WO2022139628A1 - Роторный двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Роторный двигатель внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
WO2022139628A1
WO2022139628A1 PCT/RU2021/050393 RU2021050393W WO2022139628A1 WO 2022139628 A1 WO2022139628 A1 WO 2022139628A1 RU 2021050393 W RU2021050393 W RU 2021050393W WO 2022139628 A1 WO2022139628 A1 WO 2022139628A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polar
radius
engine
cam
toroid
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050393
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Алексеевич ЗАЙЦЕВ
Original Assignee
Андрей Алексеевич ЗАЙЦЕВ
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 Андрей Алексеевич ЗАЙЦЕВ filed Critical Андрей Алексеевич ЗАЙЦЕВ
Publication of WO2022139628A1 publication Critical patent/WO2022139628A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/352—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the vanes being pivoted on the axis of the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B55/00—Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
    • F02B55/02—Pistons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to mechanical engineering, in particular to rotary internal combustion engines.
  • a rotary internal combustion engine is known, RU 2651106, F01C 1/067 (2006.01), in which lever-cam devices for converting the oscillatory motion of the rotors with a rhombic articulated four-link, the fingers of which interact with cam and guides.
  • the disadvantage of this engine is the low efficiency of converting the energy of expanding gases into the energy of the rotational movement of the output shaft due to the fact that the maximum variable gear ratio of its conversion mechanism occurs much later than the moment the maximum pressure of expanding gases occurs in the combustion chamber, resulting in the occurrence of large parasitic loads on the mechanism.
  • a rotary-vane internal combustion engine is known, RU 2225513, F01C 1/077 (2000.01), in which a double Maltese mechanism and a differential are used to convert the energy of expanding gases into rotational motion of the output shaft, which converts the rotationally intermittent movement of the working shafts into rotation of the output shaft motor with constant angular velocity.
  • the disadvantage of this device is the lack of smoothness of the transformation of the movement of the rotors and large shock loads at the moments of stopping the Maltese cross.
  • the purpose of the invention and the technical result of the presented technical solution is to increase the efficiency by increasing the efficiency of converting the energy of expanding gases into the rotational movement of the engine output shaft, increasing reliability due to smooth and double-flow conversion of the movement of the blades using a combined differential-cam mechanism.
  • the engine layout is made with the placement of a toroid with rotors on the outer radius of the gearbox, which allows, with a more compact engine design, to more efficiently remove heat excess from the inside of the rotors while achieving higher engine torque due to the large shoulder of rotation of the blades in the toroid.
  • the shape of the toroid and the blades is made with a pentagonal cross section, which predetermines the relative simplicity and low cost of manufacturing the walls of the toroid from cylindrical and flat elements, and the mounting of the blade on the inclined surface of the truncated cone of the rotor allows the blade to more evenly perceive the pressure of the working gases with a decrease in the possibility of critical deformations.
  • the engine is designed with a device for dynamic control of the degree of filling of the working chamber of the toroid with air (fuel-air mixture) with a corresponding change in the degree of compression using a sliding damper for regulating the shape of the intake window section.
  • figure 1 shows a General (isometric) view of the engine
  • figure 2 in figure 2 - section A-A in figure 1 in figure 3 - general (isometric) view of the engine without the walls of the cam gear housing
  • figure 4 is an isometric view of the engine without cam gear, toroid sidewall and engine mounts
  • figure 5 is an isometric view of the engine without cam gear, toroid side wall, engine mounts and rotors with blades
  • figure 6 is an illustration of the adjustment of the compression ratio
  • figure 7 - a fragment of the section of the engine in the area of the blade
  • figure 8 - the simplest base curve
  • figure 9 multiplied simple base curve
  • figure 10 is an illustration of the efficiency of energy conversion when modeling on the basis of a multiplied simple base curve
  • Figure 11 is an illustration of the increase in power conversion efficiency by extending the duration of the maximum transfer ratio
  • figure 12 - base curve for modeling the conversion mechanism
  • figure 13 derivative curve of the first order
  • figure 14 derivative curve of the second
  • the engine (Fig. 1) contains a common shaft 1, two blocks of cam gears 2 and a toroidal block 3. Installed coaxially inside the toroidal block 3 on a common shaft 1, a symmetrical differential gearbox 4 (Fig. 2) is, together with two blocks of cam gears 2, an integral part of the mechanism for converting the movement of the oscillatory movement of the rotors into uniform rotation of the common shaft.
  • the toroidal block includes two toroid walls with flat working surfaces 5 and one toroid wall with a cylindrical working surface 6.
  • Two cams with an internal working surface 11 are each mounted on its rotor 12, each of which has two blades 13 (Fig. 4), spaced 180 degrees.
  • the rotors 12 are made integral with the epicyclic gears of the symmetrical differential gearbox 4, which, with its carrier 14, is concentrically and rigidly mounted on a common shaft (Fig. 5).
  • an injector / spark plug is installed 17.
  • a fuel injection nozzle 18 can be additionally installed in the tide of the toroid wall between the inlet window and the spark plug.
  • the engine When the engine is designed using a liquid cooling system, it can be equipped with a toroid wall cooling jacket 19.
  • the engine intake window can be equipped with a sliding damper 20 with a drive mechanism 21. based on the necessary conditions for ensuring the operation of the engine with varying degrees of boost control.
  • the damper drive mechanism is calculated on the basis of the necessary conditions for ensuring the required amplitude and the dynamics of the change in the inlet window cross section.
  • the shape of the toroid and the blades allows the blade to more evenly perceive the pressure of the working gases with a decrease in the possibility of critical deformations, since in this case it is possible to achieve the condition when the median perpendicular from the pinched base of the blade will divide into equal parts the area affected by pressure of working gases (Fig. 7).
  • the achievement of the purpose of this invention is ensured by increasing the efficiency of gas pressure energy conversion by optimizing the time of occurrence and increasing the duration of the maximum value of the energy conversion coefficient during the engine operating cycle while ensuring the smoothness and reliability of the mechanism.
  • OS 0...360 - polar angle
  • amax is the specified value of the polar angle for the polar radius with the maximum value
  • the simplest basic closed curve can also serve to reflect the dependence of the change in the angular velocity W of the rotor on the angle of its rotation relative to the initial position.
  • the movement conversion mechanism is designed to provide the possibility of performing a double alternate blocking of each of the rotors in one revolution of the common shaft, ensuring a stable position of the elements stopped in this case relative to the mechanism housing, while continuing to rotate the second rotor. For one complete revolution of the common shaft, one complete revolution of each of the rotors occurs.
  • the execution of this algorithm is determined by the shape of the equidistant curves that determine the profiles of the cams.
  • the created motion transformation mechanism will provide the possibility of performing a double alternate stop of each of the rotors in one revolution of the common shaft. In this case, the stopped rotor will not linger in the position at which its angular velocity W is equal to zero, and immediately after stopping it will start a new acceleration.
  • the maximum energy conversion coefficient K will be achieved in the middle of the conversion cycle T, corresponding to the time of the gas expansion cycle in the combustion chamber (Fig. 10), when the rotation speed of one of the rotors WT is maximum, and the speed of the second W 2 is minimum.
  • a similar dynamics of change in the energy conversion coefficient K with a single-stage and located in the middle (very close to the middle) of the time of the conversion cycle T maximum have conversion mechanisms designed on the basis of crank (traditional piston engines), eccentric (rotary engines of the Wankel type), and also the previously mentioned lever-cam (rotary engine according to patent RU 2651106) schemes for converting the oscillatory motion of the pistons into uniform rotation of the output shaft.
  • the gas pressure force on the piston P is converted into a torque on the engine shaft M inefficiently
  • the efficiency of energy conversion will be higher if we optimize the moment of occurrence and the duration of the maximum value of the energy conversion coefficient K (segment B) in the time of the conversion cycle T.
  • the length of the curve segments with a constant maximum polar radius in sectors B characterizes the duration of the maximum value of the energy conversion coefficient during the working cycle and can be adjusted to optimize the acceleration-deceleration intensity of the rotors relative to the characteristics of pressure changes in the engine combustion chamber in order to minimize parasitic loads on the mechanism.
  • the condition for applicability to a mechanism for converting motion with a symmetrical differential gearbox is compliance with the requirement for the symmetry of the same-name sections of the curve relative to the center of the circle, as well as sections A with sections C relative to the line of minimum polar radius.
  • the equidistant which determines the profile of the cams with an internal working surface, is formed by the first-order derivative of the base closed curve, and the equidistant, which determines the profile of the cams with an external working surface, is formed by the second-order derivative of the base closed curve.
  • a first-order derivative of the basic closed curve (Fig. 13).
  • the sectors A W and Ci are built similarly to sections A, B and C as part of the original base closed curve, and sections A ⁇ and are calculated according to the condition of decreasing the values of the polar radius in these sectors symmetrically an increase in the polar radius in the At and St sectors relative to the center of the circle.
  • plot curve has a constant polar radius and connects the ends of the curves in sections
  • sections DT and EJ of equal length are introduced into the derivative of the first order from the basic closed curve, which break sections At and Cp as well as A1 and Ci to create the working surface of the cams in order to ensure the movement of the finger (roller) along the working surface of the cam at the moment of blocking rotor to redistribute the load, during the time of this blocking, along the working surface of the cam and eliminate the possible effect of work hardening.
  • Sections DT and Ei must run along the polar radii and connect the ends of the sections At and Cp as well as
  • the angular extents of sections with a variable polar radius on the first-order derivative curve set the same values of the angular extents to the corresponding derivatives of these sections on the second-order derivative curve.
  • the values of the minimum and maximum polar radii at the start and end points of the sections of the second derivative of the base curve must be equal to the corresponding values of the polar radii at the start and end points of the corresponding sections of the first derivative of the base curve.
  • all sections except for B2 and B2 ' are divided by the average polar angle d. mid into two parts a min- a mid and a mid ⁇ a m a x with equal angular extent, where
  • the formula for calculating the curve will take the form of parts between a min and a mid : and on parts between osta % and c mid : 131
  • p ⁇ Cos is the polar radius of the second order derivative
  • p(oc) max the given value of the maximum polar radius for the current sections
  • p(ct) mjn the specified value of the minimum polar radius for sections of the current sections
  • OS 0...360 - polar angle; oc mjn - the specified value of the polar angle for the polar radius with a minimum value for the current sections; amax - the specified value of the polar angle for the polar radius with the maximum value for the current sections;
  • Curve sections B2 and B2 have constant polar radii, and they connect the ends of the curve in adjacent sections.
  • the components of the converter are set to the base position (Fig. 15, 16).
  • Cams with an internal working surface are fixed on the rotors with the condition of parallel profiles of the sections corresponding to the segments DT and EJ on the first order derivative of the base closed curve, the line connecting the middles of the blades spaced 180 degrees.
  • Cams with an outer working surface must be rigidly fixed on the shaft with the condition that their symmetry axes are perpendicular.
  • the initial position of the mechanism during assembly is set so that on each side the cams with inner and outer working surfaces are positioned in the same direction by the midpoints of the sections corresponding to the sectors W and B2 on the first-order derivatives of the basic closed curve.
  • the engine works as follows.
  • a symmetrical differential gearbox transmits torque from a rotating rotor to the motor shaft with an increase of 2: 1.
  • an intake stroke occurs between pistons R2 and L2
  • a compression stroke occurs between pistons L2 and R1
  • a power stroke occurs between pistons L1 and R1
  • an exhaust stroke occurs between pistons L1 and R2.
  • the transmission of torque to the shaft occurs in two streams by means of cam gears and a symmetrical differential mechanism with transformation of the rotational-intermittent motion of the rotors into a uniform rotation of the output shaft of the engine.
  • a spark plug (s) and / or a fuel injection nozzle (s) are mounted in quantity and location depending on the type of engine by type of fuel used.

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) состоит из симметричного дифференциального редуктора, общего вала, стенок тороида, двух роторов с лопастями, между которыми образуются четыре рабочие камеры, двух блоков кулачковых передач, в каждой из которых кулачки имеют профили рабочих поверхностей, описываемые зависимостью полярного радиуса от полярного угла и представляющие собой эквидистанты от производных первого и второго порядка базовой замкнутой кривой. Также ДВС оснащен устройством динамического регулирования степени наполнения рабочей камеры тороида воздухом или топливовоздушной смесью с применением подвижной заслонки. Технический результат заключается в повышении КПД путем увеличения эффективности преобразования энергии расширяющихся газов во вращательное движение выходного вала двигателя, повышении надежности за счет плавного и двухпоточного преобразования движения лопастей с помощью применения комбинированного дифференциально-кулачкового механизма.

Description

Описание
РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Область техники
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники
Из предшествующего уровня техники известен роторный двигатель внутреннего сгорания, RU 2651106, F01C 1/067 (2006.01), в котором для преобразования энергии расширяющихся газов во вращательное движение выходного вала использованы рычажно-кулачковые устройства преобразования колебательного движения роторов с ромбическим шарнирным четырехзвенником, пальцы которого взаимодействуют с кулачком и направляющими.
Недостатком этого двигателя является низкая эффективность преобразования энергии расширяющихся газов в энергию вращательного движения выходного вала ввиду того, что максимум переменного передаточного отношения его механизма преобразования возникает значительно позже момента возникновения в камере сгорания максимального давления расширяющихся газов, следствием чего является возникновение больших паразитных нагрузок на механизм.
Известен роторный двигатель, US 6739307, F02B 53/00, в котором для преобразования энергии расширяющихся газов во вращательное движение выходного вала использован планетарно-кривошипный механизм.
Недостатком этого двигателя является недостаточная надежность работающих под большой нагрузкой шестеренчатых передач с наружным зубчатым зацеплением, а также наличие больших вибрационных нагрузок на механизм в моменты возникновения колебаний со знакопеременными скоростями останавливающихся в процессе работы двигателя роторов.
Кроме того, известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, RU 2225513, F01C 1/077 (2000.01), в котором для преобразования энергии расширяющихся газов во вращательное движение выходного вала использован сдвоенный мальтийский механизм и дифференциал, преобразующий вращательнопрерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью. Недостатком данного устройства является отсутствие плавности преобразования движения роторов и большие ударные нагрузки в моменты остановки мальтийского креста.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения и техническим результатом представляемого технического решения является повышение КПД путем увеличения эффективности преобразования энергии расширяющихся газов во вращательное движение выходного вала двигателя, повышение надежности за счет плавного и двухпоточного преобразования движения лопастей с помощью применения комбинированного дифференциально-кулачкового механизма.
Указанная цель достигается тем, что в двигателе, который содержит симметричный дифференциальный редуктор, два блока кулачковых передач, общий вал, стенки тороида и два ротора с лопастями, между которыми образуются четыре рабочие камеры, при возникновении рабочего давления от горения топлива происходит плавное и эффективное преобразование энергии расширяющихся газов во вращательное движение выходного вала двигателя с наименьшими паразитными потерями вследствие достигаемой расчетным методом максимальной оптимизации момента возникновения и длительности сохранения максимума переменного передаточного отношения механизма преобразования по отношению к моменту возникновения в камере сгорания максимального давления расширяющихся газов за счет оптимальной геометрии рабочих поверхностей кулачковых передач и при этом надежность повышается за счет двухпоточной передачи энергии вращения через кулачковые и дифференциальный механизмы.
Предпочтительно компоновка двигателя выполнена с размещением тороида с роторами на внешнем радиусе редуктора, что позволяет при более компактном исполнении двигателя более эффективно снимать теплоизбытки с внутренней части роторов с одновременным достижением более высоких показателей крутящего момента двигателя в связи большим плечом вращения лопастей в тороиде.
Предпочтительно форма тороида и лопастей выполнена с пятиугольным сечением, что предопределяет относительные простоту и дешевизну изготовления стенок тороида из цилиндрического и плоских элементов, а крепление лопасти на наклонной поверхности усеченного конуса ротора позволяет более равномерно воспринимать лопастью давление рабочих газов с уменьшением возможности появления критических деформаций.
Предпочтительно двигатель исполняется с устройством динамического регулирования степени наполнения рабочей камеры тороида воздухом (топливовоздушной смесью) с соответствующим изменением степени сжатия с применением сдвижной заслонки регулирования формы сечения впускного окна.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фигуре 1 изображен общий (изометрический) вид двигателя; на фигуре 2 - разрез А-А на фигуре 1 на фигуре 3 - общий (изометрический) вид двигателя без стенок корпуса кулачковой передачи; на фигуре 4 - изометрический вид двигателя без кулачковой передачи, боковой стенки тороида и опор двигателя; на фигуре 5 - изометрический вид двигателя без кулачковой передачи, боковой стенки тороида, опор двигателя и роторов с лопастями; на фигуре 6 - иллюстрация регулировки степени сжатия; на фигуре 7 - фрагмент сечения двигателя в области лопасти; на фигуре 8 - простейшая базовая кривая; на фигуре 9 - мультиплицированная простейшая базовая кривая; на фигуре 10 - иллюстрация эффективности преобразования энергии при моделировании на базе мультиплицированной простейшей базовой кривой; на фигуре 11 - иллюстрация повышения эффективности преобразования энергии при расширении периода действия максимального коэффициента передачи; на фигуре 12 - базовая кривая для моделирования механизма преобразования; на фигуре 13 - производная кривая первого порядка; на фигуре 14 - производная кривая второго порядка; на фигуре 15 и 16 - базовое расположение деталей механизма с обеих сторон двигателя; на фигуре 17 - схематическое отображение состояния равных скоростей лопастей двигателя на базе графика изменения угловой скорости в виде базовой кривой.
Поясняющие изобретения и чертежи не охватывают, а тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая его выполнения.
Описание варианта осуществления
Двигатель (Фиг. 1) содержит общий вал 1 , два блока кулачковых передач 2 и тороидальный блок 3. Установленный соосно внутри тороидального блока 3 на общем валу 1 симметричный дифференциальный редуктор 4 (Фиг. 2) является вместе с двумя блоками кулачковых передач 2 составной частью механизма преобразования движения колебательного движения роторов в равномерное вращение общего вала.
Тороидальный блок включает в себя две стенки тороида с плоскими рабочими поверхностями 5 и одну стенку тороида с цилиндрической рабочей поверхностью 6.
Внутри корпуса каждого из блоков кулачковых передач на общем валу 2 жестко закреплено по одному кулачку с наружной рабочей поверхностью 7 (Фиг. 2). В корпусе закреплены направляющие 8, по которым свободно перемещаются ползуны 9 с пальцами 10, на которых могут быть установлены ролики.
Два кулачка с внутренней рабочей поверхностью 11 , установлены каждый на своем роторе 12, на каждом из которых установлено по две лопасти 13 (Фиг. 4), разнесенных на 180 градусов.
Роторы 12 выполнены заодно с эпициклическими шестернями симметричного дифференциального редуктора 4, который своим водилом 14 концентрично и жестко установлен на общем валу (Фиг. 5).
В приливе стенки тороида с цилиндрической рабочей поверхностью 6 на противоположной стороне тороида от впускного 15 и выпускного 16 окон в требуемой позиции, рассчитываемой для обеспечения необходимого момента впрыска/зажигания (в зависимости от исполнения двигателя по типу используемого топлива), устанавливается форсун ка/свеча зажигания 17. При исполнении двигателя с системой принудительного поджига топлива, дополнительно в приливе стенки тороида между впускным окном и свечой зажигания может устанавливаться форсунка впрыска топлива 18.
При исполнении двигателя с применением системы жидкостного охлаждения, он может оснащаться рубашкой охлаждения стенок тороида 19.
Для регулирования степени наполнения рабочей камеры тороида воздухом (топливовоздушной смесью) и, соответственно, степени сжатия, впускное окно двигателя может оснащаться сдвижной заслонкой 20 с приводным механизмом 21. Площадь сечения впускного окна, его угловая протяженность в стенке тороида и, соответственно, размеры заслонки рассчитываются исходя из необходимых условий обеспечения работы двигателя с разной степенью регулирования форсировки. Приводной механизм заслонки рассчитывается исходя из необходимых условий обеспечения требуемой амплитуды и динамики изменения сечения впускного окна.
Схематично изменение угловой величины сегмента тороида, объем которого характеризует количество сжимаемого воздуха (топливовоздушной смеси), вследствие изменения формы сечения впускного окна путем сдвига заслонки в крайние положения представлена на Фиг. 6. Промежуточные положения заслонки также могут использоваться для динамичной регулировки степени форсировки двигателя.
Форма тороида и лопастей, выполненная с пятиугольным сечением, позволяет более равномерно воспринимать лопастью давление рабочих газов с уменьшением возможности появления критических деформаций, так как при этом можно добиться условия, когда срединный перпендикуляр от защемленного основания лопасти будет делить на равные части площадь, на которую воздействует давление рабочих газов (Фиг. 7).
Достижение цели данного изобретения обеспечивается за счет повышения эффективности преобразования энергии давления газов путем оптимизации времени возникновения и увеличения длительности действия максимальной величины коэффициента преобразования энергии в течение рабочего цикла двигателя при обеспечении плавности и надежности работы механизма.
Обеспечение плавности работы механизма основывается на использовании в основе создания кулачковых передач зависимости, представленной в виде простейшей базовой замкнутой кривой (Фиг. 8), описываемой зависимостью полярного радиуса от полярного угла с условием обеспечения наиболее плавного изменения полярного радиуса и условием, при котором касательная к базовой кривой в точке максимального полярного радиуса совпадает с касательной к окружности, описанной тем же полярным радиусом, а касательная к базовой кривой в точке минимального полярного радиуса совпадает с самим минимальным полярным радиусом.
Уравнение таковой кривой описывается формулой:
Figure imgf000007_0001
где р(ос) - полярный радиус; p(ct)mjn - задаваемая величина минимального полярного радиуса;
Др (ос) - задаваемый диапазон изменения величин полярного радиуса;
ОС = 0...360 - полярный угол; остах - задаваемая величина полярного угла для полярного радиуса максимальным значением;
Дос - задаваемый диапазон изменения полярного угла, при котором полярный радиус однократно изменяется в пределах между минимальным и максимальным значением. Простейшая базовая замкнутая кривая также может служить для отражения зависимости изменения угловой скорости W ротора от угла его поворота относительно исходного положения.
В предложенном конструктивном исполнении двигателя механизм для преобразования движения выполнен с обеспечением возможности за один оборот общего вала осуществления двукратной попеременной блокировки каждого из роторов, с обеспечением стабильного положения останавливаемых при этом элементов относительно корпуса механизма, при одновременном продолжении вращения второго ротора. За один полный оборот общего вала происходит по одному полному обороту каждого из роторов.
Выполнение указанного алгоритма обуславливается формой эквидистант, определяющих профили кулачков.
Для получения эквидистант, определяющих профиль кулачков с обеспечением возможности за один оборот общего вала осуществления двукратной попеременной остановки каждого из роторов, простейшую базовую кривую необходимо мультиплицировать (Фиг. 9).
При использовании в дальнейших расчетах мультиплицированной таким образом формы простейшей базовой замкнутой кривой, создаваемый механизм преобразования движения обеспечит возможность осуществления за один оборот общего вала двукратной попеременной остановки каждого из роторов. При этом остановленный ротор не будет задерживаться в положении, при котором его угловая скорость W равна нулю, а сразу после остановки начнёт новый разгон.
При этом максимум коэффициента преобразования энергии К будет достигаться в середине времени течения цикла преобразования Т, соответствующего времени течения такта расширения газов в камере сгорания (Фиг. 10), когда скорость вращения одного из роторов WT максимальна, а скорость второго W2 - минимальна. Схожей динамикой изменения коэффициента преобразования энергии К с одномоментным и расположенным в середине (очень близко к середине) времени течения цикла преобразования Т максимумом обладают механизмы преобразования сконструированные на базе кривошипно-шатунной (традиционные поршневые двигатели), эксцентриковой (роторные двигатели по типу Ванкеля), а также ранее упомянутой рычажно-кулачковой (роторный двигатель по патенту RU 2651106) схем преобразования колебательного движения поршней в равномерное вращение выходного вала. В связи с этим, сила давления газов на поршень Р, максимум которой возникает близко к началу времени течения цикла Т и интенсивно уменьшается ближе к середине этого цикла, преобразуется в крутящий момент на валу двигателя М неэффективно Эффективность преобразования энергии будет выше, если оптимизировать во времени течения цикла преобразования Т момент возникновения и продолжительность времени действия максимальной величины коэффициента преобразования энергии К (сегмент В). Для этого необходимо сместить период действия повышенных значений коэффициента преобразования энергии К ближе к периоду действия высоких показателей давления Р в камере сгорания сократив периоды разгона и замедления роторов и увеличив время их блокировки (сегменты А и С) (Фиг. 11).
Для получения эквидистант, определяющих профиль кулачков обеспечивающих возможность попеременной остановки каждого из роторов на требуемый период времени, в состав базовой замкнутой кривой необходимо включать соответствующие отрезки с постоянным полярным радиусом, разбивающие базовую кривую в местах ее выхода на максимальный полярный радиус (Фиг. 12).
Длина отрезков кривой с постоянным максимальным полярным радиусом в секторах В характеризует длительность действия максимальной величины коэффициента преобразования энергии в течение рабочего цикла и может корректироваться для оптимизации интенсивности разгона-замедления роторов относительно характеристик изменения давления в камере сгорания двигателя с целью минимизации паразитных нагрузок на механизм.
Условием применимости к механизму для преобразования движения с симметричным дифференциальным редуктором является соблюдение требования по симметричности одноименных участков кривой относительно центра круга, а также участков А с участками С относительно линии минимального полярного радиуса.
С использованием алгоритма получения базовой замкнутой кривой создаются ее производные, необходимые для конструирования профилей кулачков, представляющих собой эквидистанты, отстоящие от соответствующих кривых на величину радиуса пальцев либо роликов, установленных на этих пальцах.
Эквидистанта, определяющая профиль кулачков с внутренней рабочей поверхностью, образована производной первого порядка от базовой замкнутой кривой, а эквидистанта, определяющая профиль кулачков с наружной рабочей поверхностью, образована производной второго порядка от базовой замкнутой кривой.
Для получения профиля кулачка с внутренней рабочей поверхностью, необходимо построить производную первого порядка от базовой замкнутой кривой (Фиг. 13). При этом секторы А Вт и Ci строятся аналогично участкам А, В и С в составе исходной базовой замкнутой кривой, а участки А^ и
Figure imgf000009_0001
рассчитываются по условию уменьшения величин полярного радиуса в этих секторах симметрично увеличению величин полярного радиуса в секторах Ат и Ст относительно центра круга. Кривая участка
Figure imgf000010_0001
имеет постоянную величину полярного радиуса и соединяет концы кривых на участках
Figure imgf000010_0002
При этом в состав производной первого порядка от базовой замкнутой кривой вводятся участки DT И EJ равной длины, которые разрывают участки Ат и Ср а также А1 и Ci для создания рабочей поверхности кулачков с целью обеспечения перемещения пальца (ролика) по рабочей поверхности кулачка в момент блокировки ротора для перераспределения нагрузки, в течение времени этой блокировки, по рабочей поверхности кулачка и устранения возможного эффекта наклёпа. Участки DT и Ei должны пролегать вдоль полярных радиусов и соединять собой концы участков Ат и Ср а также
Figure imgf000010_0003
При этом должны соблюдаться условия равенства угловых длин участков:
Ai = А; , Bi = Bi и Ci = Ci .
Для получения профиля кулачка с наружной рабочей поверхностью необходимо построить производную второго порядка (Фиг. 14) от базовой замкнутой кривой.
Для введенных в состав производной первого порядка от базовой замкнутой кривой отрезков DT И EJ на производной второго порядка необходимо выделять участки D2 и Е2 с угловой протяженностью, соответствующей требуемой относительной длительности блокировки интегрируемых потоков мощности.
Величины угловой протяженности участков D2 и Е2 должны быть равны угловым протяженностям участков В2 и В2”, являющихся производными от участков Вт и E>i на кривой производной первого порядка:
Figure imgf000010_0004
При этом принимаем во внимание, что для работоспособности механизма, включая совместимость со свойствами симметричного дифференциального редуктора, угловые протяженности участков с переменным полярным радиусом на кривой производной первого порядка задают такие же величины угловых протяженностей соответствующим производным этих участков на кривой производной второго порядка.
Величины минимальных и максимальных полярных радиусов в начальных и конечных точках участков второй производной базовой кривой должны быть равны соответствующим величинам полярных радиусов в начальных и конечных точках на соответствующих участках первой производной базовой кривой. Для расчета кривой второй производной в дальнейших вычислениях все участки кроме В2 и В2 ' разбиваются по среднему полярному углу d.mid на две части amin-amid и amid~amax с равной угловой протяженностью, где
Figure imgf000011_0001
Для участков А'2' и С2 формула расчета кривой примет вид на частях в пределах между amin и amid :
Figure imgf000011_0002
а на частях в пределах между оста% и c mid : 131
Figure imgf000011_0003
где р^Сос) - полярный радиус производной второго порядка; р(ос)тах - заданная величина максимального полярного радиуса для текущих участков; p(ct)mjn - заданная величина минимального полярного радиуса для участков текущих участков;
Др(а) - заданный диапазон изменения величин полярного радиуса для участков текущих участков;
ОС = 0...360 - полярный угол; ocmjn - заданная величина полярного угла для полярного радиуса с минимальным значением для текущих участков; остах - заданная величина полярного угла для полярного радиуса с максимальным значением для текущих участков;
Дос - задаваемый диапазон изменения полярного угла, при котором полярный радиус однократно изменяется в пределах между минимальным и максимальным значением в расчетном периоде.
Расчет кривой на участках А'2" и С2' ' ведется по условию уменьшения величин полярного радиуса в этих секторах симметрично увеличению величин полярного радиуса в секторах А'2' и С2 относительно центра круга.
Для расчета кривой на участках D2 и Е2 применяются те же алгоритмы вычислений. Участки кривой В2 и В2” имеют постоянные величины полярных радиусов, и они соединяют собой концы кривой на соседних участках.
При сборке двигателя составляющие преобразователя выставляются в базовое положение (Фиг. 15, 16). Кулачки с внутренней рабочей поверхностью закрепляются на роторах с условием параллельности профилей участков, соответствующих отрезкам DT И EJ на производной первого порядка от базовой замкнутой кривой, линии, соединяющей середины разнесенных на 180 градусов лопастей. Кулачки с наружной рабочей поверхностью должны быть жестко закреплены на валу с условием соблюдения перпендикулярности их осей симметрии. При этом начальное положение механизма при сборке выставляется так, чтобы на каждой из сторон кулачки с внутренней и наружной рабочими поверхностями были позиционированы в одну и ту же сторону серединами участков, соответствующих секторам Вт и В2 на производных первого порядка от базовой замкнутой кривой.
Двигатель работает следующим образом.
В момент, при котором один из роторов с парой лопастей R1 и R2 находится в заблокированном состоянии, другой ротор со своей парой лопастей L1 и L2 вращается со скоростью в два раза большей скорости вращения вала под воздействием энергии расширяющихся в камере сгорания газов. При этом симметричный дифференциальный редуктор передает крутящий момент с вращающегося ротора на вал двигателя с повышением 2:1.
В это время между поршнями R2 и L2 происходит такт впуска, между поршнями L2 и R1 происходит такт сжатия, между поршнями L1 и R1 происходит такт рабочего хода, а между поршнями L1 и R2 происходит такт выпуска.
Тем временем поворот кулачка, жестко закрепленного на валу, вызывает на стороне заблокированного ротора перекатывание роликов, по частям рабочих поверхностей кулачков, соответствующих секторам D1 ;
Figure imgf000012_0001
D2, Е2 на производных базовой кривой.
С момента, когда места контактов роликов с кулачками достигнут секторов рабочих поверхностей кулачков, соответствующих производным сегментам от секторов А и С базовой кривой, начинается плавное торможение вращающегося ротора до полной его остановки и плавный разгон стоявшего ротора до скорости в два раза большей скорости вращения вала.
Дальнейшая работа механизма происходит в той же последовательности попеременно для каждой стороны. За один оборот общего вала происходит по два полуоборота роторов в челночном режиме.
Передача крутящего момента на вал происходит двумя потоками посредством кулачковых передач и симметричного дифференциального механизма с преобразованием вращательно-прерывистого движения роторов в равномерное вращение выходного вала двигателя.
Максимальное сближение замедляющихся и ускоряющихся лопастей происходит в момент, когда их скорости уравниваются, а их позиции равноудалены от места остановки. Схематично на Фиг. 17 этот момент отображен с использованием графика изменения угловой скорости wa в виде базовой кривой.
Расположенная посередине между максимально сблизившимися в конце такта сжатия лопастями точка является аналогом «ВМТ» в традиционных двигателях.
В стенке тороида, в секторе, где происходит такт сжатия на расчетном углу от «ВМТ» монтируются свеча (свечи) зажигания и/или либо форсунка (форсунки) впрыска топлива в количестве и с местом расположения в зависимости от типа двигателя по виду используемых топлив.
В радиально противоположной от «ВМТ» стороне тороида располагаются впускное и выпускное окна двигателя.

Claims

Формула изобретения
Роторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из симметричного дифференциального редуктора, общего вала, стенок тороида, двух роторов с лопастями, между которыми образуются четыре рабочие камеры, двух блоков кулачковых передач, каждая из которых содержит кулачек с внутренней рабочей поверхностью, установленный на роторе соосно общему валу, кулачек с наружной рабочей поверхностью, установленный соосно на общем валу, ползун с пальцами, установленный на направляющих, закрепленных на корпусе блока кулачковой передачи, при этом профиль кулачков с внутренней рабочей поверхностью описывается зависимостью полярного радиуса от полярного угла и представляет собой эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца наружу от производной первого порядка базовой замкнутой кривой, а профиль кулачков с наружной рабочей поверхностью описывается зависимостью полярного радиуса от полярного угла и представляют собой эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от производной второго порядка от базовой замкнутой кривой, при этом базовая замкнутая кривая описывается следующей формулой:
Figure imgf000014_0001
где p(a) - полярный радиус;
P(a)min > задаваемая величина минимального полярного радиуса;
Др(а) - задаваемый диапазон величин полярного радиуса;
Д ос - задаваемый диапазон полярного угла, при котором полярный радиус однократно изменяется в пределах между минимальным и максимальным значениями;
ОС = 0...360 - полярный угол; ocma% - задаваемая величина полярного угла для полярного радиуса с максимальным значением, и отличающийся наличием устройства динамического регулирования степени наполнения рабочей камеры тороида воздухом или топливовоздушной смесью с соответствующим изменением степени сжатия с применением подвижной заслонки для регулирования формы сечения впускного окна.
PCT/RU2021/050393 2020-12-24 2021-11-25 Роторный двигатель внутреннего сгорания WO2022139628A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142897A RU2754184C9 (ru) 2020-12-24 2020-12-24 Роторный двигатель внутреннего сгорания
RU2020142897 2020-12-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022139628A1 true WO2022139628A1 (ru) 2022-06-30

Family

ID=77669857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050393 WO2022139628A1 (ru) 2020-12-24 2021-11-25 Роторный двигатель внутреннего сгорания

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2754184C9 (ru)
WO (1) WO2022139628A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1551129A1 (de) * 1965-01-28 1970-01-15 Moorex Ind Inc Wechselkolbenmaschine
FR2070419A5 (ru) * 1969-12-04 1971-09-10 Soistier Joseph
RU2387844C2 (ru) * 2008-05-28 2010-04-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт" Роторно-поршневой двигатель с внешним подводом тепла
RU2673318C9 (ru) * 2018-02-15 2019-05-16 Андрей Алексеевич Зайцев Механизм для преобразования движения

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4226629A1 (de) * 1992-08-12 1994-02-17 Georg Froehlich Drehkolbenmotor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1551129A1 (de) * 1965-01-28 1970-01-15 Moorex Ind Inc Wechselkolbenmaschine
FR2070419A5 (ru) * 1969-12-04 1971-09-10 Soistier Joseph
RU2387844C2 (ru) * 2008-05-28 2010-04-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт" Роторно-поршневой двигатель с внешним подводом тепла
RU2673318C9 (ru) * 2018-02-15 2019-05-16 Андрей Алексеевич Зайцев Механизм для преобразования движения

Also Published As

Publication number Publication date
RU2754184C1 (ru) 2021-08-30
RU2754184C9 (ru) 2021-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101711778B1 (ko) 회전 피스톤 기계 및 제어 기어 장치
US8210151B2 (en) Volume expansion rotary piston machine
Wankel Rotary piston machines
US7827956B2 (en) Revolving piston internal combustion engine
US3799705A (en) Internal combustion engine with rotary piston
JPS5821082B2 (ja) 歯車なしロ−タ案内装置付き回転機関およびポンプ
EP0510125B1 (en) Rotary internal combustion engine
US8539930B2 (en) Rotary combustion apparatus
US20110048370A1 (en) Revolving piston internal combustion engine
JP2013527355A (ja) バランス型回転可変吸気カットオフバルブ及び第１の膨張に背圧のない第２の膨張を具えた回転ピストン蒸気エンジン
US4010716A (en) Rotary engine
US5501182A (en) Peristaltic vane device for engines and pumps
JP2012077751A (ja) ロータリーモジュレーションエンジン
WO2022139628A1 (ru) Роторный двигатель внутреннего сгорания
WO2013152730A1 (zh) 转子压缩机、转子发动机及转子汽轮机
RU2673318C1 (ru) Механизм для преобразования движения
US3381670A (en) Rotary internal combustion engine
RU2338883C1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
RU2778194C1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
RU2215159C2 (ru) Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания
RU2292470C2 (ru) Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания
RU2754834C1 (ru) Роторный детонационный двигатель
RU2524795C2 (ru) Роторный двигатель внутреннего сгорания
CN106948934B (zh) 一种摆块配合凸轮转子内燃发动机动力系统
JPS5849692B2 (ja) ナイネンキカン

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21911660

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 22.11.2023)