ПЛАНЕТАРНЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
PLANETARY ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE (VERSIONS)

Это изобретение относится к роторному двигателю с планетарными вращающимися элементами. В частности, это изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с многокрыльчатыми вращающимися элементами, совершающими орбитальное вращение вокруг ротора в корпусе с камерой.
Роторные двигатели известного уровня техники делят на две категории: приводящиеся паром и представляющие собой двигатели внутреннего сгорания. Роторные двигатели, приводимые паром, обычно включают в себя камеру расширения, которая обеспечивает приложение к элементу силы, приводящей ротор во вращение. Примеры роторных двигателей с приведением паром включают в себя двигатели, раскрытые в патентах США №949605, 3865086, 5039290 и 6503072.
На протяжении ряда лет предпринимаются попытки разработки роторного двигателя внутреннего сгорания. Примером наиболее успешной из этих попыток является двигатель Ванкеля, раскрытый в патенте США №4926816. Обычный двигатель Ванкеля включает в себя корпус ротора, имеющий внутреннюю стенку с тороидальной конфигурацией, треугольный ротор, расположенный в полости корпуса для его вращения, с его вершинами, находящимися в контакте скольжения с внутренней стенкой корпуса ротора, и с эксцентриковым валом, удерживающим ротор.
Более ранний пример иного типа роторного двигателя внутреннего сгорания раскрыт в патенте США №2454006. В этом патенте раскрыт двигатель с цилиндрическим кожухом, с двумя упорами, выступающими в кольцевую камеру, образуемую кожухом, и с ротором. Кольцевая камера разделена на силовую, воспламеняющую и выхлопную область, и на область всасывания и сжатия, которые диаметрально противоположны друг другу. Ротор имеет две крестообразных, лопаточных поворотных пластины, которые совершают вращение при зацеплении с упорами. К кожуху прикреплен корпус, несущий поворотный цилиндр для комбинируемых воспламенения и сжатия. Диаметрально противоположно корпусу на кожухе находятся соответственно подвод и отвод для всасывания и выхлопа.
В патенте США №3865522 раскрыт двигатель с цилиндрическим кожухом, имеющим дискообразную центральную внутреннюю полость с восемью радиальными углублениями или вырезами, образованными в кожухе. Основному диску или ротору приданы такие размеры, чтобы он заходил во внутреннюю полость. Ротор имеет частично круглые полости, образованные диаметрально противоположно друг другу. В частично круглые полости заходят рычажные колеса, которые совершают вращение внутри частично круглых полостей. Каждое из рычажных колес имеет три отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии радиальных плеча, которые входят в зацепление с вырезами, когда ротор совершает вращение внутри кожуха. Система всасывания топлива включает в себя каналы, образованные так, что они проходят через кожух вблизи вырезов. Выхлопные отверстия образованы так, что проходят через тело ротора и сообщаются с выхлопным коллектором, выходящим наружу от кожуха. Патент США №4274374 представляет собой усовершенствование упомянутого выше патента. Это усовершенствование предполагает дополнительное воздушное охлаждение двигателя.
В патенте США №4481920 раскрыт всасывающий ротор, окруженный тремя вспомогательными роторами, все из которых установлены внутри узла с выступами. Каждая из клапанных плит и передней крышки кожуха установлена перед узлом, с валом ротора выхлопа/всасывания, шарнирно установленным внутри центрального отверстия вращающейся клапанной плиты, неподвижной плиты выхлопного клапана и крышки переднего кожуха. Узел с выступами для реакторов имеет девять выступов для внутренних реакторов с отверстиями для доступа к свечам зажигания, проходящими через выступы. Кроме того, внутри узла с выступами для реакторов установлен узел с сальником и пружиной, который расположен между каждым из выступов для реакторов.
В заявке на патент Германии DE 4242966 раскрыт роторный двигатель. Корпус заключает в себе цилиндрообразный ротор, который имеет четыре углубления в идущей по периферийной поверхности. В углубления заходят поршни, которые имеют звездообразную форму с тремя выступами, отстоящими друг от друга вокруг центра вращения поршней. Внутренняя поверхность корпуса имеет волнообразную форму с впадинами и вершинами. Каждая из четырех вершин имеет свечу зажигания, защищенную с передней стороны выхлопным клапаном и с задней стороны всасывающим клапаном.
Поршни вращаются по часовой стрелке, когда они совершают орбитальное движение вокруг центра ротора, который вращается против часовой стрелки и несет на себе поршни. Один или более выступов каждого поршня непрерывно удерживают в контакте с внутренней поверхностью корпуса, когда ротор совершает вращение внутри корпуса. В заявке на патент Германии не раскрыт или не предложен механизм, посредством которого поршни совершают вращение, когда они выполняют орбитальное движение вокруг центра ротора.
В указанной заявке на патент Германии описаны поршни, движущиеся к выхлопным клапанам, а это указывает на то, что в двигателе используют уменьшающийся объем для выталкивания выхлопа из выхлопного клапана. Поршни перемещаются от всасывающих клапанов, а это указывает на то, что всасываемый воздух всасывают в двигатель посредством увеличения объема камеры, втягивая таким образом воздух в двигатель.
Согласно упомянутой заявке на патент Германии поршни работают в тандеме, то есть противоположные поршни тянут всасываемые воздух-топливо через клапаны и выхлопные газообразные продукты сгорания через клапаны. В то же время два других поршня подвержены воздействию процесса сгорания с одной стороны и процессу сжатия с другой стороны. С поворотом положений поршней против часовой стрелки эти поршни выполняют те же самые операции. То есть соответствующие поршни всегда выполняют всасывание и выхлоп. Подобным же образом другие соответствующие поршни всегда участвуют в процессах сжатия и сгорания.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: корпус, имеющий боковую стенку, при этом внутренняя поверхность боковой стенки имеет три выступа, смежные из которых отделены вершиной; заднюю плиту, имеющую множество выхлопных отверстий и множество впускных отверстий и прикрепленную к корпусу; переднюю плиту, имеющую заднюю поверхность, обращенную к задней плите, и противоположную переднюю поверхность, при этом передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе; ротор, имеющий вал и, по меньшей мере, одну круглую вырезанную область, при этом ротор прикреплен к передней плите, посредством чего передняя плита вращается совместно с ротором, и ротор имеет наружную поверхность, периодически образующую уплотнение с каждой вершиной, когда ротор вращается внутри корпуса; по меньшей мере, один вращающийся элемент, при этом каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента имеет вал вращающегося элемента с шестерней вращающегося элемента, причем вал вращающегося элемента проходит через соответствующее отверстие в передней плите, шестерня примыкает к передней поверхности передней плиты, по меньшей мере, один вращающийся элемент примыкает к задней поверхности передней плиты, каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента выполнен с возможностью вращения внутри соответствующей, по меньшей мере, одной круглой вырезанной области в роторе, и каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента имеет три концевых части, равноотстоящих друг от друга вокруг вращающегося элемента; заднюю кольцевую установочную опору для размещения каждого вала вращающегося элемента противоположно шестерне вращающегося элемента, при этом заднее кольцо размещено в канале в задней плите; солнечную шестерню, установленную соосно с валом ротора и неподвижно относительно корпуса; группу из трех промежуточных шестерен, каждая из которых входит в зацепление с солнечной шестерней и с соответствующей одной шестерней вращающегося элемента; средства для введения топлива в корпус; средства для воспламенения топлива в корпусе; выхлопной коллектор для направления газа, образуемого при сгорании, из множества выхлопных отверстий; всасывающий коллектор для направления воздуха к множеству впускных отверстий.
Предпочтительно каждая из трех концевых частей каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента включает в себя уплотнение.
Предпочтительно каждая из трех концевых частей каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента включает в себя средства для уплотнения.
Предпочтительно ротор включает в себя множество боковых уплотнений, а, по меньшей мере, один вращающийся элемент включает в себя множество боковых уплотнений.
Предпочтительно ротор включает в себя средства для уплотнения.
Предпочтительно, по меньшей мере, один вращающийся элемент включает в себя средства для уплотнения передней стороны и задней стороны каждого вращающегося элемента.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: корпус, имеющий боковую стенку, при этом внутренняя поверхность боковой стенки имеет множество выступов, причем смежные выступы из множества выступов отделены вершиной, а корпус включает в себя заднюю плиту, имеющую множество выхлопных отверстий и множество впускных отверстий; ротор, имеющий вал и, по меньшей мере, два плеча, при этом смежные, по меньшей мере, из двух плеч образуют круглую вырезанную область, причем ротор периодически образует уплотнение с каждой вершиной, когда он вращается внутри корпуса; по меньшей мере, один вращающийся элемент, при этом каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента имеет вал, каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента выполнен с возможностью вращения внутри соответствующей одной круглой вырезанной области в роторе, и каждый вращающийся элемент имеет три концевые части, равноотстоящих друг от друга вокруг, по меньшей мере, одного вращающегося элемента; шестеренный узел, посредством которого, по меньшей мере, один вращающийся элемент совершает орбитальное вращение вокруг вала ротора, а, по меньшей мере, одна из трех концевых частей каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента сохраняет контакт с соответствующим одним из множества выступов; средства для введения топлива в корпус; средства для воспламенения топлива в корпусе; заднюю кольцевую установочную опору для размещения каждого вала вращающегося элемента противоположно шестерне вращающегося элемента, при этом заднее кольцо размещено в канале в задней плите.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя переднюю плиту, которая имеет заднюю поверхность, обращенную к задней плите, при этом передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе, в которой ротор вращается и несет на себе, по меньшей мере, один вращающийся элемент.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя выхлопной коллектор для направления газа, образуемого при сгорании, из множества выхлопных отверстий.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя всасывающий коллектор для направления воздуха к множеству впускных отверстий.
Предпочтительно каждая из трех концевых частей каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента включает в себя уплотнение.
Предпочтительно каждая из трех концевых частей каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента включает в себя средства для уплотнения.
Предпочтительно ротор включает в себя, по меньшей мере, одно боковое уплотнение, а, по меньшей мере, один вращающийся элемент включает в себя множество боковых уплотнений.
Предпочтительно ротор включает в себя средства для уплотнения.
Предпочтительно, по меньшей мере, один вращающийся элемент включает в себя средства для уплотнения передней стороны и задней стороны каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: корпус, имеющий боковую стенку, при этом внутренняя поверхность боковой стенки имеет, по меньшей мере, два выступа, причем смежные выступы из упомянутых, по меньшей мере, двух выступов отделены вершиной; ротор, имеющий вал и, по меньшей мере, одну круглую вырезанную область, при этом ротор периодически образует уплотнение с каждой вершиной, когда он вращается внутри корпуса; по меньшей мере, один вращающийся элемент, при этом каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента выполнен с возможностью вращения внутри соответствующей, по меньшей мере, одной круглой вырезанной области в роторе, и каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента имеет три концевых части, равноотстоящих друг от друга вокруг, по меньшей мере, одного вращающегося элемента, вследствие чего, по меньшей мере, один вращающийся элемент последовательно подвергается воздействию, по меньшей мере, части цикла всасывания, цикла сжатия, цикла рабочего хода и, по меньшей мере, части цикла выхлопа, когда ротор поворачивается на угол, равный угловому интервалу от первого положения верхней мертвой точки до второго положения верхней мертвой точки; средства для орбитального вращения, по меньшей мере, одного вращающегося элемента вокруг ротора при сохранении, по меньшей мере, одной концевой части, по меньшей мере, одного вращающегося элемента в контакте с, по меньшей мере, одним из указанных, по меньшей мере, двух выступов; средства для введения топлива в корпус; средства для воспламенения топлива в корпусе.
Предпочтительно первое положение верхней мертвой точки имеет место тогда, когда одна из круглых вырезанных областей сцентрирована вокруг одной из вершин, а второе положение верхней мертвой точки имеет место тогда, когда одна из круглых вырезанных областей сцентрирована вокруг другой из вершин.
Предпочтительно корпус включает в себя заднюю плиту, имеющую выхлопное отверстие и впускное отверстие для каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя выхлопное отверстие и впускное отверстие вблизи, по меньшей мере, одного вращающегося элемента.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя переднюю плиту, которая имеет заднюю поверхность, обращенную к задней плите, прикрепленной к корпусу, при этом передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе, в которой ротор совершает вращение и несет на себе, по меньшей мере, один вращающийся элемент.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя переднюю плиту, которая имеет заднюю поверхность, обращенную к задней плите, прикрепленной к корпусу, при этом передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе, в которой ротор совершает вращение и несет на себе, по меньшей мере, один вращающийся элемент, причем вал каждого вращающегося элемента проходит через соответствующее отверстие в передней плите.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя заднюю кольцевую установочную опору, для размещения каждого вала вращающегося элемента противоположно шестеренному узлу, причем заднее кольцо размещено в канале в задней плите.
Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: средства для втягивания воздуха; средства для сжатия воздуха; средства для введения топлива в воздух; средства для сжигания воздуха и топлива; средства для выхлопа сгоревших топлива и воздуха; и средства для обеспечения вращательного движения от средств для сжигания.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя средства для уплотнения.
Согласно пятому объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: корпус, имеющий боковую стенку, при этом внутренняя поверхность боковой стенки имеет множество выступов, причем смежные выступы из, по меньшей мере, двух выступов отделены вершиной; ротор, имеющий вал и, по меньшей мере, одну круглую вырезанную область, при этом ротор выполнен с возможностью вращения внутри корпуса, периодически образует уплотнение с каждой вершиной, когда он совершает вращение внутри корпуса, и занимает первое положение верхней мертвой точки и второе положение верхней мертвой точки; и, по меньшей мере, один вращающийся элемент, при этом каждый из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента выполнен с возможностью вращения внутри соответствующей, по меньшей мере, одной круглой вырезанной области в роторе, причем каждый вращающийся элемент имеет множество концевых частей, равноотстоящих друг от друга вокруг, по меньшей мере, одного вращающегося элемента, по меньшей мере, одна из множества концевых частей входит в контакт с одним из множества выступов, когда ротор совершает вращение внутри корпуса, смежные из множества концевых частей отделены боковой поверхностью, задняя из боковых поверхностей образует камеру сгорания, когда смежные из множества концевых частей входят в контакт с внутренней поверхностью корпуса, при этом задняя из боковых поверхностей выполнена с возможностью последовательного выполнения цикла рабочего хода и, по меньшей мере, части цикла выхлопа, а передняя из боковых поверхностей выполнена с возможностью последовательного выполнения, по меньшей мере, части цикла всасывания и цикла сжатия, когда ротор поворачивается на угол, равный угловому интервалу от первого положения верхней мертвой точки до второго положения верхней мертвой точки.
Предпочтительно первое положение верхней мертвой точки имеет место тогда, когда одна из, по меньшей мере, одной круглых вырезанных областей сцентрирована вокруг одной из вершин, а второе положение верхней мертвой точки имеет место тогда, когда одна из, по меньшей мере, одной круглых вырезанных областей сцентрирована вокруг другой из вершин.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя заднюю плиту, имеющую выхлопное отверстие и впускное отверстие для каждого из, по меньшей мере, одного вращающегося элемента.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя заднюю плиту и переднюю плиту, при этом передняя плита имеет заднюю поверхность, обращенную к задней плите, причем передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе, в которой ротор вращается и несет на себе, по меньшей мере, один вращающийся элемент.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя заднюю кольцевую установочную опору для размещения каждого вала вращающегося элемента противоположно шестерне вращающегося элемента, при этом заднее кольцо размещено в канале в задней плите, прикрепленной к корпусу.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя узел, посредством которого, по меньшей мере, один вращающийся элемент совершает орбитальное вращение вокруг ротора при сохранении, по меньшей мере, одной концевой части, по меньшей мере, одного вращающегося элемента в контакте с, по меньшей мере, одним из множества выступов.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя средства для орбитального вращения, по меньшей мере, одного вращающегося элемента вокруг ротора с сохранением, по меньшей мере, одной концевой части, по меньшей мере, одного вращающегося элемента в контакте с, по меньшей мере, одним из множества выступов.
Согласно шестому объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: корпус, имеющий боковую стенку, при этом внутренняя поверхность боковой стенки корпуса имеет множество выступов, смежные из которых отделены вершиной; ротор, имеющий вал и круглую вырезанную область, при этом ротор выполнен с возможностью вращения внутри корпуса, периодически образует уплотнение с каждой вершиной, когда он совершает вращение внутри корпуса, и занимает, по меньшей мере, одно положение верхней мертвой точки; вращающийся элемент, выполненный с возможностью вращения внутри круглой вырезанной области в роторе, при этом вращающийся элемент имеет множество концевых частей, равноотстоящих друг от друга вокруг вращающегося элемента, смежные из множества концевых частей отделены посредством боковой поверхности, каждая из боковых поверхностей образует граничную стенку для камеры, по меньшей мере, одна из множества концевых частей образует уплотнение с боковой стенкой корпуса, каждая из боковых поверхностей последовательно подвергается, по меньшей мере, части цикла всасывания, циклу сжатия, циклу рабочего хода и, по меньшей мере, части цикла выхлопа, когда вращающийся элемент совершает орбитальное вращение вокруг вала ротора при повороте ротора на угол, равный угловому интервалу от первого положения верхней мертвой точки до второго положения верхней мертвой точки, причем каждая из боковых поверхностей подвергается циклу рабочего хода тогда, когда боковая стенка вращающегося элемента примыкает к одной из вершин.
Предпочтительно первое положение верхней мертвой точки имеет место тогда, когда одна из, по меньшей мере, одной круглых вырезанных областей сцентрирована вокруг одной из вершин, а второе положение верхней мертвой точки имеет место тогда, когда одна из, по меньшей мере, одной круглых вырезанных областей сцентрирована вокруг другой из вершин.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя заднюю плиту, имеющую выхлопное отверстие и впускное отверстие для вращающегося элемента.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя заднюю плиту и переднюю плиту, при этом передняя плита имеет заднюю поверхность, обращенную к задней плите, причем передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе, в которой ротор вращается и несет на себе вращающийся элемент.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя заднюю кольцевую установочную опору для размещения каждого вала вращающегося элемента противоположно шестерне вращающегося элемента, при этом заднее кольцо размещено в канале в задней плите, прикрепленной к корпусу.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя узел, посредством которого, по меньшей мере, один вращающийся элемент совершает орбитальное вращение вокруг ротора при сохранении, по меньшей мере, одной концевой части, по меньшей мере, одного вращающегося элемента в контакте с, по меньшей мере, одним из множества выступов.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя средства для орбитального вращения, по меньшей мере, одного вращающегося элемента вокруг ротора с сохранением, по меньшей мере, одной концевой части, по меньшей мере, одного вращающегося элемента в контакте с, по меньшей мере, одним из множества выступов.
Согласно седьмому объекту настоящего изобретения создан роторный двигатель, обеспечивающий внутреннее сгорание топлива и содержащий: корпус, имеющий боковую стенку, при этом внутренняя поверхность боковой стенки корпуса имеет множество выступов, причем смежные выступы из множества выступов отделены вершиной; ротор, имеющий вал и круглую вырезанную область, при этом ротор выполнен с возможностью вращения внутри корпуса, периодически образует уплотнение с каждой вершиной, когда он совершает вращение внутри корпуса, и занимает, по меньшей мере, одно положение верхней мертвой точки; вращающийся элемент, выполненный с возможностью вращения внутри круглой вырезанной области в роторе, при этом вращающийся элемент имеет множество концевых частей, равноотстоящих друг от друга вокруг вращающегося элемента, смежные из множества концевых частей отделены посредством боковой поверхности, каждая из боковых поверхностей образует граничную стенку для камеры, по меньшей мере, одна из множества концевых частей образует уплотнение с боковой стенкой корпуса, каждая из боковых поверхностей подвергается циклу рабочего хода, когда боковая стенка вращающегося элемента примыкает к одной из вершин, при этом каждая из боковых поверхностей последовательно подвергается циклу всасывания, циклу сжатия, циклу рабочего хода и циклу выхлопа, когда вращающийся элемент совершает одно полное орбитальное вращение вокруг вала ротора.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя заднюю плиту, имеющую выхлопное отверстие и впускное отверстие для вращающегося элемента.
Предпочтительно корпус дополнительно включает в себя заднюю плиту и переднюю плиту, при этом передняя плита имеет заднюю поверхность, обращенную к задней плите, причем передняя плита, задняя плита и боковая стенка образуют полость в корпусе, в которой ротор совершает вращение и несет на себе вращающийся элемент.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя заднюю кольцевую установочную опору для размещения каждого вала вращающегося элемента противоположно шестерне вращающегося элемента, при этом заднее кольцо размещено в канале в задней плите, прикрепленной к корпусу.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя узел, посредством которого вращающийся элемент совершает орбитальное вращение вокруг ротора с сохранением при этом, по меньшей мере, одной концевой части вращающегося элемента в контакте с, по меньшей мере, одним из множества выступов.
Предпочтительно роторный двигатель дополнительно включает в себя средства для орбитального вращения вращающегося элемента вокруг ротора с сохранением при этом, по меньшей мере, одной концевой части вращающегося элемента в контакте с множеством выступов.
Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения создан роторный двигатель внутреннего сгорания с множеством вращающихся элементов. Вращающиеся элементы совершают орбитальное вращение вокруг центра ротора, когда ротор вращается внутри корпуса с множеством выступов. Концевые части или вершины вращающихся элементов входят в зацепление с выступами и круглыми вырезами в роторе, когда ротор совершает вращение. Когда вращающиеся элементы движутся вокруг корпуса, происходит выполнение четырех циклов внутреннего сгорания (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп). Когда каждый вращающийся элемент перемещается вокруг корпуса, циклы рабочего хода и выхлопа происходят со стороны лопатки вращающегося элемента, которая является задней, а циклы всасывания и сжатия происходят со стороны вращающегося элемента, которая является передней. В частности, когда с одной стороны вращающегося элемента происходит сжатие всасываемого газа, с другой стороны вращающегося элемента происходит цикл рабочего хода.
В одном из вариантов осуществления конструкции задняя плита, прикрепленная к одному концу корпуса, включает в себя всасывающее и выхлопное отверстия, которые последовательно открываются и закрываются посредством вращающихся элементов и ротора, когда они перемещаются внутри корпуса. Передняя плита вращается совместно с ротором и отделяет камеры сгорания от узла с планетарной передачей, что обеспечивает выстраивание вращающихся элементов, когда они совершают орбитальное вращение вокруг вала ротора.
Всасываемый газ содействует удалению газообразных продуктов сгорания из выхлопных отверстий. В одном из вариантов конструкции всасываемый газ не содержит топливо, которое впрыскивают после начала цикла сжатия. В другом варианте конструкции всасываемый газ проходит через карбюратор, а смесь топлива и воздуха проходит через впускные отверстия. В одном из вариантов конструкции сгорание инициирует свеча зажигания. В другом варианте конструкции сгорание инициирует сжатие.
Вышеупомянутые отличительные признаки согласно изобретению будут более понятны после прочтения приведенного ниже подробного описания изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе одного из вариантов осуществления конструкции роторного двигателя;
Фиг.2 - вид в перспективе варианта конструкции роторного двигателя со снятой передней крышкой;
Фиг.3 - вид в перспективе варианта конструкции роторного двигателя, иллюстрирующий конфигурацию планетарной передачи;
Фиг.4 - вид с разнесением деталей варианта конструкции роторного двигателя;
Фиг.5 - вид в перспективе задней части варианта конструкции роторного двигателя;
Фиг.6 - вид в перспективе задней части варианта конструкции роторного двигателя, на котором снята задняя плита;
Фиг.7 - вид в перспективе варианта конструкции задней плиты;
Фиг.8 - вид в поперечном сечении варианта конструкции задней плиты;
Фиг.9 - вид в перспективе варианта конструкции роторного двигателя, иллюстрирующий вариант конструкции передней опорной плиты;
Фиг.10 - вид в перспективе варианта конструкции вращающихся элементов и ротора роторного двигателя;
Фиг.11 - вид спереди в плане варианта конструкции вращающихся элементов и ротора роторного двигателя;
Фиг.12 - вид спереди в плане варианта конструкции корпуса и задней плиты роторного двигателя;
Фиг.13 - вид в перспективе варианта конструкции ротора роторного двигателя;
Фиг.14 - вид в перспективе варианта конструкции вращающегося элемента роторного двигателя;
Фиг.15А-F - виды в плане ротора и вращающихся элементов, которые совершают вращение на протяжении одного цикла зажигания;
Фиг.16 - наглядный вид четырех циклов внутреннего сгорания.
Раскрыто устройство, предназначенное для роторного двигателя. Вариант осуществления конструкции, показанный на чертежах, представляет собой двигатель внутреннего сгорания с впрыском топлива, содержащий вращающиеся элементы, которые совершают орбитальное вращение вокруг ротора и приводят его в действие. Роторный двигатель 10 предназначен для работы на различном топливе, включая, но не ограничиваясь этим, бензин и дизельное топливо. Роторный двигатель 10 предназначен для сжигания какого-либо вида текучего топлива посредством обычной искры, воспламенения от сжатия или посредством другого типа системы воспламенения.
На фиг.1 представлен вид в перспективе одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10. Корпус 102 имеет переднюю крышку 104 и заднюю плиту 106. Переднюю крышку 104 и заднюю плиту 106 крепят к корпусу 102 посредством сквозных болтов 122 и соответствующих гаек 124. Вал 108 ротора проходит от передней крышки 104. Позади задней плиты 106 виден коллектор 116 для всасывающих отверстий 504 и выхлопных отверстий 502. Со стороны корпуса 102 также представлены одна из трех свечей зажигания 112 и один из трех топливных инжекторов 114.
На фиг.2 представлен вид в перспективе одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10 со снятой передней крышкой 104. Промежуточную плиту 204 крепят к передней опорной плите 202 средствами крепления 214. Узел из передней опорной плиты 202 и промежуточной плиты 204 вращается совместно с валом 108 ротора и удерживает валы промежуточных шестерен для вращения совместно с валом 108 ротора. Установочная опора 212 солнечной шестерни имеет отверстие для вала 108 ротора и заходит внутрь отверстия в промежуточной плите 204. Установочная опора 212 солнечной шестерни предназначена для крепления к передней крышке 104 и неподвижна по отношению к корпусу 102. В одном из вариантов конструкции установочная опора 212 солнечной шестерни включает в себя подшипник, удерживающий вал 108 ротора.
На фиг.2 видны сквозные отверстия 222, предназначенные для захождения в них средств крепления двигателя, таких как сквозные болты 122. Также видны отверстия 232 в корпусе 102, которые соответствуют отверстиям 132 в передней крышке 104. Центрирующие пальцы (не показаны), вставленные в отверстия 232, содействуют сборке передней крышки 104 с корпусом 102.
На фиг.3 представлен вид в перспективе одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10, иллюстрирующий узел с планетарной передачей. На этом виде, на котором промежуточная плита 204 и установочная опора 212 солнечной шестерни удалены, показаны три шестерни 206 вращающихся элементов, три промежуточных шестерни 306 и солнечная шестерня 308. В этом иллюстративном варианте конструкции все шестерни 206, 306, 308 имеют одинаковое количество зубьев. Солнечная шестерня 308 неподвижна относительно корпуса 102, и когда шестерни 206 вращающихся элементов совершают орбитальное вращение вокруг солнечной шестерни 308, эти шестерни 206 сохраняют одну и ту же ориентацию, то есть зубья шестерен 206 не вращаются относительно зубьев солнечной шестерни 308. В одном из вариантов конструкции солнечную шестерню 308 крепят к установочной опоре 212. В другом варианте конструкции, в котором количество вращающихся элементов 1006 не такое же, как количество выступов 1112, шестерни 206 вращающихся элементов совершают вращение таким образом, чтобы обеспечить сохранение контакта концевых частей вращающихся элементов 1006 с выступами 1112, когда вращающиеся элементы 1006 совершают орбитальное вращение вокруг вала 108 ротора. Специалистам в этой области техники будет понятно, что без отклонения от объема или существа настоящего изобретения могут быть использованы другие механизмы для орбитального вращения вращающихся элементов 1006 вокруг ротора 1002.
Передняя опорная плита 202 вращается относительно корпуса 102, но эта плита 202 неподвижна относительно вала 108 ротора. Передняя опорная плита 202 имеет отверстия для валов 316 вращающихся элементов, которые несут на себе шестерни 206 вращающихся элементов. В одном из вариантов конструкции валы 316 вращающихся элементов входят в зацепление с подшипниками в передней опорной плите 202 и промежуточной плите 204.
Плита 202 также удерживает промежуточные валы 326, которые несут на себе промежуточные шестерни 306. В одном из вариантов конструкции промежуточные валы 326 крепят в передней опорной плите 202 и промежуточной плите 204, а промежуточные шестерни 306 вращаются на промежуточных валах 326. В другом варианте конструкции промежуточные шестерни 306 крепят к промежуточным валам 326 и промежуточные валы 326 входят в зацепление с подшипниками в передней опорной плите 202 и промежуточной плите 204.
На фиг.4 представлен вид с разнесением деталей одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10, показывающий переднюю крышку 104, промежуточную плиту 204, шестерню 206, 306, 308 планетарной передачи, корпус 102, заднюю плиту 106 и коллектор 116. В одном из вариантов конструкции болты 122 проходят через корпус 102, соединяя переднюю крышку 104, корпус 102 и заднюю плиту 106 посредством зацепления с гайками 124. В других вариантах конструкции корпус 102 включает в себя шпильки или обеспечивает доступ болтов, выполняющих крепление передней крышки 104 и задней плиты 106 к корпусу 102.
На фиг.5 представлен вид в перспективе задней части одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10, с которого снят коллектор 116. В представленном варианте конструкции вал 108 ротора проходит через заднюю плиту 106. Вал 108 ротора окружают выхлопные отверстия 502 и всасывающие отверстия 504. На фиг.7 представлена задняя плита 106, а также представлена компоновка отверстий 502, 504.
На фиг.6 представлен вид в перспективе задней части одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10 со снятой задней плитой 106. Задняя кольцевая установочная опора 602 имеет отверстия, в которые заходят валы 316 вращающихся элементов. В одном из вариантов конструкции задняя кольцевая установочная опора 602 включает в себя подшипники для валов 316 вращающихся элементов. Установочная опора 602 вращается совместно с валом 108 ротора. В представленном варианте осуществления конструкции крепежные детали 604 крепят заднюю кольцевую установочную опору 602 к ротору 1002.
На фиг.6 представлены отверстия 232 для центрирования корпуса, которые совместно с центрирующими пальцами (не показаны) способствуют центрированию задней плиты 106 с корпусом 102.
На фиг.7 представлен вид в перспективе одного из вариантов конструкции задней плиты 106. На фиг.8 представлен вид в поперечном сечении варианта конструкции задней плиты 106. Задняя плита 106 неподвижна по отношению к корпусу 102. Центрирующие отверстия 532 способствуют центрированию задней плиты 106 с корпусом 102. Задняя плита 106 включает в себя сквозные отверстия 724 для средств крепления, таких как сквозные болты 122. Три выхлопных отверстия 502 и три впускных отверстия 504 представляют собой сквозные отверстия в задней плите 106. Задняя плита 106 также включает в себя отверстие 708 для прохождения вала 108 ротора. В одном из вариантов конструкции задняя плита 106 включает в себя подшипник для вала 108 ротора, когда он проходит через отверстие 708.
Задняя плита 106 включает в себя канал 702, в котором задняя кольцевая установочная опора 602 вращается относительно задней плиты 106. В одном из вариантов конструкции канал 702 обеспечивает зазор между установочной опорой 602 и задней плитой 106.
На фиг.9 представлен вид в перспективе одного из вариантов конструкции роторного двигателя 10, показывающий один из вариантов конструкции передней опорной плиты 202 без устройства из планетарных шестерен 206, 306, 308. Передняя опорная плита 202 неподвижна по отношению к валу 108 ротора и вращается по отношению к корпусу 102. В представленном варианте конструкции переднюю опорную плиту 202 крепят к ротору 1002 посредством болтов. Один конец валов 316 вращающихся элементов и один конец промежуточных валов 326 входит в зацепление с передней опорной плитой 202. Другой конец промежуточных валов 326 входит в зацепление с промежуточной плитой 204, которую крепят к передней опорной плите 202.
На фиг.10 представлен вид в перспективе варианта конструкции роторного двигателя 10 со снятой передней опорной плитой 202, посредством чего показаны вращающиеся элементы 1006 и ротор 1002 роторного двигателя 10. На фиг.11 представлен вид спереди в плане одного из вариантов конструкции вращающихся элементов 1006 и ротора 1002 роторного двигателя 10. Корпус 102 имеет фланец 1014 и посадочную поверхность 1012. Фланец 1014 предназначен для сопряжения с передней крышкой 104. В сквозные отверстия 222 во фланце 1014 заходят сквозные болты 122, а в центрирующие отверстия 232 заходят центрирующие пальцы для установки передней крышки 104 в заданном положении.
К посадочной поверхности 1012 примыкает передняя опорная плита 202. Наружный край передней опорной плиты 202 примыкает к поверхности 1016, которая представляет собой радиальную поверхность между фланцем 1014 и посадочной поверхностью 1012. В представленном варианте конструкции передняя поверхность передней опорной плиты 202 выровнена с передней поверхностью фланца 1014.
К валу 108 прикреплен ротор 1002. Ротор 1002 подробно показан на фиг.13. Ротор 1002 прикреплен к передней опорной плите 202 с помощью средств крепления, вставленных в отверстия 1102. Задняя сторона ротора 1002 подобным же образом прикреплена к задней кольцевой установочной опоре 602, которая вращается в канале 702 в задней плите 106. Соответственно ротор 1002, вал 108, передняя опорная плита 202 и задняя кольцевая установочная опора 602 вращаются в виде блока.
К валам 316 прикреплены вращающиеся элементы 1006. Вращающиеся элементы 1006 подробно показаны на фиг.14. Вращающиеся элементы 1006 вращаются вокруг вала 108 и ротора 1002. В представленном варианте конструкции вращающиеся элементы 1006 имеют три лопатки, заканчиваются в тех местах или концевых частях 1116, которые входят в контакт с внутренними поверхностями или выступами 1112 корпуса 102. Задняя кольцевая установочная опора 602 видна позади ротора 1002 и вращающихся элементов 1006. Задняя кольцевая установочная опора 602 заходит в канал 702 в задней плите 106.
На фиг.11 показана задняя плита 106 совместно с выхлопными отверстиями 502 и всасывающими отверстиями 504. Когда ротор 1002 вращается относительно задней плиты 106, плечи ротора 1002 и пластины или плечи вращающихся элементов 1006 последовательно открывают выхлопные отверстия 502 и всасывающие отверстия 504. Отверстия 502, 504 описаны со ссылкой на фиг.15А-F, на которых проиллюстрирована работа двигателя 10.
В одном из вариантов конструкции там, где три выступа 1112 корпуса 102 соединены друг с другом, расположены уплотнения 1114. Эти уплотнения 1114 описаны со ссылкой на фиг.12.
На фиг.12 представлен вид спереди в плане одного из вариантов конструкции корпуса 102 и задней плиты 106 роторного двигателя 10. Показаны три выступа 1112 корпуса 102. Каждый выступ 1112 соединен со смежным выступом 1112 у вершины 1214.
В приведенном варианте конструкции там, где три выступа 1112 корпуса 102 соединяются друг с другом, находятся уплотнения 1114, которые входят в зацепление с наружной радиальной поверхностью 1304 ротора 1002 и предотвращают прохождение текучей среды между смежными выступами 1112. Уплотнения 1114 образованы с помощью прорези с задней стороны вершины 1214, что можно видеть посредством ротора 1002, когда он вращается вокруг вала 108. Вершины 1214 отстоят от центрального роторного вала 108 таким образом, что наружная поверхность 1304 ротора 1002 входит в соприкосновение с вершинами 1214. Прорезь обеспечивает возможность упругого контакта вершины 1214, находящейся между выступами 1112, с радиальной поверхностью 1304 ротора 1002. В одном из вариантов конструкции вершины 1214 имеют вогнутую поверхность, которая сопрягается с наружной поверхностью 1304 ротора 1002. Специалистам в этой области техники будет понятно, что без отклонения от существа и объема настоящего изобретения могут быть использованы другие типы уплотнений, чтобы обеспечить уплотнение между ротором 1002 и вершиной 1214.
На фиг.13 представлен вид в перспективе одного из вариантов осуществления ротора 1002 роторного двигателя 10. Ротор 1002 имеет круглую форму с тремя круглыми вырезами 1302, которые образуют три плеча 1306А, 1306В, 1306С. Часть круглой формы, не являющаяся вырезом, образует три наружных поверхности 1304. Когда ротор 1002 вращается внутри корпуса, три наружных поверхности 1304 поочередно образуют уплотнение с вершинами 1214 корпуса 102. В представленном варианте конструкции наружные поверхности 1304 входят в контакт с вершинами 1214 на части поворота ротора 1002. Трем круглым вырезам 1302 приданы размеры для обеспечения возможности вращения каждого вращающегося элемента 1006 внутри соответствующего выреза 1302. Три плеча 1306А, 1306В, 1306С выступают в радиальном направлении от центра ротора 1002 и отстоят друг от друга на 120°. Специалистам в этой области техники будет понятно, что без отклонения от объема и существа настоящего изобретения количество круглых вырезов 1302 и плеч 1306А, 1306В, 1306С может быть изменено вместе с количеством вращающихся элементов 1006.
Передняя и задняя поверхности ротора 1002 имеют каналы 1314, смежные с краем вырезов 1302 и с наружными поверхностями 1304. В каналы 1314 заходят элемент 1316 в виде волнистой пружины и уплотняющий элемент 1312. Элемент 1316 в виде волнистой пружины расположен в донной части канала 1314, а уплотняющий элемент 1312 расположен с прилеганием к элементу в виде волнистой пружины. Уплотняющий элемент 1312 имеет прямоугольное поперечное сечение, а также имеет верхнюю поверхность, проходящую над соответствующей поверхностью ротора 1002. Верхняя поверхность уплотняющего элемента 1312 посредством элемента 1316 в виде волнистой пружины входит в контакт скольжения с передней опорной плитой 202 или с задней плитой 106. В одном из вариантов конструкции элемент 1316 в виде волнистой пружины представляет собой лист из пружинной стали, имеющий волнистую форму, при этом элемент 1316 согласуется с кривизной канала 1314.
На фиг.14 представлен вид в перспективе одного из вариантов конструкции вращающегося элемента 1006 роторного двигателя 10. Вращающийся элемент 1006 имеет симметричную трехкрыльчатую конфигурацию. Наружная поверхность 1412 вращающегося элемента 1006, которая образует концевую часть 1106, образует часть круга, центром которого является вал 316 вращающегося элемента. Наружная поверхность 1412 на концевой части 1106 входит в соприкосновение с вырезом 1302 в роторе 1002, когда вращающийся элемент 1006 совершает вращение внутри выреза 1302.
В представленном варианте конструкции каждая концевая часть 1106 включает в себя уплотнение, образованное парой боковых выступов 1406 с прорезью 1404. Выступ 1406 упруго деформируется при контакте с выступами 1112 посредством прорези 1404, что обеспечивает возможность отклонения выступа 1406 в направлении вала 316 вращающегося элемента. Специалистам в этой области техники будет понятно, что без отклонения от существа и объема изобретения тип уплотнения у концевых частей 1106 может изменяться.
Между концевыми частями 1106 находятся боковые поверхности 1402 вращающегося элемента 1006. Боковые поверхности 1402 представляют собой дугообразные поверхности и имеют контур, обеспечивающий зазор относительно вершин, когда вращающиеся элементы 1006 находятся в положении, представленном на фиг.11. Форма контура способствует обеспечению параметров сгорания, включая степень сжатия.
Передняя и задняя поверхности вращающегося элемента 1006 имеют каналы 1416, проходящие вдоль боковых поверхностей 1402 вращающегося элемента. В каналы 1416 заходят элемент 1414 в виде волнистой пружины и уплотняющий элемент 1406. Элемент 1414 в виде волнистой пружины расположен в донной части канала 1416, а уплотняющий элемент 1406 примыкает к элементу 1414 в виде волнистой пружины. Уплотняющий элемент 1406 имеет прямоугольное поперечное сечение, а также имеет верхнюю поверхность, проходящую над соответствующей поверхностью вращающегося элемента 1006. Верхняя поверхность уплотняющего элемента 1406 посредством элемента 1414 в виде волнистой пружины входит в контакт скольжения с передней опорной плитой 202 или с задней плитой 106 и задней кольцевой установочной опорой 602. В одном из вариантов конструкции элемент 1414 в виде волнистой пружины представляет собой лист из пружинной стали, имеющий волнистую форму, при этом элемент 1414 согласуется с кривизной канала 1416.
На фиг.15А-F представлены ротор 1002 и вращающиеся элементы 1006, которые совершают вращение на протяжении одного цикла воспламенения. Согласно чертежам ротор 1002 совершает вращение по часовой стрелке, а вращающиеся элементы 1006 не вращаются относительно корпуса 102, однако вращающиеся элементы 1006 совершают орбитальное вращение вокруг центра ротора 1002. В представленном варианте конструкции каждый вращающийся элемент 1006 не вращается вокруг своей центральной линии, а остается ориентированным параллельно своему начальному положению, когда перемещается по круговой траектории движения вала 316. Каждый вращающийся элемент 1006 образует три камеры 1504, 1506, 1508 для текучей среды, соответствующие одной из трех боковых поверхностей 1402 каждого вращающегося элемента 1006. Базовая линия 1502 иллюстрирует положение верхней мертвой точки ротора 1002. Верхняя мертвая точка определена как положение ротора 1002 с каким-либо вращающимся элементом 1006, расположенным таким образом, что камера для текучей среды будет иметь минимальный объем. На фиг.15А камера 1504 для текучей среды вращающегося элемента 1006 имеет минимальный объем, когда ротор 1002 находится в показанном положении. Для представленного варианта конструкции ротор 1002 имеет три положения верхней мертвой точки, отстоящие друг от друга на 120°.
Ротор 1002 между каждым положением верхней мертвой точки поворачивается на 120°. В течение такого поворота на 120° одна сторона каждого из трех вращающихся элементов 1006 будет подвергнута воздействию цикла 1616 рабочего хода. Когда цикл 1616 рабочего хода развивается на боковой поверхности 1402 вращающегося элемента 1006, которая является задней, на боковой поверхности 1402 вращающегося элемента 1006, которая является передней стороной, развиваются цикл 1612 всасывания и цикл 1614 сжатия. Соответственно последующее обсуждение применительно к фиг.15А-F касается каждого из компонентов, которые представлены в тройном количестве, таких как три вращающихся элемента 1006, три всасывающих отверстия 504, три выходных или выхлопных отверстия 502, три свечи зажигания 112 и три топливных инжектора 114.
Для работы двигателей внутреннего сгорания требуется выполнение четырех циклов: цикла 1612 всасывания, цикла 1614 сжатия, цикла 1616 рабочего хода и цикла 1618 выхлопа. Каждый такт в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршней выполняет один из этих циклов, при этом для каждого цикла 1616 рабочего хода требуется четыре такта. В случае четырехтактного двигателя коленчатый вал поворачивается дважды для выполнения каждого цикла 1616 рабочего хода одним поршнем. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршней требует выполнения двух тактов для каждого цикла 1616 рабочего хода, при этом коленчатый вал поворачивается один раз для выполнения каждого цикла 1616 рабочего хода одним поршнем. Роторный двигатель 10 не имеет поршней, совершающих возвратно-поступательное движение. Вместо этого вращающиеся элементы 1006 роторного двигателя 10 входят в зацепление с ротором 1002, который вращается совместно с вращающимися элементами 1006, совершающими орбитальное вращение вокруг ротора 1002. Планетарное движение вращающихся элементов 1006 в сочетании с ротором 1002 и выступами 1112 приводит к выполнению четырех циклов 1612, 1614, 1616, 1618 каждым вращающимся элементом 1006, с выполнением при этом трех циклов 1616 рабочего хода для каждого поворота ротора 1002. Последующее обсуждение начинается с цикла 1616 рабочего хода и описывает работу роторного двигателя 10.
На фиг.15А представлены ротор 1002 и вращающиеся элементы 1006 в верхней мертвой точке. Ротор 1002 имеет три положения верхней мертвой точки, отстоящие друг от друга на 120°. Первая камера 1504 для текучей среды примыкает к вершине 1214 между двумя выступами 1112. Объем между вершиной 1214 и передней концевой частью 1116 вращающегося элемента 1006 представляет собой переднюю камеру 1504L для текучей среды, а объем между задней концевой частью 1116 вращающегося элемента 1006 и вершиной 1214 представляет собой заднюю камеру 1504Т для текучей среды.
В показанном положении воздух проходит из всасывающего отверстия 504 и сжимается между вращающимся элементом 1006 и корпусом 102 в передней камере 1504L для текучей среды и задней камере 1504Т для текучей среды. В одном из вариантов конструкции топливный инжектор 114 впрыскивает топливо в сжатый воздух в передней камере 1504L для текучей среды в верхней мертвой точке, после чего свеча зажигания 112 обеспечивает зажигание, приводящее к воспламенению смеси топлива и воздуха в передней камере 1504L для текучей среды. В другом варианте конструкции топливный инжектор 114 впрыскивает топливо, и свеча зажигания 112 обеспечивает зажигание в пределах нескольких градусов от верхней мертвой точки.
На фиг.15В представлен ротор 1002 после поворота на 20 градусов по часовой стрелке. Сжатый газ в задней камере 1504Т для текучей среды принудительным образом быстро подают в переднюю камеру 1504L для текучей среды через вершину 1214 корпуса, вызывая при этом турбулентность в передней камере 1504L, что повышает эффективность и способствует более быстрым скоростям сгорания топлива. Газ, образуемый при сгорании в передней камере 1504L для текучей среды, расширяется, а это приводит к тому, что вращающийся элемент 1006 вынуждает ротор 1002 совершать вращение по часовой стрелке. Следует заметить, что в данном случае имеет место положительный вектор крутящего момента, создаваемый в верхней мертвой точке, в отличие от двигателя с поршнями, совершающими возвратно-поступательное движение, или какого-либо двигателя, выполненного с эксцентриковым коленчатым валом, такого как двигатель Ванкеля. Это способствует более высокой эффективности вследствие значительно уменьшенного нагнетания в двигателе перед верхней мертвой точкой.
На фиг.15С представлен ротор 1002 после его поворота на другие 20 градусов по часовой стрелке. Газ находится в задней камере 1504Т для текучей среды, объединенной с передней камерой 1504L в одну камеру 1504. Газ, образуемый при сгорании, продолжает расширение в камере 1504, прилагая давление к боковой поверхности 1402 вращающегося элемента 1006 и вынуждая ротор 1002 продолжать вращение по часовой стрелке.
На фиг.15D представлен ротор 1002 после поворота еще на 20 градусов по часовой стрелке. Газ, образующийся при сгорании, продолжает расширение в камере 1504 для текучей среды.
На фиг.15Е представлен ротор 1002 после поворота еще на 20 градусов по часовой стрелке, при этом начинается завершение цикла рабочего хода, начатого ротором 1002 в верхней мертвой точке. Ротор 1002 имеет не закрытое выхлопное отверстие 502, а между задним краем ротора 1002 и смежным задним вращающимся элементом 1006 появится зазор, после того как ротор 1002 повернется еще на несколько градусов. Этот зазор обеспечивает возможность течения газообразного продукта сгорания, находящегося в камере 1504 для текучей среды, к выхлопному отверстию 502, начиная таким образом цикл выхлопа.
На фиг.15F представлен ротор 1002 после его поворота еще на 20 градусов по часовой стрелке. Продолжается цикл выхлопа и начинается цикл всасывания. Всасывающее отверстие 504 открывается посредством ротора 1002, обеспечивая возможность захождения свежего воздуха в камеру 1504. Всасываемый воздух начинает продувку для удаления выхлопного газа через камеру 1504 к камере 1506А смежного вращающегося элемента 1006.
Если вернуться к фиг.15А с ротором 1002 в положении верхней мертвой точки, то отверстия, соединяющие камеру 1508 с камерой 1506А, равны. Продувка для удаления выхлопного газа происходит посредством всасываемого газа, следующего против часовой стрелки из впускного отверстия 504 в камере 1508 к выхлопному отверстию 502 в камере 1506А. Когда ротор 1002 находится в этом положении, цикл 1618 выхлопа и цикл 1612 всасывания продолжаются.
Если вернуться к фиг.15В, то согласно ей выхлопное отверстие 502 только что было закрыто вращающимся элементом 1006. При закрытии выхлопного отверстия 502 цикл 1618 выхлопа будет завершен. Цикл 1612 всасывания также подходит к концу, когда ротор 1002 и вращающийся элемент 1006 перекрывают прохождение текучей среды между впускным отверстием 504 и камерой 1506.
Если вернуться к фиг.15С, то согласно ей цикл 1612 всасывания завершается, и начинается цикл 1614 сжатия для последующего цикла 1616 рабочего хода. Камера 1506 для текучей среды теперь представляет собой закрытую камеру с уменьшающимся объемом, когда ротор 1002 продолжает движение по часовой стрелке. Камера 1508 открыта по направлению к выхлопному отверстию 502 и образована вырезом 1302 ротора и боковой поверхностью 1402 вращающегося элемента. Газ в камере 1508 обеспечивает охлаждение ротора 1002 и вращающегося элемента 1006.
Если вернуться к фиг.15D, то согласно ей цикл 1614 сжатия продолжается, когда объем камеры 1506 продолжает уменьшаться. Камера 1508 открыта по отношению как к выхлопному отверстию 502, так и к впускному отверстию 504. Газ в камере 1508 обеспечивает охлаждение ротора 1002 и вращающегося элемента 1006.
Если вернуться к фиг.15Е, то согласно ей цикл 1614 сжатия почти завершен. Впускное отверстие 504 закрыто вращающимся элементом 1006. Выхлопное отверстие 502 открывается ротором 1002 в камере 1508 для текучей среды.
Если вернуться к фиг.15F, то согласно ей сжатый газ в камере 1506 для текучей среды разделен между задней камерой 1506Т и передней камерой 1506L, которые разделены вершиной 1214. В одном из вариантов конструкции вершина 1214 не входит в контакт с боковой поверхностью 1402 вращающегося элемента 1006, так что будет предотвращено течение сжатого газа между камерами 1506Т, 1506L. Камера 1504 для текучей среды будет близка к соединению с камерой 1506А после того, как концевая часть 1106 вращающегося элемента теряет контакт с вырезом 1302 ротора. Образующийся при сгорании газ в камере 1504 далее будет течь в камеру 1506А, где он будет выходить через выхлопное отверстие 502. Впускное отверстие 504 еще не открыто. Ротор 1002 продолжает вращение по часовой стрелке к положению верхней мертвой точки, где снова будет начато выполнение следующей последовательности циклов.
Как очевидно из приведенного выше описания, при каждом полном обороте ротора 1002 происходят девять циклов 1616 рабочего хода. Каждый из трех вращающихся элементов 1006 при каждом обороте ротора 1002 участвует в трех циклах 1616 рабочего хода. Поскольку вращающиеся элементы 1006 отстоят друг от друга вокруг ротора 1002 через равные промежутки, силы, развиваемые в течение циклов 1616 рабочего хода, уравновешены вокруг ротора 1002.
Во время работы ротор 1002 вращается в направлении по часовой стрелке, при этом наружные поверхности 1304 ротора, когда они входят в контакт с вершинами 1214, обеспечивают уплотнение между смежными камерами 1504, 1506, 1508 для текучей среды. Вращающиеся элементы 1006 вращаются относительно ротора 1002 в направлении против часовой стрелки. Концевые части 1106 вращающихся элементов 1006, когда они входят в контакт с выступами 1112, обеспечивают уплотнение между смежными камерами 1504, 1506, 1508 для текучей среды. Планетарные шестерни 206, 306, 308 обеспечивают то, что вращающиеся элементы 1006 будут перемещаться при соответствующей взаимосвязи с ротором 1002.
На фиг.16 представлены четыре цикла внутреннего сгорания для одного вращающегося элемента 1006 с тремя боковыми поверхностями 1402, когда вращающийся элемент 1006 совершает орбитальный поворот на полные 360° вокруг ротора 1002. Три концентричных кольца характеризуют циклы для каждой из боковых поверхностей 1402, 1402', 1402'' вращающегося элемента 1006.
Четыре цикла включают в себя цикл 1612 всасывания, цикл 1614 сжатия, цикл 1616 рабочего хода и цикл 1618 выхлопа. Цикл 1618 выхлопа и цикл 1612 всасывания отделены мертвой зоной 1620, 1620', 1620'', когда боковая поверхность 1402 вращающегося элемента 1006 обращена к области выреза 1302 ротора 1002. На фиг.16 представлен поворот ротора 1002 на 360°с иллюстрацией положений 1602, 1602', 1602'' верхней мертвой точки при 0°, 120° и 240°. Если обратиться к фиг.15А, то согласно ей верхняя мертвая точка связана с ротором 1002, ориентированным так, что наружные поверхности 1304 сцентрированы в выступах 1112. Последующее обсуждение относится к одной боковой поверхности 1402 вращающегося элемента, которая в иллюстративных целях образует одну границу камеры 1504 для текучей среды. Следует помнить о том, что четыре цикла 1612, 1614, 1616, 1618 внутреннего сгорания повторяются для каждого вращающегося элемента 1006, и что эти циклы 1612, 1614, 1616, 1618 повторяются для каждых 120° вращения ротора 1002, поскольку каждый вращающийся элемент 1006 имеет три боковые поверхности 1402, отстоящие друг от друга на 120°. Соответственно эти циклы 1612, 1614, 1616, 1618 будут повторяться девять раз за каждый оборот ротора 1002.
Цикл 1612 всасывания начинается приблизительно за 140° до верхней мертвой точки. Цикл 1612 всасывания начинается тогда, когда вращающийся элемент 1006 открывает впускные отверстия 504, посредством чего будет обеспечена возможность захождения газа в камеру. Впускные отверстия 504 будут открыты вращающимися элементами 1006, когда ротор 1002 совершает поворот из положения, показанного на фиг.15F, в положение, показанное на фиг.15А. Цикл 1612 всасывания будет завершен, если впускные отверстия 504 будут закрыты ротором 1002, когда ротор 1002 поворачивается из положения, представленного на фиг.15А, в положение, представленное на фиг.15В.
После завершения цикла 1612 всасывания начинается цикл 1614 сжатия. Цикл 1614 сжатия будет завершен, когда ротор 1002 находится в положении 1602 верхней мертвой точки или вблизи него. В этот момент происходит сжатие газа в камере 1504, в одном из вариантов конструкции содержащей топливный инжектор 114 и свечу зажигания 112, а в другом варианте только свечу зажигания 112, причем еще один вариант конструкции выполнен без свечи зажигания 112, когда цикл 1616 рабочего хода начинается посредством воспламенения от сжатия.
Цикл 1616 рабочего хода в различных вариантах осуществления конструкции начинается вблизи положения 1602 верхней мертвой точки и продолжается до тех пор, пока ротор 1002 не повернется приблизительно на 70° от верхней мертвой точки. В этот момент начинается цикл 1618 выхлопа. Цикл 1618 выхлопа продолжается до тех пор, пока ротор 1002 не повернется приблизительно на 140° от верхней мертвой точки. Цикл 1618 выхлопа будет завершен, когда выхлопное отверстие 502 будет закрыто вращающимся элементом 1006 при повороте ротора 1002 из положения, показанного на фиг.15F, в положение, показанное на фиг.15А. Местоположение выхлопных отверстий 502 по отношению к впускным отверстиям 504 таково, что выхлопные отверстия 502 будут открыты, перед тем как будут открыты впускные отверстия 504. При этом находящийся под давлением газ, образуемый при сгорании, может лишь вытекать из выхлопных отверстий 502. Когда происходит вращение ротора 1002, впускные отверстия 504 будут открыты и в камеру будет поступать всасываемый газ. Инерция газа, образуемого при сгорании, который выходит из выхлопных отверстий 502, способствует втягиванию всасываемого газа через впускные отверстия 504. Поток из впускных отверстий 504 способствует продувке и удалению из выхлопных отверстий 502 газа, образуемого при сгорании. Специалистам в этой области техники будет понятно, что без отклонения от существа и объема настоящего изобретения место расположения выхлопных отверстий 502 и впускных отверстий 504 может быть изменено, вследствие чего будет изменена величина поворота ротора 1002 для каждого цикла 1612, 1614, 1616, 1618 внутреннего сгорания.
Приведенное выше описание относится к одной боковой поверхности 1402. На фиг.16 представлены четыре цикла 1612, 1614, 1616, 1618 внутреннего сгорания для каждой боковой поверхности 1402, 1402', 1402'' применительно к одному вращающемуся элементу 1006. Вращающийся элемент имеет три боковых поверхности 1402, 1402', 1402'', при этом каждая боковая поверхность 1402, 1402', 1402'' последовательно участвует во всех четырех циклах 1612, 1614, 1616, 1618 внутреннего сгорания. В течение части того времени, когда первая боковая поверхность 1402 подвергается воздействию цикла 1612 всасывания, смежная, вторая боковая поверхность 1402' подвергается воздействию цикла 1618' выхлопа. Поскольку две боковые поверхности 1402, 1402' совместно используют соединенные камеры 1508, 1504A для текучей среды, то продувка для удаления газов, образуемых при сгорании, приводит к втягиванию воздуха в камеру 1508, пока газ, образуемый при сгорании, выпускают из камеры 1504А.
После того, как первая боковая поверхность 1402 начинает цикл 1616 рабочего хода, смежная вторая боковая поверхность 1402' завершает свой цикл 1612' всасывания и начинает цикл 1614' сжатия. После того как первая боковая поверхность 1402 начинает свой цикл 1618 выхлопа, смежная третья боковая поверхность 1402'' начинает свой цикл 1612'' всасывания. Каждая боковая поверхность 1402, 1402', 1402'' последовательно подвергается воздействию цикла 1612, 1612', 1612'' всасывания, цикла 1614, 1614', 1614'' сжатия, цикла 1616, 1616', 1616'' рабочего хода и цикла 1618, 1618', 1618'' выхлопа. Вследствие взаимосвязи боковых поверхностей 1402, 1402', 1402'' друг с другом, а также с ротором 1002 и корпусом 102 циклы 1612, 1612', 1612'' всасывания и циклы 1618, 1618', 1618'' выхлопа перекрывают друг друга, обеспечивая таким образом возможность выполнения продувки.
Как показано на фиг.16, одна боковая поверхность 1402 подвергается воздействию цикла 1616 рабочего хода и цикла 1618 выхлопа, в то время как смежная боковая поверхность 1402' подвергается воздействию цикла 1612' всасывания и цикла 1614' сжатия, все из которых находятся в пределах поворота ротора 1002 на 120°. Если цикл 1616, 1616', 1616'' рабочего хода начинается в верхней мертвой точке ротора 1002, то цикл 1616 рабочего хода и цикл 1618 выхлопа на одной боковой поверхности 1402, а также цикл 1612' всасывания и цикл 1614' сжатия на смежной боковой поверхности 1402', происходят тогда, когда ротор 1002 перемещается из первого положения 1602 верхней мертвой точки во второе положение 1602' верхней мертвой точки. В другом варианте конструкции цикл 1616, 1616', 1616'' рабочего хода начинается в другой точке, чем верхняя мертвая точка, например, когда искра будет создана с опережением или с запаздыванием.
Когда вторая боковая поверхность 1402' перемещается совместно с ротором 1002 из одного положения 1602 верхней мертвой точки через второе положение 1602' верхней мертвой точки в третье положение 1602'' верхней мертвой точки, вторая боковая поверхность 1402' подвергается воздействию части цикла 1612' всасывания, цикла 1614' сжатия, цикла 1616' рабочего хода и части цикла 1618' выхлопа. То есть, когда угловое смещение ротора 1002 равно удвоенному смещению смежных положений 1602, 1602', 1602'' верхней мертвой точки, одна боковая поверхность 1402 вращающегося элемента 1006 подвергается воздействию, по меньшей мере, части всех четырех циклов 1612, 1614, 1616, 1618.
Следует отметить, что в представленном варианте конструкции топливные инжекторы 114 обеспечивают топливо для сжатого газа перед инициированием сгорания посредством свеч зажигания 112. Соответственно продувка для удаления газа, образуемого при сгорании, посредством воздушного потока из впускного отверстия 504 не предполагает какого-либо топлива. То есть воздух, текущий во впускные отверстия 504, перемешивается с газом, образуемым при сгорании, и выходит из выхлопных отверстий 502 с газом, образуемым при сгорании, как часть продувки. Поскольку при продувке топливо еще не впрыскивают, никакого топлива (кроме того, которое имеется вследствие неполного сгорания) не выходит через выхлопные отверстия 502. В другом варианте конструкции во впускные отверстия 504 заходит смесь топлива и воздуха, и в топливном инжекторе 114 нет необходимости.
Роторный двигатель 10 предполагает выполнение различных функций. В одном из вариантов конструкции функцию введения топлива выполняют посредством топливных инжекторов 114. В другом варианте конструкции функцию введения топлива во всасываемый воздух выполняют посредством всасываемого воздуха, проходящего через карбюратор, который обеспечивает перемешивание топлива с всасываемым воздухом. В одном из вариантов конструкции функцию воспламенения топлива выполняют посредством свеч зажигания 112. В другом варианте конструкции функцию воспламенения топлива выполняют путем воспламенения от сжатия, когда вращающийся элемент 1006 сжимает смесь топлива и воздуха.
В одном из вариантов конструкции функцию орбитального вращения вращающихся элементов 1006 вокруг ротора 1002 при сохранении контакта, по меньшей мере, одной концевой части 1106 вращающегося элемента 1006 с поверхностью выступа 1112 выполняют посредством планетарных шестерен 206, 306, 308. Специалистам в этой области техники будет понятно, что без отклонения от объема или существа настоящего изобретения для орбитального вращения вращающихся элементов 1006 вокруг ротора 1002 могут быть использованы и другие механизмы.
В одном из вариантов конструкции функцию уплотнения концевых частей 1106 вращающихся элементов 1006 выполняют посредством пары боковых выступов 1406 с прорезью 1404, как показано на фиг.14. В одном из вариантов конструкции функцию уплотнения ротора 1002 выполняют посредством ротора 1002, имеющего каналы 1314, находящиеся на передней и задней частях ротора 1002. В каждый канал 1314 заходит элемент 1316 в виде волнистой пружины и уплотняющий элемент 1312. В одном из вариантов конструкции функцию уплотнения вращающихся элементов 1006 выполняют посредством каждого вращающегося элемента 1006, имеющего каналы 1416, находящиеся на передней и задней частях вращающегося элемента 1006. В каждый канал 1416 заходит элемент 1414 в виде волнистой пружины и уплотняющий элемент 1406. В одном из вариантов конструкции функцию уплотнения вершин 1214 выполняют посредством уплотнений 1114, образованных прорезью, выступающей к задней стороне вершины 1214.
В одном из вариантов конструкции функцию втягивания воздуха выполняют посредством ротора 1002 и вращающихся элементов 1006, которые вращаются в корпусе 102, так что происходит открывание впускных отверстий 504 и втягивание воздуха в корпус 102. Воздух втягивают в камеру 1508 под действием продувки. То есть, когда газ, образуемый при сгорании, выходит через выхлопные отверстия 502, инерция текущего газа, образуемого при сгорании, снижает давление у впускных отверстий 504 и таким образом происходит втягивание воздуха в камеру 1508. Цикл 1612 всасывания описан со ссылкой на фиг.16.
В одном из вариантов конструкции функцию сжатия воздуха выполняют посредством вращающегося элемента 1006, сжимающего всасываемый воздух о выступы 1112 корпуса 102. Цикл 1614 сжатия описан выше со ссылкой на фиг.16.
В одном из вариантов конструкции функцию введения топлива во всасываемый воздух выполняют посредством топливных инжекторов 114, когда вращающийся элемент 1006 сжимает всасываемый воздух. Еще в одном варианте конструкции функцию введения топлива во всасываемый воздух выполняют посредством прохождения всасываемого воздуха через карбюратор, который перемешивает топливо с всасываемым воздухом.
В одном из вариантов конструкции функцию сгорания воздуха и топлива выполняют посредством свечей зажигания 112, воспламеняющих воздушно-топливную смесь. В другом варианте конструкции сгорание происходит тогда, когда воздушно-топливную смесь сжимают до того момента, при котором происходит воспламенение от сжатия. Цикл 1616 рабочего хода описан выше со ссылкой на фиг.16.
В одном из вариантов конструкции функцию выхлопа сгоревших воздуха и топлива выполняют посредством ротора 1002 и вращающегося элемента 1006, который совершает вращение в корпусе 102, при этом выхлопные отверстия 502 будут открыты, и газ, образовавшийся при сгорании, будет выпущен из корпуса 102. Цикл 1618 выхлопа описан со ссылкой на фиг.16.
В одном из вариантов конструкции функцию обеспечения вращательного движения, обусловленную сгоранием, выполняют посредством вала 316 вращающегося элемента 1006, входящего в зацепление с передней опорной плитой 202 и с задним кольцом, которые соединены с ротором 1002. Давление газов, образуемых при сгорании, прилагают к боковой поверхности 1402 вращающегося элемента 1006, и это давление передают к валу 316 вращающегося элемента, который передает силу к передней опорной плите 202 и к заднему кольцу, что приводит к вращению ротора 1002.
В различных вариантах конструкции функцию уплотнения роторного двигателя 10 выполняют посредством разных уплотнений. Это уплотнение 1114 между ротором 1002 и вершиной 1214. Это уплотнение между сторонами ротора 1002, задней плитой 106 и передней опорной плитой 202. Это уплотнение между передней и задней частями вращающегося элемента 1006, задней плитой 106 и передней опорной плитой 202. Это уплотнение у каждой концевой части 1106 вращающегося элемента 1006.
Из приведенного выше описания специалистам в этой области техники будет понятно, что создан роторный двигатель 10. В представленном варианте конструкции показаны три вращающихся элемента 1006, сопрягающихся с тремя выступами 1112 в корпусе. В других вариантах конструкции каждое или оба из количества вращающихся элементов 1006 и количества выступов 1112 изменяются.
Хотя настоящее изобретение представлено посредством описания нескольких вариантов конструкции, а представленные варианты описаны с заслуживающими внимания деталями, заявитель не предполагает сузить или каким-то образом ограничить объем прилагаемых пунктов формулы изобретения такими деталями. Для специалистов в этой области техники будут вполне очевидны дополнительные преимущества и модификации. Поэтому изобретение в его более широких аспектах не ограничено конкретными деталями, характеризующими устройство и способ, а также показанными и описанными иллюстративными примерами. Соответственно без отклонения от идеи и объема общей патентоспособной концепции, предложенной заявителем, могут быть выполнены изменения представленных деталей.