РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И ЕГО РОТОРНЫЙ УЗЕЛ
ROTARY ENGINE AND ITS ROTOR ASSEMBLY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к двигателю, который может быть широко использован для транспортных средств с двигателями и энергетических машин. В частности, настоящее изобретение относится к роторному двигателю, который выполняет рабочие такты посредством вращательного движения ротора, и его роторному узлу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В обычном двигателе рабочий поршень выполняет возвратно-поступательное прямолинейное движение в цилиндре, и прямолинейное движение поршня преобразуется в поворотное движение при использовании кривошипно-рычажного механизма. При таком обычном двигателе четырехтактный двигатель имеет сложный клапанный механизм, маленькое отношение мощности к весу и низкую мощность на литр; в сравнительном отношении, хотя двухтактный двигатель имеет простую конструкцию и большую мощность на литр, тем не менее очень сложно достичь хорошей смазки вследствие чрезмерно большого расхода топлива и загрязнения окружающей среды, а также его собственной конструкции, что вызывает сужение диапазона его использования.
В отличие от этого, было предложено использование двигателя, имеющего механизм вращающегося, или роторного, поршня. Например, в CN101403335A раскрыт двигатель, содержащий механизм двойного вращающегося поршня. Однако этот двигатель невыгоден с точки зрения маленького отношения мощности к весу, возвратно-поступательного движения, существующего в клапанном механизме, и эксцентрикового вращения, склонного к созданию вибрации, и т.д.
В отличие от обычного поршневого двигателя роторный двигатель напрямую преобразовывает расширяющую силу от сгорания горючего газа во вращающий момент, и, таким образом, ненужное прямолинейное движение отменяется. Например, существующий роторный двигатель треугольного типа выполняет рабочий такт один раз за каждый оборот вала и, таким образом, выгоден с точки зрения более высокой мощности на литр по сравнению с обычным четырехтактным двигателем, который выполняет рабочий такт один раз за каждые два оборота вала; кроме того, роторный двигатель может достигать более высокой рабочей скорости без точной балансировки коленчатого вала благодаря рабочим характеристикам; кроме того, весь роторный двигатель имеет только две вращающиеся детали и, таким образом, имеет значительно упрощенную конструкцию с меньшей возможностью поломки по сравнению с обычным четырехтактным двигателем, который имеет более двадцати движущихся деталей, таких как впускной клапан, выпускной клапан, и т.п. В дополнение к вышеупомянутым преимуществам роторный двигатель также выгоден с точки зрения меньшего объема, небольшого веса, низкого центра тяжести и высокой мощности и т.д.
Несмотря на это, у существующего роторного двигателя по-прежнему имеются следующие недостатки:
Во-первых, хотя роторный двигатель устраняет воздействие, возникающее во время возвратно-поступательного движения поршня, тем не менее, дополнительная эксцентриковая вибрация создается во время функционирования ротора вследствие его эксцентриковой структуры. Для устранения эксцентриковой вибрации необходимо добавить балансировочный грузик, который колеблется в направлении, противоположном направлению вибрации ротора, для снижения такой вибрации. При этом во время рабочего такта роторного двигателя определенная ограниченная зона блока цилиндров всегда испытывает огромное воздействие, которое вызывает серьезный локализованный износ корпуса двигателя, приводящий к неоднородному износу двигателя, тем самым, значительно снижая срок службы двигателя.
Во-вторых, ротор непосредственно контактирует и приводит в действие вал вращения роторного двигателя, тогда как сам ротор вращается эксцентрично в пределах цилиндра, выступая в виде большой шестерни, насаженной поверх внешней периферии вала и движущейся эксцентрично. Цапфа вала является относительно небольшой, вызывая такой способ приведения в действие, при котором большая шестерня приводит в действие маленькую шестерню таким образом, что ее крутящий момент значительно снижается, что также выступает главной причиной относительно того, почему роторный двигатель по-прежнему не имеет широкого применения.
В-третьих, роторный двигатель потребляет большее количество топлива. И это, главным образом, происходит в результате того, что форма камеры сгорания двигателя неблагоприятна для полного сгорания, а путь распространения пламени более длинный, таким образом, расход топлива и потребление моторного масла соответственно возрастает. Кроме того, роторный двигатель имеет низкую степень сжатия вследствие его структуры и может использовать только искровое зажигание, но не воспламенение от сжатия, и, следовательно, дизельное топливо в таком двигателе не может быть использовано.
Кроме того, поскольку смежные полости в роторном двигателе треугольного типа уплотнены радиальной лопаткой, радиальная лопатка и блок цилиндров подвергаются движению по трохоиде при высокой линейной скорости во время функционирования, которое легко вызывает быстрый износ радиальной лопатки и создает неравномерную шероховатость в блоке цилиндров, приводящую в результате к проблемам, таким как недостаточная плотность, утечка газа и т.п., после использования двигателя во время некоторого времени, что, в свою очередь, значительно увеличивает расход топлива и загрязнение, тем самым влияя также на срок службы роторного двигателя.
С этой целью, хотя существующий роторный двигатель имеет много преимуществ по сравнению с обычным прямолинейным поршневым двигателем, тем не менее, поскольку роторный двигатель имеет вышеупомянутые недостатки, его сложно использовать и популяризировать.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение выполнено для решения проблемы существующего роторного двигателя. Цель настоящего изобретения заключается в выполнении роторного двигателя, который эффективнее использует вращающий момент, приложенный к ротору во время рабочего такта, имеет более высокую мощность на литр и выдает крутящий момент более равномерно и т.д.
Другая цель настоящего изобретения заключается в выполнении роторного узла сжатия воздуха, который может вводить внешний газ, сжимать введенный внешний газ и выпускать сжатый газ.
Другая цель настоящего изобретения заключается в выполнении силового роторного узла, который совершает рабочий такт и такт выпуска посредством реакции между сжатым газом и топливом.
Настоящее изобретение предоставляет роторный двигатель для получения вышеупомянутых целей настоящего изобретения. Роторный двигатель содержит: роторный узел сжатия воздуха, выполненный в корпусе двигателя, и силовой роторный узел, движущийся скоординированно с роторным узлом сжатия воздуха. Роторный узел сжатия воздуха содержит внешний ротор и внутренний ротор, выполненный эксцентрично в пределах внешнего ротора, и снабжен впускным каналом для ввода внешнего газа и газонаправляющим каналом для выпуска сжатого газа, внутренними зубьями, образованными выпуклыми дугообразными поверхностями, выполненными на внутренней периферии внешнего ротора, внешними зубьями, образованными вогнутыми дугообразными поверхностями, выполненными на внешней периферии внутреннего ротора, и независимыми друг от друга полостями, выполненными таким образом, что верхние части каждых двух смежных внешних зубьев находятся в контакте с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев, посредством чего объемы соответствующих полостей выполнены с возможностью изменения во время зацепления и расцепления между внутренними зубьями и внешними зубьями, и, таким образом, обеспечена возможность выполнения такта впуска и такта сжатия роторного узла сжатия воздуха. Силовой роторный узел содержит внешний ротор и внутренний ротор, выполненный эксцентрично в пределах внешнего ротора, и снабжен газоподающим каналом для ввода сжатого газа, выпущенного из роторного узла сжатия воздуха, топливоподающим устройствов для подачи топлива и выпускным каналом для выпуска отработавшего газа, внутренними зубьями, образованными выпуклыми дугообразными поверхностями, выполненными на внутренней периферии внешнего ротора, внешними зубьями, образованными вогнутыми дугообразными поверхностями, выполненными на внешней периферии внутреннего ротора, и независимыми друг от друга полостями, выполненными таким образом, что верхние части каждых двух смежных внешних зубьев находятся в контакте с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев, посредством чего объемы соответствующих полостей выполнены с возможностью изменения во время зацепления и расцепления внутренних зубьев и внешних зубьев, и, таким образом, обеспечена возможность выполнения рабочего такта и такта выпуска силового роторного узла, причем впускной канал и газонаправляющий канал роторного узла сжатия воздуха выполнены на полом стержне во внутреннем роторе роторного узла сжатия воздуха, и на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора роторного узла сжатия воздуха выполнено отверстие таким образом, что отверстие сообщается соответственно с впускным каналом и газонаправляющим каналом при вращении внутреннего ротора роторного узла сжатия воздуха вокруг полого стержня, а газоподающий канал и выпускной канал силового роторного узла выполнены на полом стержне во внутреннем роторе силового роторного узла, и на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора силового роторного узла выполнено отверстие таким образом, что отверстие сообщается с газоподающим каналом и выпускным каналом, соответственно, при вращении внутреннего ротора силового роторного узла вокруг полого стержня. Таким образом, можно понять, что в роторном двигателе по настоящему изобретению такт впуска и такт предварительного сжатия выполняются роторным узлом сжатия воздуха, и такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска выполняются силовым роторным узлом. И каждая полость соответствующих роторных узлов выполняет соответствующие такты соответственно во время вращения внутренних и внешних роторов, то есть внутренний ротор каждого роторного узла может выполнить некоторое количество тактов, соответствующих числу его полостей за один оборот. Кроме того, поскольку положения внутренних и внешних роторов каждого роторного узла установлены относительно их собственных осей вращения, то внутренние и внешние роторы каждого роторного узла работают плавно таким образом, что роторный двигатель по настоящему изобретению может создавать равномерный крутящий момент на выходе и значительно снижает вибрацию.
В роторном двигателе по настоящему изобретению для адаптации сжатого газа, обеспеченного роторным узлом сжатия воздуха, к сжатому газу, необходимому для силового роторного узла, силовой роторный узел движется скоординированно с роторным узлом сжатия воздуха с угловой разностью. В частности, внутренний и внешний роторы роторного узла сжатия воздуха и силового роторного узла соответственно соединены с валом выходной мощности, выполненным в корпусе двигателя, через шестереночный механизм с угловой разностью, и внутренний ротор роторного узла сжатия воздуха может быть неподвижно соединен с внутренним ротором силового роторного узла с угловой разностью.
В роторном двигателе по настоящему изобретению для увеличения уплотнения между верхними частями внешних зубьев внутреннего ротора и соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев внешнего ротора и, таким образом, для обеспечения эффективности независимой работы каждой полости, выступающая часть, выполненная между каждыми двумя смежными вогнутыми дугообразными поверхностями соответствующих внутренних роторов, снабжена лопаткой. Лопатка напрямую контактирует с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев внешнего ротора во время вращения внутреннего ротора, и, таким образом, может быть выполнена в радиальном направлении внутреннего ротора или выполнена эластичной посредством эластичного элемента.
В роторном двигателе по настоящему изобретению впускной канал и газонаправляющий канал роторного узла сжатия воздуха соединены с впускным проходом для ввода внешнего газа и газонаправляющим проходом для выпуска сжатого газа, выполненными в полом стержне. И впускной канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к изменению от меньшего к большему таким образом, что происходит ввод внешнего газа в полость через впускной канал за счет перепада давлений, и газонаправляющий канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к изменению от большего к меньшему таким образом, что в полости происходит выпуск газа через газонаправляющий канал после его сжатия.
В роторном двигателе по настоящему изобретению газоподающий канал и выпускной канал силового роторного узла соединены с газоподающим проходом для ввода сжатого газа и выпускным проходом для выпуска отработавшего газа, выполненными в полом стержне. И газоподающий канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к минимуму таким образом, чтобы сжатый газ дополнительно сжимался после его введения в полость через газоподающий проход, и выпускной канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к изменению от большего к меньшему таким образом, что происходит выпуск отработавшего газа в полости через выпускной канал. Топливоподающее устройство расположено в месте полого стержня вблизи газоподающего канала, так что, когда сжатый газ в полости, смешанный с топливом, сжат до максимального давления, сжатый газ после сжигания расширяется в направлении, в котором происходит постепенное увеличение объема полости. Топливоподающее устройство содержит топливную форсунку и может дополнительно содержать свечу зажигания и, таким образом, может осуществлять искровое зажигание и воспламенение от сжатия. Кроме того, продувочный канал выполнен в месте полого стержня вблизи выпускного канала и соединен с продувочным проходом, выполненным в полом стержне, таким образом, что происходит выпуск остающегося отработавшего газа через продувочный проход, когда отверстие, выполненное во внутреннем роторе, сообщается с продувочным каналом; и регулировочная пластина периода продувки выполнена в продувочном канале для регулировки количества газа, выпускаемого из продувочного канала в режиме реального времени согласно скорости работы силового роторного узла.
В роторном двигателе по настоящему изобретению внутренние зубья, образованные пятью выпуклыми дугообразными поверхностями, соответственно выполнены на внутренних перифериях соответствующих внешних роторов в роторном узле сжатия воздуха и силовом роторном узле, и внешние зубья, образованные четырьмя вогнутыми дугообразными поверхностями, соответственно, выполнены на внешних перифериях соответствующих внутренних роторов, выполненных эксцентрично в пределах внешних роторов, соответственно.
В роторном двигателе по настоящему изобретению роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел выполнены последовательно в пределах корпуса двигателя, и корпус двигателя содержит торцевую крышку корпуса сжатия воздуха, торцевую крышку силового корпуса и основной корпус, соединенный с торцевой крышкой корпуса сжатия воздуха и торцевой крышкой силового корпуса.
В роторном двигателе по настоящему изобретению корпус двигателя дополнительно содержит торцевую крышку внешнего ротора и торцевую крышку внутреннего ротора, жестко соединенные соответственно с внешним ротором и внутренним ротором роторного узла сжатия воздуха, и торцевую крышку внешнего ротора и торцевую крышку внутреннего ротора, жестко соединенные, соответственно с внешним ротором и внутренним ротором силового роторного узла.
В роторном двигателе по настоящему изобретению внутренний ротор роторного узла сжатия воздуха и внутренний ротор силового роторного узла выполнены с возможностью вращения вокруг полых стержней, соответственно выполненных в корпусе двигателя, и полый стержень в роторном узле сжатия воздуха соединен с полым стержнем в силовом роторном узле.
В роторном двигателе по настоящему изобретению вал выходной мощности, соединенный с роторным узлом сжатия воздуха и силовым роторным узлом, выполнен в корпусе двигателя.
В роторном двигателе по настоящему изобретению внутри соответствующих внутренних и внешних роторов роторного узла сжатия воздуха и силового роторного узла выполнены каналы для охлаждающей и смазочной текучей среды, которые согласованы с каналами для охлаждающей и смазочной текучей среды на соответствующих торцевых крышках внешнего и внутреннего роторов.
В роторном двигателе по настоящему изобретению в корпусе двигателя выполнены ряды роторных узлов, расположенных параллельно, и каждый ряд роторного узла состоит из роторного узла сжатия воздуха и силового роторного узла.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен роторный узел сжатия воздуха, выполненный в корпусе двигателя. Роторный узел сжатия воздуха содержит внешний ротор и внутренний ротор, выполненный эксцентрично в пределах внешнего ротора, и снабжен впускным каналом для ввода внешнего газа и газонаправляющим каналом для выпуска сжатого газа, внутренними зубьями, образованными выпуклыми дугообразными поверхностями, выполненными на внутренней периферии внешнего ротора, внешними зубьями, образованными вогнутыми дугообразными поверхностями, выполненными на внешней периферии внутреннего ротора, и независимыми друг от друга полостями, выполненными таким образом, что верхние части каждых двух смежных внешних зубьев находятся в контакте с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев, посредством чего объемы соответствующих полостей выполнены с возможностью изменения во время зацепления и расцепления внутренних зубьев и внешних зубьев, и, таким образом, обеспечена возможность выполнения тактов впуска, сжатия и выпуска роторного узла сжатия воздуха, причем впускной канал и газонаправляющий канал роторного узла сжатия воздуха выполнены на полом стержне во внутреннем роторе роторного узла сжатия воздуха, и на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора роторного узла сжатия воздуха выполнено отверстие таким образом, что отверстие сообщается соответственно с впускным каналом и газонаправляющим каналом при вращении внутреннего ротора роторного узла сжатия воздуха вокруг полого стержня.
В роторном узле сжатия воздуха по настоящему изобретению внешний ротор и внутренний ротор соединены с одним валом через шестереночный механизм.
В роторном узле сжатия воздуха по настоящему изобретению выступающая часть, выполненная между каждыми двумя смежными вогнутыми дугообразными поверхностями внутреннего ротора, оснащена лопаткой для увеличения уплотнения между верхней частью внешнего зуба внутреннего ротора и соответствующей дугообразной поверхностью внутреннего зуба внешнего ротора.
В роторном узле сжатия воздуха по настоящему изобретению впускной канал и газонаправляющий канал выполнены соответственно на полом стержне во внутреннем роторе и соединены с впускным проходом для ввода внешнего газа и газонаправляющим проходом для выпуска сжатого газа, соответственно выполненными в полом стержне, и на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора выполнено отверстие таким образом, что отверстие сообщается соответственно с впускным каналом и газонаправляющим каналом при вращении внутреннего ротора вокруг полого стержня.
В роторном узле сжатия воздуха по настоящему изобретению впускной канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к изменению от меньшего к большему таким образом, что происходит ввод внешнего газа в полость через впускной канал за счет перепада давлений, и газонаправляющий канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к изменению от большего к меньшему таким образом, что в полости происходит выпуск газа через газонаправляющий канал после его сжатия.
В роторном узле сжатия воздуха по настоящему изобретению внутренние зубья, образованные пятью выпуклыми дугообразными поверхностями, выполнены на внутренней периферии внешнего ротора, и внешние зубья, образованные четырьмя вогнутыми дугообразными поверхностями, выполнены на внешней периферии внутреннего ротора, выполненного эксцентрично в пределах внешнего ротора
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен силовой роторный узел, выполненный в корпусе двигателя. Силовой роторный узел содержит внешний ротор и внутренний ротор, выполненный эксцентрично в пределах внешнего ротора, и снабжен газоподающим каналом для ввода сжатого газа, топливоподающим устройством для подачи топлива и выпускным каналом для выпуска отработавшего газа, внутренними зубьями, образованными выпуклыми дугообразными поверхностями, выполненными на внутренней периферии внешнего ротора, внешними зубьями, образованными вогнутыми дугообразными поверхностями, выполенными на внешней периферии внутреннего ротора, и независимыми друг от друга полостями, выполненными таким образом, что верхние части каждых двух смежных внешних зубьев находятся в контакте с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев, посредством чего объемы соответствующих полостей выполнены с возможностью изменения во время зацепления и расцепления внутренних зубьев и внешних зубьев, и, таким образом, обеспечена возможность выполнения рабочего такта и такта выпуска силового роторного узла, причем газоподающий канал и выпускной канал силового роторного узла выполнены на полом стержне во внутреннем роторе силового роторного узла, и на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора силового роторного узла выполнено отверстие таким образом, что отверстие сообщается с газоподающим каналом и выпускным каналом соответственно при вращении внутреннего ротора силового роторного узла вокруг полого стержня.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению внешний ротор и внутренний ротор соединены с валом выходной мощности через шестереночный механизм.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению выступающая часть, выполненная между каждыми двумя смежными вогнутыми дугообразными поверхностями внутреннего ротора, оснащена лопаткой для увеличения уплотнения между верхней частью внешнего зуба внутреннего ротора и соответствующей дугообразной поверхностью внутреннего зуба внешнего ротора.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению газоподающий канал и выпускной канал выполнены соответственно на полом стержне во внутреннем роторе, и соединены с газоподающим проходом для ввода сжатого газа и выпускным проходом для выпуска отработавшего газа, выполненными соответственно в полом стержне, и отверстие выполнено на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора таким образом, что отверстие сообщается соответственно с газоподающим каналом и выпускным каналом при вращении внутреннего ротора вокруг полого стержня.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению газоподающий канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к минимуму таким образом, что дополнительно происходит сжатие сжатого газа после его ввода в полость через газоподающий проход, и выпускной канал выполнен в месте, в котором объем полости стремится к изменению от большего к меньшему таким образом, что в полости происходит выпуск отработавшего газа через выпускной канал.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению топливоподающее устройство расположено в месте полого стержня вблизи газоподающего канала, так что, когда сжатый газ в полости, смешанный с топливом, сжат до максимального давления, сжатый газ, после сжигания расширяется в направлении, в котором происходит постепенное увеличение объема полости.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению продувочный канал выполнен в месте полого стержня вблизи выпускного канала и соединен с продувочным проходом, выполненным в полом стержне, таким образом, что происходит выпуск остающегося отработавшего газа через продувочный проход, когда отверстие, выполненное во внутреннем роторе, сообщается с продувочным каналом.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению регулировочная пластина периода продувки выполнена в продувочном канале для регулировки количества газа, выпускаемого из продувочного канала в режиме реального времени согласно скорости работы силового роторного узла.
В силовом роторном узле по настоящему изобретению внутренние зубья, образованные пятью выпуклыми дугообразными поверхностями, выполнены на внутренней периферии внешнего ротора, и внешние зубья, образованные четырьмя вогнутыми дугообразными поверхностями, выполнены на внешней периферии внутреннего ротора, выполненного эксцентрично в пределах внешнего ротора.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен роторный двигатель. Роторный двигатель содержит по меньшей мере один силовой роторный узел, выполненный в корпусе двигателя, и узел подачи газа, адаптированный к силовому роторному узлу и подводящий сжатый газ; силовой роторный узел содержит внешний ротор и внутренний ротор, выполненный эксцентрично в пределах внешнего ротора, и снабжен газоподающим каналом для ввода сжатого газа, топливоподающим устройством для подачи топлива и выпускным каналом для выпуска отработавшего газа; внутренними зубьями, образованными выпуклыми дугообразными поверхностями, выполенными на внутренней периферии внешнего ротора, внешними зубьями, образованными вогнутыми дугообразными поверхностями, выполненными на внешней периферии внутреннего ротора, и независимыми друг от друга полостями, выполненными таким образом, что верхние части каждых двух смежных внешних зубьев находятся в контакте с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев, посредством чего объемы соответствующих полостей выполнены с возможностью изменения во время зацепления и расцепления внутренних зубьев и внешних зубьев, и, таким образом, обеспечена возможность выполнения рабочего такта и такта выпуска силового роторного узла, причем газоподающий канал и выпускной канал силового роторного узла выполнены на полом стержне во внутреннем роторе силового роторного узла, и на каждой вогнутой дугообразной поверхности внутреннего ротора силового роторного узла выполнено отверстие таким образом, что отверстие сообщается с газоподающим каналом и выпускным каналом соответственно при вращении внутреннего ротора силового роторного узла вокруг полого стержня.
Роторный двигатель согласно настоящему изобретению является выгодным с точки зрения простой конструкции, длительного срока службы, маленькой вибрации, большого отношения мощности к весу, большой мощности на литр, высокого выходного крутящего момента и применимости к различным видам топлива и т.д., и, таким образом, может быть широко использован в различных областях, таких как транспортное обеспечение, машинное оборудование и т.п.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и/или другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидны и в большей степени понятными из приведенного ниже описания вариантов реализации, представленного совместно с сопроводительными чертежами, на которых:
на фиг. 1 представлен схематический вид, изображающий принцип работы роторного узла;
на фиг. 2 представлен схематический вид, изображающий принцип работы роторного двигателя;
на фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе полной структуры роторного двигателя согласно типовому варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 4 представлен схематический вид в разрезе, выполненном по линии С-С на фиг. 3;
на фиг. 5 представлен схематический вид в разрезе, выполненном по линии D-D на фиг. 3;
на фиг. 6 представлен схематический вид в разрезе, выполненном по линии А-А на фиг. 3;
на фиг. 7 представлен схематический вид в разрезе регулировочной пластины периода продувки и регулировочного вала периода продувки, собранного с регулировочной пластиной периода продувки;
на фиг. 8 - 21 представлены схематические виды, изображающие процесс, в котором работают роторный узел сжатия воздуха и соответствующий силовой роторный узел роторного двигателя, где фиг. 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 изображают рабочий процесс роторного узла сжатия воздуха, фиг. 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 изображают рабочий процесс силового роторного узла.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сейчас подробно будут рассмотрены варианты реализации настоящего изобретения, примеры которых изображены на сопроводительных чертежах. В приведенном ниже описании варианты реализации будут описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи для пояснения общего принципа настоящего изобретения.
На фиг. 1 изображен принцип работы роторного узла согласно варианту реализации настоящего изобретения.
Согласно фиг. 1 роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел в соответствии с типовым вариантом реализации настоящего изобретения имеют по существу одинаковые формы и принципы работы. Каждый из роторного узла сжатия воздуха и силового роторного узла содержит внешний ротор (1) и внутренний ротор (2), эксцентрично выполненный во внешнем роторе (1).
Внутренние зубья (4) образованы выпуклыми дугообразными поверхностями (3), выполненными на внутренней периферии внешнего ротора (1), и внешние зубья (6) образованы вогнутыми дугообразными поверхностями (5), выполненными на внешней периферии внутреннего ротора (2). Независимые друг от друга полости (G) выполнены таким образом, что верхние части каждых двух смежных внешних зубьев (6) находятся в контакте с соответствующими дугообразными поверхностями внутренних зубьев (4), таким образом, объемы вышеописанных соответствующих полостей (G) выполнены с возможностью изменения во время зацепления и расцепления внутренних зубьев (4) и внешних зубьев (6), и, таким образом, обеспечена возможность выполнения такта впуска, такта сжатия и такта выпуска роторного узла сжатия воздуха. Силовой роторный узел дополнительно сжимает сжатый газ, введенный от роторного узла сжатия воздуха для выполнения рабочего такта и такта выпуска.
В частности, внешний ротор (1) вращается при вращении внутреннего ротора (2), и каждый зуб внутреннего ротора (2) может всегда формировать линейный контакт по линиям профиля зуба внешнего ротора (1) под любым его углом вращения благодаря формам зубьев внутреннего ротора (2) и внешнего ротора (1), и таким образом, полости (G) выполнены между внутренним ротором (2) и внешним ротором (1). Объем каждой полости неоднократно изменяется в зависимости от поворота внутреннего ротора и внешнего ротора, тем самым выполняя соответствующие процессы работы соответствующих роторных узлов.
В типовом роторном узле, показанном на фиг. 1, впуск и выпуск могут быть осуществлены посредством полого стержня (не показан на фиг. 1), выполненного во внутреннем роторе. Внешний ротор (1) имеет пять внутренних зубьев (4), образованных пятью выпуклыми дугообразными поверхностями (3), внутренний ротор (2) имеет четыре внешних зуба (6), образованных четырьмя вогнутыми дугообразными поверхностями (5), и внешние зубья (6) внутреннего ротора всегда находятся в контакте с внутренней стенкой (т.е. выпуклой дугообразной поверхностью) внешнего ротора во время согласованного движения между внешним ротором и внутренним ротором, тем самым осуществляя деление роторного узла на четыре полости (G), независимых друг от друга. В другом варианте реализации внешний ротор может иметь больше внутренних зубьев, и внутренний ротор может также иметь больше внешних зубьев. В других вариантах реализации внешний ротор может иметь меньшее количество внутренних зубьев, и внутренний ротор также может иметь меньше количество внешних зубьев.
На фиг. 2 изображен принцип работы роторного двигателя согласно варианту реализации настоящего изобретения.
Согласно фиг. 2 роторный двигатель по настоящему изобретению содержит роторные узлы, расположенные последовательно. В частности, один роторный узел (200) сжатия воздуха и один силовой роторный узел (300) расположены в корпусе роторного двигателя (100), причем роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел имеют одинаковую конструкцию и принцип работы с роторным узлом, показанным на фиг. 1. В роторном двигателе согласно одному варианту реализации настоящего изобретения введенный газ, прежде всего, входит в роторный узел (200) сжатия воздуха для предварительного его сжатия, предварительно сжатый газ проходит по газонаправляющему каналу (450) роторного узла сжатия воздуха и входит в силовой роторный узел (300) через газоподающий канал (480) силового роторного узла для дополнительного его сжатия. При сокращении объема газа до минимального объема рабочий такт выполняется посредством искрового зажигания или воспламенения от сжатия для создания мощности. Созданная мощность передается через устройство (500) вывода мощности, которое движется согласованно с роторным узлом (200) сжатия воздуха и силовым роторным узлом (300) посредством шестерен (520) синхронного зацепления.
В другом варианте реализации роторный двигатель может содержать ряд роторных узлов, расположенных параллельно, и каждый ряд роторных узлов состоит из роторного узла сжатия воздуха и силового роторного узла. В качестве альтернативы, в другом варианте реализации роторный двигатель может содержать один роторный узел сжатия воздуха и несколько силовых роторных узлов, и роторный узел сжатия воздуха подает предварительно сжатый газ в силовые роторные узлы параллельно для создания большей выходной мощности. В качестве альтернативы, в других вариантах реализации роторный двигатель может содержать только по меньшей мере один силовой роторный узел, предварительно сжатый газ подается силовому роторному узлу(-ам) воздушным компрессором или другими подходящими устройствами, которые могут осуществлять подачу сжатого газа. Таким образом, можно понять, что в том случае, когда роторный двигатель по настоящему изобретению содержит несколько силовых роторных узлов, то такой роторный двигатель имеет несколько полостей, в которых процессы впуска, сжатия, работы и выпуска выполняются независимо друг от друга. Таким образом, отношение мощности к весу, мощность на литр и крутящий момент на выходе могут быть увеличены.
В приведенном ниже описании один типовой вариант реализации настоящего изобретения будет описан подробно со ссылкой на фиг. 3-21.
Согласно фиг. 3-6 роторный двигатель по настоящему варианту реализации содержит: корпус (100) двигателя, содержащий роторный узел (200) сжатия воздуха, силовой роторный узел (300), газоподающее устройство (400) для доставки газа и устройство (500) вывода мощности, выполненное в пределах роторного узла (200) сжатия воздуха и силового роторного узла (300), причем корпус (100) двигателя формирует внешний вид роторного двигателя и содержит торцевую крышку (110) корпуса сжатия воздуха, торцевую крышку (120) силового корпуса и основной корпус, соединенный с торцевой крышкой (110) корпуса сжатия воздуха и торцевой крышкой (120) силового корпуса; роторный узел (200) сжатия воздуха вводит газ снаружи и предварительно сжимает введенный газ; силовой роторный узел (300) вводит предварительно сжатый газ от роторного узла (200) сжатия воздуха, дополнительно сжимает газ и совершает рабочий такт; газоподающее устройство (400) вводит газ снаружи в роторный узел (200) сжатия воздуха, вводит газ, предварительно сжатый в роторном узле (200) сжатия воздуха, в силовой роторный узел (300), и в конце отводит выхлопной газ в силовом роторном узле (300) из роторного двигателя; устройство (500) выводит мощность, созданную роторным двигателем, и содержит вал (510) выходной мощности и шестерни (520, 530, 540) синхронного зацепления.
Согласно фиг. 3 и. 4 роторный узел (200) сжатия воздуха содержит: торцевую крышку (210) внешнего ротора сжатия воздуха, жестко прикрепленную к внешнему ротору (220) сжатия воздуха и вращаемую вместе с вращением внешнего ротора (220) сжатия воздуха, зубчатый венец (290), выполненный с одной стороны, ближайшей к силовому роторному узлу, снаружи торцевой крышки (210) внешнего ротора сжатия воздуха, для зацепления с шестернями (520) синхронного зацепления с тем, чтобы вращать два роторных узла вместе с одинаковой скоростью и угловой разностью; внешний ротор (220) сжатия воздуха имеет цилиндрическую форму снаружи, при просмотре в поперечном разрезе, внешний ротор (220) сжатия воздуха внутри имеет подобную пятиугольнику полость, причем каждая сторона такой пятиугольной полости обладает дугообразной формой, выпирающей внутрь, предпочтительно, каждая выпуклая дугообразная поверхность и внешняя стенка внешнего ротора (220) сжатия воздуха имеет веретенообразную полость между ними, охлаждающая и смазочная текучая среда заполняет веретенообразную полость, т.е. формирует канал R1 для охлаждающей и смазочной текучей среды; сжатая торцевая крышка (230) внутреннего ротора сжатия воздуха неподвижно присоединена к внутреннему ротору (240) сжатия воздуха и неподвижно соединена с торцевой крышкой (330) силового внутреннего ротора посредством шлицевого соединения (280); и внутренний ротор (240) сжатия воздуха имеет ось отличную от оси внешнего ротора (220) сжатия воздуха, то есть внутренний ротор (240) сжатия воздуха не соосен с внешним ротором (220) сжатия воздуха, причем общая форма внутреннего ротора сжатия воздуха представляет собой четырехсторонний корпус, каждая сторона которого утоплена внутрь, и каждая сторона четырехстороннего корпуса имеет меньшее искривление, чем искривление каждой дугообразной стороны, выступающей внутрь внешнего ротора сжатия воздуха.
Внутренний ротор (240) сжатия воздуха снабжен канавками (260) в четырех его углах, и радиальные лопатки (270) выполнены в канавках (260) для уплотнения полостей (G) между внутренним ротором (240) сжатия воздуха и внешним ротором (220) сжатия воздуха. Радиальная лопатка (270) может поддерживаться упругим элементом, таким как пружина, для радиального вытягивания и втягивания по мере вращения внутреннего ротора (240) сжатия воздуха. В этом варианте реализации между внутренним ротором (240) сжатия воздуха и внешним ротором (220) сжатия воздуха роторного узла сжатия воздуха имеются четыре полости, и объем каждой полости изменяется при вращении внутреннего ротора (240) сжатия воздуха и внешнего ротора (220) сжатия воздуха для впуска или сжатия газа. В другом варианте реализации формы внешнего ротора (220) сжатия воздуха и внутреннего ротора (240) сжатия воздуха по настоящему изобретению не ограничены, и их поперечные сечения могут иметь форму различных многоугольников, и может быть большее количество полостей, существующее между внешним ротором (220) сжатия воздуха и внутренним ротором (240) сжатия воздуха. Предпочтительно, в данном варианте реализации во внутреннем роторе могут быть выполнено по меньшей мере четыре канала R2 для охлаждающей и смазочной текучей среды в положениях внутреннего ротора (240) сжатия воздуха, которые ближе к центру, чем канавки.
Роторный узел (200) сжатия воздуха также содержит отверстия (250, также именуемые «впускным каналом внутреннего ротора» в данном варианте реализации). В этом варианте реализации впускные каналы (250) внутреннего ротора выполнены в середине четырех вогнутых дугообразных поверхностей внутреннего ротора (240) сжатия воздуха, соответственно. При большем количестве полостей, каждая полость имеет соответствующий впускной канал внутреннего ротора. Когда впускной канал сообщается с впускным каналом (440, также именуемым «впускным каналом впускной распределительной трубы» в этом варианте реализации), газ в полом стержне (420, также именуемом «впускной распределительной трубой» в данном варианте реализации) может быть введен в полость (G), и когда впускной канал сообщается с газонаправляющим каналом (450, также именуемым «отверстием выпуска сжатого газа» в этом варианте реализации), предварительно сжатый газ вводится в отверстие выпуска (450) сжатого газа и, таким образом, вводится в силовой роторный узел.
Кроме того, роторный узел (200) сжатия воздуха может быть использован в качестве отдельного роторного узла. В частности, роторный узел (200) сжатия воздуха может быть использован отдельно в качестве газового компрессора.
Согласно фиг. 3 и 5 силовой роторный узел (300) содержит: торцевую крышку (310) силового внешнего ротора, неподвижно соединенную с силовым внешним ротором (320) и вращаемую вместе с вращением силового внешнего ротора (320), зубчатый венец (290), выполненный с одной стороны, ближайшей к торцевой крышке (210) внешнего ротора сжатия воздуха, снаружи торцевой крышки (310) силового внешнего ротора для вхождения в зацепление с шестернями (520) синхронного зацепления с тем, чтобы вращать два роторных узла с одинаковой скоростью; силовой внешний ротор (320) снаружи имеет цилиндрическую форму, которая подобна форме внешнего ротора (220) сжатия воздуха, при просмотре в поперечном разрезе, силовой внешний ротор (320) внутри имеет подобную пятиугольнику полость, каждая сторона пятиугольной полости имеет дугообразную форму, выпирающую внутрь, предпочтительно, каждая выпуклая дугообразная поверхность и внешняя стенка силового внешнего ротора (320) имеет веретенообразную полость между ними, охлаждающая и смазочная жидкость заполняет веретенообразную полость, то есть, формирует канал R1 охлаждающей и смазочной текучей среды; торцевая крышка (330) силового внутреннего ротора, неподвижно соединена с силовым внутренним ротором (340); и силовой внутренний ротор (340) имеет ось отличную от оси силового внешнего ротора (320), то есть, силовой внутренний ротор не соосен с силовым внешним ротором (320), причем общая форма силового внутреннего ротора (340) представляет собой четырехсторонний корпус, каждая сторона которого углублена внутрь, которая по существу одинакова с общей формой внутреннего ротора (240) сжатия воздуха, и каждая сторона четырехстороннего корпуса имеет меньшее искривление, чем искривление каждой дугообразной стороны, выступающей внутрь силового внешнего ротора.
В настоящем варианте реализации силовой внутренний ротор (340) снабжен канавками в четырех его углах, и в данных канавках выполнены радиальные лопатки (270) для уплотнения полостей (G) между силовым внутренним ротором (340) и силовым внешним ротором (320). Радиальная лопатка (270) может быть поддержана упругим элементом, таким как пружина, для радиального вытягивания и втягивания по мере вращения силового внутреннего ротора (340). В этом варианте реализации между силовым внутренним ротором (340) и силовым внешним ротором (320) силового роторного узла расположены четыре полости, и объем каждой полости изменяется при вращении силового внутреннего ротора (340) и силового внешнего ротора (320) для сжатия газа или воспламенения сжатого газа для совершения рабочего такта. В другом варианте реализации формы силового внешнего ротора (320) и силового внутреннего ротора (340) по настоящему изобретению не ограничены, и их поперечные сечения могут иметь форму различных многоугольников, и может быть большее количество полостей, существующих между силовым внешним ротором (320) и силовым внутренним ротором (340). Предпочтительно, в данном варианте реализации во внутреннем роторе может быть выполнено по меньшей мере четыре канала R2 охлаждающей и смазочной текучей среды в положениях силового внешнего ротора (320) ближе к центру, чем канавки.
Силовой роторный узел (300) также содержит: отверстия (360, также именуемые «отверстием ротора для впуска/выпуска» в этом варианте реализации), выполненные в середине четырех вогнутых дугообразных поверхностей силового внутреннего ротора (340) соответственно, причем при наличии большего количества полостей, каждая полость (G) имеет соответствующее отверстие впуска/выпуска ротора (360), когда отверстие впуска/выпуска сообщается с газоподающим каналом (480, также упоминаемый «отверстием впуска сжатого газа» в этом варианте реализации), газ, предварительно сжатый в роторном узле сжатия воздуха, вводится в полость (G) силового роторного узла, когда отверстие впуска/выпуска сообщается с выпускным каналом (также именуемый «главным выхлопным отверстием» (461) в этом варианте реализации и расположенный рядом с продувочным отверстием (462)), отработанный газ выпускается в соответствующий выхлопной проход в полом стержне (460, также именуемый «трубой распределения мощности» в этом варианте реализации), и когда дугообразная поверхность силового внутреннего ротора совпадает с дугообразной поверхностью силового внешнего ротора, то есть, когда объем газа в полости сжат до минимального объема, отверстие впуска/выпуска ротора (360) образует камеру сгорания; модуль (370) установки свечи зажигания, вставленный в трубу (460) распределения мощности в осевом направлении, причем, при просмотре в поперечном сечении, модуль (370) установки свечи зажигания имеет две структуры типа канавки в виде ласточкиного хвоста с обеих его сторон, тем самым, повышая прочность трубы (460) распределения мощности, и свеча (371) зажигания может быть установлена на модуле (370) установки свечи зажигания так, чтобы свечу (371) зажигания можно было легко демонтировать и заменить; регулировочную пластину (380) периода продувки, вставленную в трубу (460) распределения мощности в осевом направлении, в данном варианте реализации согласно фиг. 7 тело регулировочной пластины (380) периода продувки имеет примерно L-образную форму, часть А проходит от конца короткой стороны L-образной формы в направлении противоположно длинной стороне L-образной формы, дугообразная часть В проходит от расширенной части А в направлении противоположно короткой стороне L-образной формы, внутри дугообразной части В выполнена зубчатая рейка, что значит, что зубчатая рейка выполнена на одной стороне дугообразной части В, обращенной к регулировочной пластине (380) периода продувки, причем дугообразная часть В имеет одинаковое искривление с искривлением трубы (460) распределения мощности таким образом, что регулировочная пластина (380) периода продувки может плотно сопрягаться с трубой (460) распределения мощности, регулировочная пластина (380) периода продувки может поворачиваться вокруг оси трубы (460) распределения мощности для регулировки размера продувочного отверстия (462), таким образом, могут быть минимизированы потери короткого замыкания, возникающие в результате продувки, при входе смешанного газа в полость (G); регулировочный вал (390) периода продувки, вставленный в трубу (460) распределения мощности в осевом направлении и имеющий зубья на его внешней периферии, при этом регулировочная пластина (380) периода продувки перемещается по периферии в процессе зацепления зубьев с зубчатой рейкой на регулировочной пластине (380) периода продувки для регулировки размера продувочного отверстия (462), регулировочный вал (390) периода продувки может быть повернут посредством приводного двигателя, а в другом варианте реализации регулировочный вал (390) периода продувки может быть опущен и регулировочная плита (380) периода продувки может быть приведена в действие гидравлическим механизмом; и выпускную перегородку (350), выполненную в трубе (460) распределения мощности и разделяющую трубу (460) распределения мощности на выпускной канал (461) для выпуска отработанного газа и продувочного канала (т.е., продувочное отверстие (462)), как показано на фиг. 5, для предотвращения взаимных помех между смежными полостями во время рабочего такта и такта выпуска, в другом варианте реализации выпускная перегородка (350) также может быть выполнена за одно целое с трубой (460) распределения мощности.
Кроме того, силовой роторный узел (300) может быть также использован в качестве отдельного роторного узла. В частности, газ, сжатый другими устройствами сжатия, может быть введен в полость в силовом роторном узле (300) через отверстие (480) впуска сжатого газа в силовом роторном узле (300), и затем рабочий такт выполняется при использовании силового роторного узла (300), тем самым, осуществляя такт сжатия и рабочий такт при использовании только одного роторного узла.
Согласно фиг. 3-5 в данном варианте реализации устройство (400) подачи газа не является отдельным элементом, но распределено в роторном узле сжатия воздуха (200) и силовом роторном узле (300). В общем, газоподающее устройство (400) содержит: газовпускной патрубок (410), используемый для ввода внешнего газ и соединенный с впускной распределительной трубой (420); впускную распределительную трубу (420), выполненную во внутреннем роторе (240) сжатия воздуха и сообщающуюся с газовпускным патрубком (410) через впускной проход (421), причем впускная распределительная труба (420) неподвижна закреплена относительно корпуса (100) двигателя, соосна с внутренним ротором (240) сжатия воздуха и снабжена углубленной частью; корпус (430) впускной распределительной трубы, насаженный поверх впускной распределительной трубы (420) и неподвижно соединен с впускной распределительной трубой (420), например, шлицевым соединением для уменьшения площади поперечного сечения впускного канала внутреннего ротора (250) таким образом, чтобы больше газа выпускалось в силовой роторный узел, причем выемка выполнена в корпусе (430) впускной распределительной трубы и формирует впускной канал впускной распределительной трубы (440) вместе с углубленной частью на впускной распределительной трубе (420), причем впускной канал (440) впускной распределительной трубы имеет такую ширину, что впускной канал (440) впускной распределительной трубы может быть сообщен одновременно не более чем с двумя впускными каналами внутреннего ротора (250), и впускной канал (440) впускной распределительной трубы обычно выполнен в месте, в котором объем полости стремится измениться от малого к большому таким образом, чтобы внешний газ мог быть введен в полость через впускной канал (440) впускной распределительной трубы за счет перепада давлений; отверстие (450) выпуска сжатого газа, которое является газонаправляющим проходом, образованным углубленной частью на впускной распределительной трубе (420) и выемкой в корпусе (430) впускной распределительной трубы и используемым для подачи газа, предварительно сжатого в роторном узле сжатия воздуха, к силовому роторному узлу, причем отверстие (450) выпуска сжатого газа обычно выполнено в месте, в котором объем полости стремится измениться от большего меньшему таким образом, чтобы газ в полости мог быть выпущен через отверстие (450) выпуска сжатого газа после его сжатия.
Устройство (400) подачи газа также содержит: трубу (460) распределения мощности, выполненную в силовом внутреннем роторе (340), прикрепленную к торцевой крышке (120) силового корпуса с одного ее конца и жестко соединенную с впускной распределительной трубой (420) с другого ее конца, и расположенную соосно с силовым внутренним ротором (340), причем труба (460) распределения мощности снабжена выпускной трубой (470) на ее конце и снабжена каналами R3 для охлаждающей и смазочной текучей среды внутри нее, верхняя часть трубы (460) распределения мощности является полой для подвода газа и снабжена основным выпускным отверстием (461) и продувочным отверстием (462) для выпуска отработанного газа, находящегося в полости, в трубу (460) распределения мощности, и модуль (370) установки свечи зажигания, топливная форсунка (463), регулировочная пластина (380) периода продувки и регулировочный вал (390) периода продувки выполнены в осевом направлении в нижней части трубы (460) распределения мощности; выпускную трубу (470), соединенную с трубой (460) распределения мощности для выпуска отработанного газа в трубе (460) распределения мощности за пределы роторного двигателя; отверстие (480) впуска сжатого газа, выполненное на трубе (460) распределения мощности в осевом направлении, в частности, отверстие (480) впуска сжатого газа представляет собой канавку, утопленную от трубы (460) распределения мощности, расположенную рядом с топливной форсункой (463) и всегда сообщающуюся с отверстием (450) выпуска сжатого газа в корпусе (430) впускной распределительной трубы и впускной распределительной трубе (420), для направления газа, предварительно сжатого в роторном узле сжатия воздуха, к полости силового внутреннего ротора (340), отверстие (480) впуска сжатого газа, как правило, выполнено в месте, в котором объем полости стремится к минимуму таким образом, чтобы сжатый газ дополнительно сжимался после его ввода в полость через газоподающий проход, и выпускной канал (461) выполнен в месте, в котором объем полости стремится измениться от большего к меньшему с тем, чтобы отработанный газ в полости выпускался через выпускной канал (461).
Согласно фиг. 3-5 устройство (500) вывода мощности содержит: вал (510) выходной мощности, выполненный ниже роторного узла (200) сжатия воздуха и силового роторного узла (300) для вывода мощности, созданной роторным двигателем; шестерни (520, 530, 540) синхронного зацепления для передачи мощности, созданной силовым роторным узлом, к валу (510) выходной мощности.
Зубчатый венец (290) на торцевой крышке (210) внешнего ротора сжатия воздуха и зубчатый венец (290) на торцевой крышке (310) силового внешнего ротора соответственно входят в зацепление с шестернями (520) синхронного зацепления, выполненными на валу (510) выходной мощности, с некоторым передаточным числом, и шестерня (540) синхронизатора на торцевой крышке (330) силового внутреннего ротора также входит в зацепление с шестерней (530) синхронизатора на вале (510) выходной мощности таким образом, чтобы износ между внутренним ротором (240) сжатия воздуха и внешним ротором (220) сжатия воздуха и между силовым внутренним ротором (340) и силовым внешним ротором (320) можно было уменьшить.
В приведенном ниже описании со ссылкой на фиг. 3-21 подробно раскрыт принцип работы и рабочий процесс роторного двигателя.
Когда роторный двигатель начинает работать, внешний газ вводится в роторный узел (200) сжатия воздуха от отверстия (410) впуска газа через впускную распределительную трубу (420).
По мере вращения внутреннего ротора (240) сжатия воздуха и внешнего ротора (220) сжатия воздуха, например, по часовой стрелке, газ во впускной распределительной трубе (420) входит в полость G (занимая левую полость, как изображено на фиг. 4 в качестве примера) роторного узла сжатия воздуха через впускной канал впускной распределительной трубы (440) и впускной канал внутреннего ротора (250). Другими словами, при вращении внутреннего ротора (240) сжатия воздуха, когда впускной канал впускной распределительной трубы (440) сообщается с впускным каналом внутреннего ротора (250), левая полость G роторного узла сжатия воздуха сообщается с впускным проходом (421), и газ входит в левую полость G роторного узла сжатия воздуха, сообщающуюся с ним. Согласно принципу работы существующего роторного двигателя, может быть дополнительно увеличен объем левой полости G роторного узла сжатия воздуха, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) может дополнительно сообщаться с впускным каналом впускной распределительной трубы (440), и полость G может дополнительно находиться в состоянии впуска. В тоже время, согласно фиг. 4 верхняя полость G достигает своего максимального объема, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) не сообщается с впускным каналом впускной распределительной трубы (440); правая полость G в данный момент находится в состоянии сжатия, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) также не сообщается с впускным каналом впускной распределительной трубы (440); и нижняя полость G достигает своего минимального объема, самая нижняя дугообразная поверхность внутреннего ротора сжатия воздуха совпадает с самой нижней дугообразной поверхностью внешнего ротора сжатия воздуха, то есть, газ в этой полости предварительно сжат до минимального объема, и соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) также не сообщается с впускным каналом впускной распределительной трубы (440). При продолжении вращения внутреннего ротора (240) сжатия воздуха и внешнего ротора (220) сжатия воздуха, газ в пределах левой полости G сжимается, и в тот же момент верхняя полость G поворачивается вправо, когда соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) верхней полости G сообщается с отверстием (450) выпуска сжатого газа, газ, предварительно сжатый в роторном узле сжатия воздуха, выпускается из роторного узла сжатия воздуха через отверстие (450) выпуска сжатого газа. При продолжении вращения внутреннего ротора сжатия воздуха и внешнего ротора сжатия воздуха правая полость G поворачивается к низу, большая часть газа в правой полости G выпускается, и в данный момент соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) правой полости G не сообщается с отверстием (450) выпуска сжатого газа, то есть, впускной канал внутреннего ротора (250) правой полости G закрыт внутренним ротором сжатия воздуха.
Согласно фиг. 8-21 в приведенном ниже описании будет раскрыт процесс работы одной полости в роторном узле сжатия воздуха, например, самой нижней полости G на фиг. 4. В данный момент, как показано на фиг. 9, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) этой полости G не сообщается ни с впускным каналом впускной распределительной трубы (440), ни с отверстием (450) выпуска сжатого газа, настоящая полость G находится в своем минимальном объеме, и газ в полости G по существу выпускается в силовой роторный узел. При вращении внутреннего ротора сжатия воздуха и внешнего ротора сжатия воздуха, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) этой полости G сообщается с впускным каналом впускной распределительной трубы (440), и внешний газ входит в полость G через впускной канал впускной распределительной трубы (440) и впускной канал внутреннего ротора (250) через впускную распределительную трубу (420). Поскольку внутренний ротор сжатия воздуха и внешний ротор сжатия воздуха продолжают вращаться, объем этой полости G становится большим, и все больше внешнего газа входит в полость G, и, в данный момент, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) этой полости G всегда сообщается с впускным каналом впускной распределительной трубы (440), как показано на фиг. 10. Согласно фиг. 12 при достижении этой полостью G верхней части, данная полость G достигает своего максимального объема, и впускной канал внутреннего ротора (250) не сообщается с впускным каналом впускной распределительной трубы (440). При продолжении вращения внутреннего ротора сжатия воздуха и внешнего ротора сжатия воздуха, объем данной полости G начинает уменьшаться, и газ в пределах полости G начинает сжиматься, как изображено на фиг. 14 и 16. Когда соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) этой полости G сообщается с отверстием (450) выпуска сжатого газа, газ начинает выпускаться через отверстие (450) выпуска сжатого газа, то есть, газ, предварительно сжатый в полости G, выпускается к силовому роторному узлу через отверстие (450) выпуска сжатого газа, как показано на фиг. 18 и 20. При совпадении дугообразных поверхностей, определяющих полость G внутреннего ротора сжатия воздуха и внешнего ротора сжатия воздуха, друг с другом, соответствующий впускной канал внутреннего ротора (250) данной полости G не сообщается с отверстием (450) выпуска сжатого газа, и газ в этой полости G по существу полностью выпущен, в данный момент, полость G находится в состоянии, в котором ее объем вновь минимален, как показано на фиг. 8, и, таким образом, данная полость G закончила весь процесс впуска, предварительного сжатия и выпуска за один раз. Аналогичным образом, другие три полости также выполняют такой же процесс.
Таким образом, на основании приведенного выше описания, в роторном узле сжатия воздуха, согласно данному варианту реализации, четыре полости, независимые друг от друга, выполняют соответственно процесс впуска, сжатия и выпуска.
Силовой роторный узел (300) работает в момент работы роторного узла (200) сжатия воздуха.
Поскольку зубчатый венец (290), выполненный на торцевой крышке (210) внешнего ротора сжатия воздуха, и зубчатый венец (290), выполненный на торцевой крышке (310) силового внешнего ротора, входят в зацепление с шестернями (520) синхронного зацепления, соответственно, то роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел вращаются одновременно. Внутренний ротор (240) сжатия воздуха и силовой внутренний ротор (340) имеют различные положения, и, в частности, когда дугообразные поверхности внутреннего ротора сжатия воздуха и внешнего ротора сжатия воздуха в роторном узле сжатия воздуха совпадают друг с другом, между силовым внутренним ротором и силовым внешним ротором в силовом роторном узле по-прежнему существует угол, то есть, дугообразные поверхности силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора не совпадают друг с другом (как показано в силовом роторном узле на фиг. 9). Когда отверстие (450) выпуска сжатого газа закрыто внутренним ротором (240) сжатия воздуха, отверстие (480) впуска сжатого газа полностью не закрыто силовым внутренним ротором (340). Таким образом, силовой роторный узел перемещается скоординированно с роторным узлом сжатия воздуха с угловым различием в газораспределении.
Согласно фиг. 5 и фиг. 9-21, когда отверстие (480) впуска сжатого газа сообщается с отверстием впуска/выпуска ротора (360), предварительно сжатый газ вводится в полость G силового роторного узла вместе с топливом, впрыскиваемым топливной форсункой (463), через отверстие (480) впуска сжатого газа и впускное/выпускное отверстие ротора (360), и предварительно сжатый газ смешивается с топливом в горючий газ. При вращении силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, полость силового роторного узла продолжает уменьшаться, и смешанный газ сжимается. Когда дугообразные поверхности, определяющие полость G силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, совпадают друг с другом, объем впускного/выпускного отверстия ротора (360) равняется объему полости G, в данный момент, выполняется воспламенение от свечи зажигания (или воспламенение от сжатия) и смешанный газ начинает расширяться для выполнения рабочего такта, и в этом случае, впускное/выпускное отверстие ротора (360) используется в качестве камеры сгорания; расширенный газ вращает силовой внутренний ротор и силовой внешний ротор таким образом, что объем полости G между силовым внутренним ротором и силовым внешним ротором постепенно возрастает, по мере того, как соответствующее впускное/выпускное отверстие ротора (360) полости G не сообщается с трубой (460) распределения мощности. Когда объем полости G стремится максимуму, основное выпускное отверстие (461) начинает сообщаться с впускным/выпускным отверстием ротора (360), и отработавший газ в полости G выпускается в трубу (460) распределения мощности через впускное/выпускное отверстие ротора (360) и основное выпускное отверстие (461). В этот момент, полость с правой стороны от полости G, объем которой стремится к максимуму, выполняет процесс продувки, соответствующее впускное/выпускное отверстие ротора (360) правой полости сообщается одновременно с продувочным отверстием (462) и отверстием (480) впуска сжатого газа, предварительно сжатый газ входит в эту полость через отверстие (480) впуска сжатого газа и впускное/выпускное отверстие ротора (360), тогда как отработавший газ, остающийся в данной полости G, выпускается в трубу (460) распределения мощности через продувочное отверстие (462). Кроме того, размер продувочного отверстия (462) может быть отрегулирован регулировочной пластиной (380) периода продувки и регулировочным валом (390) периода продувки в зависимости от потребностей роторного двигателя с тем, чтобы можно было минимизировать короткое замыкание, вызванное продувкой, при вхождении смешанного газа в полость G. Когда силовой внутренний ротор вращается таким образом, что продувочное отверстие (462) не сообщается с впускным/выпускным отверстием ротора (360), смешанный газ по-прежнему вводится в полость G через отверстие (480) впуска сжатого газа, сообщающегося с впускным/выпускным отверстием ротора (360), и дополнительно сжимается, пока дугообразные поверхности, определяющие полость G силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, не совпадут друг с другом.
Согласно фиг. 9-21 подробно описан рабочий процесс одной полости G в силовом роторном узле, взятой в качестве примера, в частности самой нижней полости G на фиг. 5. В этот момент, как показано на фиг. 9, поскольку отверстие (480) впуска сжатого газа сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) этой полости G, предварительно сжатый газ вводится в полость G вместе с топливом, впрыснутым топливной форсункой (463), и предварительно сжатый газ смешивается с топливом в горючий газ. При вращении силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, смешанный газ в этой полости G дополнительно сжимается. Согласно фиг. 11, при совпадении дугообразных поверхностей, определяющих эту полость G силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, друг с другом, объем впускного/выпускного отверстия ротора (360) равняется объему полости G, и впускное/выпускное отверстие ротора (360) используются в качестве камеры сгорания, в данный момент, свеча зажигания (371) зажигается, и, поскольку свеча зажигания (371) расположена в середине полости G, смешанный газ в этой полости G может быть полностью сожжен. После того, смешанный газ расширяется для совершения рабочего такта, объем полости G становится большим, и соответствующее впускное/выпускное отверстие ротора (360) полости G не сообщается с трубой (460) распределения мощности, как показано на фиг. 13. Согласно фиг. 15, когда объем полости G стремится к максимуму при вращении силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, основное выпускное отверстие (461) сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) полости G, отработавший газ в этой полости G выпускается в трубу (460) распределения мощности и выпускается за пределы роторного двигателя через выхлопную трубу (470). Согласно фиг. 17, при вращении силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, продувочное отверстие (462) сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) полости G, и отработавший газ в данной полости G одновременно выпускается в трубу (460) распределения мощности через основное выпускное отверстие (461) и продувочное отверстие (462). Согласно фиг. 19, когда основное выпускное отверстие (461) не сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) полости G, отверстие (480) впуска сжатого газа сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) полости G, и газ, предварительно сжатый в роторном узле сжатия воздуха, вводится в полость G через отверстие (480) впуска сжатого газа, и в то же время, топливная форсунка (463) начинает впрыскивать топливо таким образом, что топливо входит в полость G вместе с предварительно сжатым газом и формирует смешанный газ. В этот момент, смешанный газ начинает продувать полость G для дополнительной вывода отработавшего газа, остающегося в полости G. Во избежание короткого замыкания, возникающего в результате продувки, размер продувочного отверстия (462) может быть отрегулирован регулировочной пластиной (380) периода продувки и регулировочным валом (390) периода продувки в зависимости от потребностей роторного двигателя так, чтобы можно было минимизировать короткое замыкание, обусловленное продувкой, при входе смешанного газа в полость G. Согласно фиг. 21, при вращении силового внутреннего ротора и силового внешнего ротора, продувочное отверстие (462) не сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) полости G, но отверстие (480) впуска сжатого газа еще сообщается с соответствующим впускным/выпускным отверстием ротора (360) полости G, предварительно сжатый газ продолжает поступать в полость G, и в то же время, объем полости G становится маленьким, и смешанный газ в полости G снова дополнительно сжимается, как изображено на фиг. 9. Таким образом, полость G в силовом роторном узле завершает один рабочий такт.
Согласно данному варианту реализации имеются четыре полости, существующие в силовом роторном узле, несмотря на то, что процесс впуска, сжатия и работы выполняется в одной полости, в других трех полостях также выполняется вышеупомянутый процесс, соответственно, и процесс ввода смешанного газа, сжатия, воспламенения, работы и выпуска выполняется в этих четырех полостях независимо друг от друга. Мощность, созданная силовым роторным узлом, передается через вал выходной мощности.
Исходя из приведенного выше описания, можно понять, что роторный узел сжатия воздуха может вводить газ снаружи, и затем сжимать введенный газ посредством скоординированного перемещения между внутренним ротором и внешним ротором, таким образом, достигая процесса впуска и сжатия. С учетом такой функции роторного узла сжатия воздуха, роторный узел сжатия воздуха может быть использован отдельно в качестве газового компрессора, и, в таком случае, внешний ротор и внутренний ротор роторного узла сжатия воздуха могут быть соединены с единственным валом через шестереночный механизм.
Поскольку газ, введенный в силовой роторный узел, является предварительно сжатым газом в роторном двигателе, то любой возможный механизм, выполненный с возможностью сжатия газа, может быть соединен с силовым роторным узлом в дополнение к роторному узлу сжатия воздуха. Другими словами, роторный двигатель может иметь только вышеописанный силовой роторный узел, а роторный узел сжатия воздуха может быть заменен другими механизмами сжатия газа.
Кроме того, число силовых роторных узлов не ограничено одним, и одновременно могло бы существовать несколько силовых роторных узлов для создания большей выходной мощности. В роторном двигателе, содержащем несколько силовых роторных узлов, сжатый газ может подаваться нескольким силовым роторным узлам одновременно посредством устройства подачи газа, описанного в вышеупомянутом варианте реализации.
Таким образом, в отличие от существующего двухтактного двигателя или четырехтактного двигателя, четыре полости в роторном узле сжатия воздуха и четыре полости в силовом роторном узле роторного двигателя по настоящему изобретению выполняют процесс впуска, сжатия, воспламенения, работы и выпуска независимо друг от друга. Хотя, роторный узел сжатия воздуха и силовой роторный узел согласно настоящему изобретению не ограничены наличием в них четырех полостей, и принцип настоящего изобретения может быть применен к меньшему или большему количеству полостей, чем четыре. Роторный двигатель по настоящему изобретению создает объединенный рабочий ход двумя рядами корпусов насоса, вращаемых в одинаковом направлении и неподвижно соединенных с угловой разностью, то есть, два комплекта корпусов насоса соответственно выполняют различные рабочие ходы во время одного оборота. Роторный двигатель, согласно настоящему изобретению, имеет подобную эффективность по впуску/выпуску газа к эффективности существующего четырехтактного двигателя, низкий расход топлива, низкое загрязнение и высокую мощность, как и существующий двухтактный двигатель, решает проблему эффекта короткого замыкания, возникающего в результате продувки смешанного газа в двухтактном двигателе, значительно снижает расход смешанного газа, что, в свою очередь, уменьшает загрязнение окружающей среды.
Благодаря специальному конструктивному решению в структуре настоящего изобретения: впускное/выпускное отверстие ротора (360) в силовом роторном узле формирует закрытую камеру сгорания с внутренним и внешним роторами силового роторного узла, когда свеча зажигания зажигается во время рабочего такта в конце сжатия горючего газа, и такая закрытая камера сгорания имеет меньшее отношение поверхности к объему и более предпочтительна для сгорания смешанного газа по сравнению с роторным двигателем треугольного типа предшествующего уровня техники, повышается полнота сгорания, при этом, роторный двигатель может использовать различное топливо, такое как дизельное топливо, спиртовое горючее и т.п., вследствие более высокой степени сжатия, и все, что необходимо для изменения - это заменить свечу зажигания масляным насосом высокого давления.
Все движущиеся части настоящего изобретения выполняют неэксцентриковое вращательное движение с тем, чтобы можно было значительно снизить вибрацию, а отношение мощности к весу, мощность на литр и крутящий момент на выходе можно было увеличить. Например, внутренний ротор согласно варианту реализации настоящего изобретения выполняет рабочий такт четыре раза во время каждого оборота, что эквивалентно существующему четырехтактному двигателю с восемью цилиндрами, и имеет небольшой объем, легкий вес и высокую мощность, тем самым, значительно расширяя область применения двигателя.
Хотя настоящее описание было представлено и раскрыто согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации, тем не менее, специалисты в данной области техники поймут, что различные изменения формы и частей могут быть выполнены, не отступая от сущности и объема настоящего изобретения, определенных в приведенной ниже формуле изобретения.