ротора рабочего узла механически связан с дополнительным ведущим валом соответствующего преобразовательного блока, а ведомый вал является общим для двух упомянутых преобразовательных блоков.
1. A rotary piston engine with an external heat supply, containing two working units, each of which has a cylinder, inside which two movable rotors are mounted for rotation, each of the rotors is equipped with an output shaft and two pistons with the formation of four working chambers between the pistons, with this axis of symmetry of the rotors and the corresponding cylinders are collinear, in each working node the output shaft of the first rotor is hollow and the output shaft of the second rotor is movably and coaxially located inside it, the output shafts p tori of working units are mechanically connected with a device for converting the oscillatory motion of rotors into rotational, and the engine is also equipped with at least one hot pipeline with a heater installed on it, as well as at least one cold pipeline with a cooler installed on it, these pipelines are connected to the working cylinders nodes, characterized in that the output shaft of the second rotor of each working node is hollow, a device for converting the oscillatory motion of rotors into rotational contains two converter blocks, each of which has a housing, a main hollow drive shaft, inside which an additional hollow drive shaft is coaxially mounted, a cam in the form of a profiled flat plate mounted on the housing so that a straight line passing normally through the center of the cam is aligned with the leading shafts, a disk fixed rigidly and coaxially on the driven shaft, and having four guides made in the form of the same straight through slots in the disk, a rhombic articulated four-link consisting of four identical lengthwise links pivotally connected to each other by ends and having four fingers located axially at its vertices, passing through guides in the disk and resting on the outer edge of the cam, as well as two pairs of levers, the levers being rigidly connected at one end in the first pair with the main drive shaft, in the second pair of levers are rigidly connected at one end to an additional drive shaft, and the other ends of the levers in pairs are pivotally connected to the midpoints of opposite sides of the articulated four-link, in each pair the ages are diametrically opposite to each other with respect to the axis of the shafts and are elongated in the radial direction, while the profile of the outer edge of the cam represents an equidistant distance from the base (reference) closed curve by the value of the radius of the finger, described by the following formula:
Figure 00000019
,
where ρ (α) is the polar radius (the origin of the polar coordinates is located in the center of the cam);
α = 0 ... 2π is the polar angle;
L is the length of the side of the rhombic four-link;
ψ min is the minimum angle between the sides of the rhombic four-link;
π is the number of Pi,
and while all the shafts of the working units are coaxial with the shafts of the device for converting the oscillatory motion of the rotors into rotational, and the output shaft of the first rotor of the working unit is mechanically connected with the main drive shaft of the corresponding converter unit, the output shaft of the second rotor of the working unit is mechanically connected with the additional drive shaft of the corresponding converter block, and the driven shaft is common to the two mentioned converter blocks.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевые поверхности поршней роторов выполнены в форме сферических сегментов, обращенных вершинами внутрь соответствующих поршней, внутренняя поверхность каждого цилиндра образует полый тор, а внешние поверхности поршней сопряжены с ней с зазором.2. The device according to claim 1, characterized in that the end surfaces of the pistons of the rotors are made in the form of spherical segments facing the vertices inside the corresponding pistons, the inner surface of each cylinder forms a hollow torus, and the outer surfaces of the pistons are associated with a gap. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразовательные блоки установлены с двух сторон от рабочих узлов, жестко соединенных друг с другом, а ведомый вал проходит через полости вторых выходных валов рабочих узлов.3. The device according to claim 1, characterized in that the converter blocks are installed on two sides of the working units rigidly connected to each other, and the driven shaft passes through the cavity of the second output shafts of the working units. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диски преобразовательных блоков повернуты относительно друг друга примерно на 45°.4. The device according to claim 1, characterized in that the disks of the converter blocks are rotated relative to each other by about 45 °. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит по крайней мере два горячих и по крайней мере два холодных трубопровода, причем каждый цилиндр имеет два окна, связанные с указанными трубопроводами, расположенные по обе стороны от базовой плоскости, лежащей на оси валов и продольной оси симметрии кулачка, вытянутые в тангенциальном направлении так, что начала и окончания окон отстоят от базовой плоскости соответственно на углы α1, α2, которые определяются по формулам:
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
где ψпор - угловой размер поршня;
а также два окна, связанные с холодными трубопроводами, расположенные по обе стороны от базовой плоскости диаметрально противоположно по отношению к окнам, связанным с горячими трубопроводами, вытянутые в тангенциальном направлении так, что начала и окончания окон отстоят от базовой плоскости соответственно на углы α1, α3, последний из которых определяется по формуле:
Figure 00000022
.
5. The device according to claim 1, characterized in that it contains at least two hot and at least two cold pipelines, each cylinder having two windows associated with these pipelines, located on both sides of the base plane lying on the axis the shafts and the longitudinal axis of symmetry of the cam, stretched in the tangential direction so that the beginning and end of the windows are separated from the base plane by angles α 1 , α 2 , respectively, which are determined by the formulas:
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
where ψ then - the angular size of the piston;
and also two windows connected with cold pipelines located on both sides of the base plane are diametrically opposite to the windows connected with hot pipelines, stretched in the tangential direction so that the beginning and end of the windows are separated from the base plane by angles α 1 , respectively α 3 , the last of which is determined by the formula:
Figure 00000022
.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что связанные с холодными трубопроводами окна одного цилиндра соединены посредством указанных трубопроводов с такими же окнами другого цилиндра перекрестно относительно базовой плоскости через охладитель, а связанные с горячими трубопроводами окна одного цилиндра, соединены посредством указанных горячих трубопроводов с такими же окнами другого цилиндра перекрестно относительно базовой плоскости через нагреватель.6. The device according to claim 5, characterized in that the windows of one cylinder connected to cold pipelines are connected by means of said pipelines to the same windows of another cylinder crosswise relative to the base plane through a cooler, and the windows of one cylinder connected to hot pipelines are connected by said hot pipelines with the same windows of another cylinder cross-relative to the reference plane through the heater. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что к холодным трубопроводам подсоединен через управляемый клапан ресивер, к которому своим выходом через пропускной клапан подключен компрессор, вход которого подсоединен к холодным трубопроводам. 7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the receiver is connected to the cold pipelines through a controllable valve, to which a compressor is connected via an outlet valve through the outlet valve, the input of which is connected to the cold pipelines.
RU2008120953/06A 2008-05-28 2008-05-28 Rotary piston engine with heat fed from outside RU2387844C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008120953/06A RU2387844C2 (en) 2008-05-28 2008-05-28 Rotary piston engine with heat fed from outside

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008120953/06A RU2387844C2 (en) 2008-05-28 2008-05-28 Rotary piston engine with heat fed from outside

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008120953A RU2008120953A (en) 2009-12-10
RU2387844C2 true RU2387844C2 (en) 2010-04-27

Family

ID=41488856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008120953/06A RU2387844C2 (en) 2008-05-28 2008-05-28 Rotary piston engine with heat fed from outside

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2387844C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011087399A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Bocharov Maxim Vladimirovich Power generating equipment based on radiant-wave energy
CN103343714A (en) * 2013-08-02 2013-10-09 上海交通大学 Reciprocating piston engine with elliptical cams
RU2619391C1 (en) * 2015-12-30 2017-05-15 Общество с ограниченной ответственностью Научное инновационное предприятие "Дельта-Т" Rotary expansion machine
RU2651106C2 (en) * 2016-07-15 2018-04-18 Общество с ограниченной ответственностью Научное инновационное предприятие "Дельта-Т" Rotary internal combustion engine
RU2675950C1 (en) * 2014-02-03 2018-12-25 И.В.А.Р. С.П.А. Heat engine (options) and pneumatic engine
RU2754184C1 (en) * 2020-12-24 2021-08-30 Андрей Алексеевич Зайцев Rotary internal combustion engine
RU2785179C1 (en) * 2022-09-30 2022-12-05 Александр Владимирович Пантюхин Rotary external combustion engine

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011087399A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Bocharov Maxim Vladimirovich Power generating equipment based on radiant-wave energy
CN103343714A (en) * 2013-08-02 2013-10-09 上海交通大学 Reciprocating piston engine with elliptical cams
CN103343714B (en) * 2013-08-02 2015-04-01 上海交通大学 Reciprocating piston engine with elliptical cams
RU2675950C1 (en) * 2014-02-03 2018-12-25 И.В.А.Р. С.П.А. Heat engine (options) and pneumatic engine
RU2619391C1 (en) * 2015-12-30 2017-05-15 Общество с ограниченной ответственностью Научное инновационное предприятие "Дельта-Т" Rotary expansion machine
RU2651106C2 (en) * 2016-07-15 2018-04-18 Общество с ограниченной ответственностью Научное инновационное предприятие "Дельта-Т" Rotary internal combustion engine
RU2754184C1 (en) * 2020-12-24 2021-08-30 Андрей Алексеевич Зайцев Rotary internal combustion engine
RU2754184C9 (en) * 2020-12-24 2021-10-19 Андрей Алексеевич Зайцев Rotary internal combustion engine
WO2022139628A1 (en) * 2020-12-24 2022-06-30 Андрей Алексеевич ЗАЙЦЕВ Rotary internal combustion engine
RU2785179C1 (en) * 2022-09-30 2022-12-05 Александр Владимирович Пантюхин Rotary external combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008120953A (en) 2009-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2387844C2 (en) Rotary piston engine with heat fed from outside
US6659744B1 (en) Rotary two axis expansible chamber pump with pivotal link
EP2233691B1 (en) Volume expansion rotary piston machine
US6065289A (en) Fluid displacement apparatus and method
US10408214B2 (en) Fluid pressure changing device
WO2020231292A1 (en) Rotary engine with external heat supply (variants)
US11408286B2 (en) Rotational displacement apparatus
JP2013527355A (en) Rotating piston steam engine with balanced rotary variable intake cutoff valve and second expansion with no back pressure in the first expansion
EP1242727A1 (en) Apparatus using oscillating rotating pistons
JP4988601B2 (en) A kinematic motion device without a reciprocating element for converting a pressure change of a fluid operating in a periodically variable volume donut chamber into a mechanical work on the axis of rotation, and said device Including engine
US20150285183A1 (en) Hot gas engine
US9528585B2 (en) Piston engine
CA1060228A (en) Power transmitting mechanism
US5644917A (en) Kinematic stirling engine
US11384639B2 (en) Engine with at least one of non-sinusoidal motion and embedded pistons
RU2443888C2 (en) Multi-cylinder thermal machine with controlled output and with external heat supply
RU2320941C1 (en) Cold production device
RU2519532C2 (en) External heat supply engine built around parson's oscillating piston engine drive
RU2469203C2 (en) Roll-vane stirling engine
RU2628813C2 (en) Revolving rotary-piston engine
US20140178237A1 (en) Heat engine with linear actuators
RU68594U1 (en) ROTARY-VANE ENGINE AND MOVEMENT CONVERSION
Zniszczyński Displacement machines with four parallel synchronous rotors
Alduqri et al. Design and Thermodynamic Study of a Novel Two-Sleeve Rotary Compressor
RU1795237C (en) Heat-utilizing cryogenic rotary gas machine

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110121

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110529

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120720