СИСТЕМЫ РАДИАЛЬНО-ИМПУЛЬСНОГО ДВИГАТЕЛЯ, НАСОСА И КОМПРЕССОРА И СПОСОБЫ ИХ РАБОТЫ
SYSTEMS OF INWARD-FLAW PULSED ENGINE, PUMP AND COMPRESSOR AND OF OPERATION THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Нижеследующее описание относится по существу к двигателям, насосам и подобным устройствам и системам.
Уровень техники
Эффективность двигателей внутреннего сгорания часто выражают через тепловой к.п.д., который является критерием способности двигателя преобразовывать энергию топлива в механическую мощность. Обычные двигатели внутреннего сгорания с поршнями, совершающими возвратно-поступательные перемещения, имеют относительно низкий тепловой к.п.д. Обычные автомобильные двигатели внутреннего сгорания, например, обычно имеют тепловой к.п.д. около 0,25, что означает, что примерно 75% энергии топлива теряется при работе двигателя. Более конкретно, около 40% энергии топлива теряется через выхлопную трубу в качестве отходящей теплоты, а остальные 35% поглощаются системой охлаждения (охлаждающей жидкостью, маслом и обтекающим воздушным потоком). В результате таких потерь лишь около 25% энергии топлива преобразуется в полезную мощность для движения автомобиля и работы вспомогательных систем (систем заряда, охлаждающих систем, систем усиления рулевого управления и т.д.).
Такая неэффективность обычных двигателей внутреннего сгорания обусловлена рядом причин. Одной из них является то, что головка цилиндра и стенки камеры сгорания поглощают тепловую энергию воспламенившегося топлива, но не работают. Другая причина заключается в том, что воспламенившаяся порция топлива не до конца расширяется перед тем, как будет вытолкнута из камеры сгорания при относительно высокой температуре и давлении на такте выхлопа. Дополнительной причиной является то, что двигатели с поршнями, совершающими возвратно-поступательные перемещения, создают очень небольшой крутящий момент на большей части хода поршня из-за геометрического соотношения между поршнем, совершающим возвратно-поступательные перемещения, и вращающимся коленчатым валом.
Хотя в области поршневых двигателей наблюдаются некоторые достижения, представляется, что практические пределы эффективности поршневых двигателей уже достигнуты. Средняя топливная экономичность новых автомобилей, например, за последние 20 лет, или около того, увеличилась всего на 2,3 мили на галлон (около 0,6 л на 100 км). Более конкретно - средняя топливная экономичность новых автомобилей увеличилась с 26,6 миль на галлон (9,047 литра на 100 км) в 1982 году до 28,9 миль на галлон (8,401 литра на 100 км) в 2002 г.
Несмотря на то, что обычным двигателям внутреннего сгорания были предложены альтернативы, каждый из них давал лишь незначительные преимущества. Гибридные автомобили (например, Toyota Prius) и системы альтернативного топлива (например, пропан, природный газ и биотопливо) все равно используют обычные двигатели внутреннего сгорания с поршнями, совершающими возвратно-поступательные перемещения, со всеми присущими им недостатками. Электромобили, с другой стороны, имеют ограниченный пробег и медленно заряжаются. Водородные топливные ячейки являются другой альтернативой, но внедрение этой зарождающейся технологии требует новой инфраструктуры распределения топлива, которая должна заменить существующую инфраструктуру, рассчитанную на нефтепродукты. Соответственно, хотя каждая из этих технологий может иметь перспективы в будущем, но на массовый рынок они войдут спустя некоторое время.
Краткое описание изобретения
Настоящее краткое описание предназначено только для облегчения понимания и не ограничивает объем настоящего изобретения, определенный его формулой.
Настоящее изобретение относится по существу к двигателям, насосам и подобным устройствам, преобразующим тепловую энергию в механическую или, в качестве альтернативы, преобразующим механическую энергию в гидроэнергию.
Таким образом, согласно одному варианту предложен двигатель, содержащий: первый участок торцевой стенки, второй участок торцевой стенки, отстоящий от первого участка торцевой стенки для, по меньшей мере, частичного образования камеры давления между ними, первый участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, и второй участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая к первому участку подвижной стенки, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, а второй участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично между вторым участком дальней кромки и второй осью поворота, причем первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки выполнен с возможностью скольжения по цилиндрической поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вперед и назад вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вперед и назад вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки параллельна второй оси поворота.
Предпочтительно, первая и вторая оси поворота зафиксированы относительно первого и второго участков торцевой стенки.
Предпочтительно, первая и вторая оси поворота проходят через первый и второй участки торцевой стенки.
Предпочтительно, первый участок подвижной стенки функционально соединен со вторым участком подвижной стенки с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым участком подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом первый участок подвижной стенки функционально соединен со вторым и третьим участками подвижной стенки с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, и синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, и синхронизирующий зубчатый венец, обеспечивающий функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом третий участок подвижной стенки имеет третью ось поворота, причем первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, имеющую первый радиус кривизны, а цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки имеет второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая ко второму участку подвижной стенки, при этом третий участок подвижной стенки имеет третью ось поворота, четвертый участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая к третьему участку подвижной стенки, при этом четвертый участок подвижной стенки имеет четвертую ось поворота, пятый участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая к четвертому участку подвижной стенки, при этом пятый участок подвижной стенки имеет пятую ось поворота, и шестой участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая к пятому участку подвижной стенки, при этом шестой участок подвижной стенки имеет шестую ось поворота, причем первая, вторая, третья, четвертая, пятая и шестая оси поворота образуют окружность, имеющую первый радиус кривизны, а цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки имеет второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Предпочтительно, цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки представляет собой первую цилиндрическую поверхность, причем двигатель дополнительно содержит: третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая ко второму участку подвижной стенки, при этом третий участок подвижной стенки имеет третий участок дальней кромки, отстоящий от третьей оси поворота, причем третий участок подвижной стенки также имеет вторую цилиндрическую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично между третьим участком дальней кромки и третьей осью поворота, при этом первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки выполнен с возможностью скольжения по первой цилиндрической поверхности второго участка подвижной стенки, а второй участок дальней кромки второго участка подвижной стенки выполнен с возможностью скольжения по второй цилиндрической поверхности третьего участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота, повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота и повороте третьего участка подвижной стенки вокруг третьей оси поворота.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, причем цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки содержит отверстие, выполненное с возможностью впуска воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания.
Предпочтительно, цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки проходит от второго участка дальней кромки второго участка подвижной стенки до участка ближней кромки второго участка подвижной стенки, при этом вторая ось поворота второго участка подвижной стенки расположена между вторым участком дальней кромки и участком ближней кромки.
Предпочтительно, цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки проходит от второго участка дальней кромки второго участка подвижной стенки до участка ближней кромки второго участка подвижной стенки, при этом камера давления представляет собой камеру сгорания, а цилиндрическая поверхность содержит отверстие, выполненное с возможностью впуска воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания, причем между второй осью поворота и участком ближней кромки второго участка подвижной стенки расположено отверстие.
Предпочтительно, на первом участке дальней кромки первого участка подвижной стенки имеется уплотнение, выполненное с возможностью скольжения по цилиндрической поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки выполнен с возможностью смазывания цилиндрической поверхности второго участка подвижной стенки при скольжении первого участка дальней кромки по цилиндрической поверхности.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит топливный инжектор, установленный на первом участке торцевой стенки, при этом камера давления представляет собой камеру сгорания, а топливный инжектор выполнен с возможностью распыления топлива в камеру сгорания.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит воспламенитель, установленный на первом участке торцевой стенки, при этом камера давления представляет собой камеру сгорания, а воспламенитель выполнен с возможностью воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит клапан, установленный в первом участке торцевой стенки, при этом камера давления представляет собой камеру сгорания, а клапан выполнен с возможностью выпуска выхлопных газов из камеры сгорания.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит клапан, установленный в первом участке торцевой стенки, при этом камера давления представляет собой расширительную камеру, а клапан выполнен с возможностью впуска пара под давлением в расширительную камеру.
Согласно другому варианту предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: первый участок торцевой стенки, второй участок торцевой стенки, отстоящий от первого участка торцевой стенки для, по меньшей мере, частичного образования камеры сгорания между ними, первую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг первой оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, вторую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг второй оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, первый участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к первой цапфе, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, и второй участок подвижной стенки, жестко прикрепленный ко второй цапфе, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, при этом второй участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично, между вторым участком дальней кромки и второй осью поворота, причем первый участок дальней кромки выполнен с возможностью скольжения по цилиндрической поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первой цапфы вперед и назад вокруг первой оси поворота и повороте второй цапфы вперед и назад вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, первая цапфа функционально соединена со второй цапфой с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки и второго участка подвижной стенки в унисон.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы со второй цапфой с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки и второго участка подвижной стенки в унисон.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит синхронизирующий зубчатый венец, обеспечивающий функциональное соединение первой цапфы со второй цапфой с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки и второго участка подвижной стенки в унисон.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую распределительную шестерню, жестко прикрепленную к первой цапфе, вторую распределительную шестерню, жестко прикрепленную ко второй цапфе, и синхронизирующий зубчатый венец, обеспечивающий функциональное зацепление первой и второй распределительных шестерней с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки и второго участка подвижной стенки в унисон.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третью цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг третьей оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе, и синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы со второй и третьей цапфами с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третью цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг третьей оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе, и синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы со второй и третьей цапфами, причем первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, а синхронизирующая шестерня выполнена с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр окружности.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит коленчатый вал, функционально соединенный, по меньшей мере, с первой цапфой, при этом коленчатый вал выполнен с возможностью вращения в одном направлении при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третью цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг третьей оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, и третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе, при этом первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, имеющую первый радиус кривизны, причем цилиндрическая поверхность второго участка подвижной стенки имеет второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Согласно еще одному варианту предложено устройство для преобразования энергии в двигателе, насосе и/или компрессоре, содержащее: лопасть для преобразования первой формы энергии во вторую форму энергии в двигателе, насосе и/или компрессоре, содержащую: участок дальней кромки для уплотнения на примыкающей поверхности, участок ближней кромки, отстоящий от участка дальней кромки, и цилиндрическую поверхность, проходящую между участком дальней кромки и участком ближней кромки, причем цилиндрическая поверхность обращена, по меньшей мере, приблизительно к камере сгорания, насосной камере и/или к компрессионной камере, при этом цилиндрическая поверхность содержит, по меньшей мере, одно отверстие, выполненное с возможностью пропускания текучей среды через него во время работы двигателя, насоса и/или компрессора.
Предпочтительно, лопасть выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной цилиндрической поверхности.
Предпочтительно, лопасть выполнена с возможностью поворота вокруг оси, расположенной между участком дальней кромки и участком ближней кромки.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно отверстие выполнено с возможностью пропускания через него воздуха и/или топливовоздушной смеси.
Предпочтительно, лопасть выполнена с возможностью поворота вокруг оси, расположенной между участком дальней кромки и участком ближней кромки, при этом, по меньшей мере, одно отверстие расположено между участком ближней кромки и осью поворота, причем отверстие выполнено с возможностью пропускания через него воздуха и/или топливовоздушной смеси.
Предпочтительно, устройство дополнительно содержит цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг оси, причем лопасть жестко прикреплена к цапфе.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: камеру сгорания, первый участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, второй участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, причем второй участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично между вторым участком дальней кромки и второй осью поворота, средство для подачи топлива в камеру сгорания и средство для воспламенения топлива в камере сгорания, вызывая тем самым скольжение перового участка дальней кромки первого участка подвижной стенки по цилиндрической поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вперед и назад вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вперед и назад вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для выпуска выхлопных газов из камеры сгорания.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для синхронизации перемещения первого и второго участков подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для реверсирования направления первого и второго участков подвижной стенки при их повороте вокруг их соответствующих осей поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для преобразования поворотного перемещения первого и второго участков подвижной стенки во вращательное перемещение соответствующего коленчатого вала.
Предпочтительно, средство для подачи топлива в камеру сгорания содержит отверстие в первом участке подвижной стенки.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель, содержащий: первый участок торцевой стенки, второй участок торцевой стенки, отстоящий от первого участка торцевой стенки для, по меньшей мере, частичного образования камеры давления между ними, первый участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, второй участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая к первому участку подвижной стенки, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, при этом второй участок подвижной стенки дополнительно содержит отверстие, причем первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки выполнен с возможностью скольжения через отверстие во втором участке подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, при этом обеспечивается протекание воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания через отверстие при скольжении первого участка дальней кромки первого участка подвижной стенки через отверстие во втором участке подвижной стенки.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, при этом обеспечивается протекание выхлопных газов из камеры сгорания через отверстие при скольжении первого участка дальней кромки первого участка подвижной стенки через отверстие во втором участке подвижной стенки.
Предпочтительно, второй участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично между вторым участком дальней кромки и второй осью поворота, при этом на цилиндрической поверхности расположено отверстие.
Предпочтительно, вторая ось поворота расположена между вторым участком дальней кромки второго участка подвижной стенки и участком ближней кромки второго участка подвижной стенки, при этом отверстие расположено между участком ближней кромки второго участка подвижной стенки и второй осью поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг первой оси поворота, и вторую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг второй оси поворота, причем первый участок подвижной стенки жестко прикреплен к первой цапфе, а второй участок подвижной стенки жестко прикреплен ко второй цапфе.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит закрепленный поворотный палец, проходящий, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки вдоль первой оси поворота, при этом первый участок подвижной стенки шарнирно соединен с закрепленным поворотным пальцем.
Предпочтительно, первый участок подвижной стенки содержит цилиндрическую поверхность, обращенную, по меньшей мере, по существу, к камере сгорания, причем цилиндрическая поверхность остается параллельной первой оси поворота при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота.
Предпочтительно, первый участок подвижной стенки функционально соединен со вторым участком подвижной стенки с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки и второго участка подвижной стенки в унисон.
Предпочтительно, первый участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, имеющую первый радиус кривизны, при этом двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая ко второму участку подвижной стенки, причем третий участок подвижной стенки имеет третью ось поворота, при этом первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, имеющую второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Предпочтительно, первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки содержит уплотнение, выполненное с возможностью скольжения по поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: первый участок торцевой стенки, второй участок торцевой стенки, отстоящий от первого участка торцевой стенки для, по меньшей мере, частичного образования камеры сгорания между ними, первую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг первой оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, вторую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг второй оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, первый участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к первой цапфе, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, и второй участок подвижной стенки, жестко прикрепленный ко второй цапфе, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, при этом второй участок подвижной стенки дополнительно содержит отверстие, причем первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки выполнен с возможностью скольжения через отверстие при повороте первой цапфы вокруг первой оси поворота и повороте второй цапфы вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, в двигателе обеспечивается протекание, по меньшей мере, воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания через отверстие при скольжении первого участка дальней кромки первого участка подвижной стенки через отверстие во втором участке подвижной стенки.
Предпочтительно, второй участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично между вторым участком дальней кромки и второй осью поворота, при этом отверстие расположено на цилиндрической поверхности.
Предпочтительно, первая цапфа функционально соединена со второй цапфой с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым участком подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы и второй цапфы с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым участком подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую распределительную шестерню, жестко прикрепленную к первой цапфе, вторую распределительную шестерню, жестко прикрепленную ко второй цапфе, и синхронизирующую шестерню, обеспечивающую функциональное зацепление первой и второй распределительных шестерней с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым участком подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третью цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг третьей оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе, и синхронизирующий зубчатый венец, обеспечивающий функциональное соединение первой цапфы со второй и третьей цапфами, причем первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, при этом синхронизирующий зубчатый венец выполнен с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр окружности при перемещении первого участка подвижной стенки в унисон со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третью цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг третьей оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе, и синхронизирующий зубчатый венец, обеспечивающий функциональное соединение первой цапфы со второй и третьей цапфами, причем первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, при этом синхронизирующий зубчатый венец выполнен с возможностью поворота вперед и назад вокруг оси, проходящей через центр окружности при повороте первого участка подвижной стенки вперед и назад вокруг первой оси поворота, при повороте второго участка подвижной стенки вперед и назад вокруг второй оси поворота и при повороте третьего участка подвижной стенки вперед и назад вокруг третьей оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит коленчатый вал, функционально соединенный, по меньшей мере, с первой цапфой, при этом коленчатый вал выполнен с возможностью вращения в одном направлении при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третью цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг третьей оси поворота, проходящей, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки, и третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе, при этом первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, имеющую первый радиус кривизны, причем второй участок подвижной стенки дополнительно содержит цилиндрическую поверхность, имеющую второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: камеру сгорания, первый участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания и имеющий первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, второй участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания и имеющий второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, при этом второй участок подвижной стенки дополнительно содержит отверстие, средство для подачи топлива в камеру сгорания и средство для воспламенения топлива в камере сгорания, тем самым вызывая скольжение первого участка дальней кромки первого участка подвижной стенки через отверстие во втором участке подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для пропускания воздуха в камеру сгорания через отверстие при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для выпуска выхлопных газов из камеры сгорания.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для синхронизации перемещения первого и второго участков подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для реверсирования направления первого и второго участков подвижной стенки при их повороте вокруг их соответствующих осей поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит коленчатый вал и средство для преобразования поворотного перемещения первого и второго участков подвижной стенки во вращательное перемещение коленчатого вала.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель, содержащий: первый участок торцевой стенки, второй участок торцевой стенки, отстоящий от первого участка торцевой стенки для, по меньшей мере, частичного образования камеры давления между ними, первый участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок ближней кромки, первый участок дальней кромки и первую поверхность, проходящую между ними и обращенную, по меньшей мере, по существу, к камере давления, причем первый участок подвижной стенки выполнен с возможностью поворота вокруг первой смещенной оси поворота, расположенной рядом с первым участком ближней кромки и отстоящей от первого участка дальней кромки, второй участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, примыкая к первому участку подвижной стенки, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок ближней кромки, второй участок дальней кромки и вторую поверхность, проходящую между ними и обращенную, по меньшей мере, по существу, к камере давления, причем второй участок подвижной стенки выполнен с возможностью поворота вокруг второй смещенной оси поворота, расположенной рядом со вторым участком ближней кромки и отстоящей от второго участка дальней кромки, и синхронизирующее устройство, обеспечивающее функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки, при этом синхронизирующее устройство вызывает перемещение первого и второго участков подвижной стенки в унисон при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой смещенной оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй смещенной оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом синхронизирующее устройство обеспечивает функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первого участка подвижной стенки со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг первой смещенной оси поворота, и вторую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг второй смещенной оси поворота, при этом первый участок подвижной стенки жестко прикреплен к первой цапфе, а второй участок подвижной стенки жестко прикреплен ко второй цапфе, причем синхронизирующее устройство обеспечивает функциональное зацепление первой и второй цапф.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг первой смещенной оси поворота, вторую цапфу, выполненную с возможностью поворота вокруг второй смещенной оси поворота, первую распределительную шестерню, жестко прикрепленную к первой цапфе, и вторую распределительную шестерню, жестко прикрепленную ко второй цапфе, при этом первый участок подвижной стенки жестко прикреплен к первой цапфе, а второй участок подвижной стенки жестко прикреплен ко второй цапфе, причем синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное зацепление первой и второй распределительных шестерней.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом третий участок подвижной стенки выполнен с возможностью поворота вокруг третьей смещенной оси поворота, причем первая, вторая и третья смещенные оси поворота образуют окружность, причем синхронизирующее устройство содержит зубчатый венец, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр окружности.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, жестко прикрепленную к первому участку подвижной стенки и выполненную с возможностью поворота вокруг первой смещенной оси поворота, вторую цапфу, жестко прикрепленную ко второму участку подвижной стенки и выполненную с возможностью поворота вокруг второй смещенной оси поворота, третью цапфу, жестко прикрепленную к третьему участку подвижной стенки и выполненную с возможностью поворота вокруг третьей смещенной оси поворота, первую распределительную шестерню, жестко прикрепленную к первой цапфе, вторую распределительную шестерню, жестко прикрепленную ко второй цапфе, и третью распределительную шестерню, жестко прикрепленную к третьей цапфе, при этом первая, вторая и третья смещенные оси поворота образуют окружность, причем синхронизирующее устройство содержит зубчатый венец, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр окружности.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, жестко прикрепленную к первому участку подвижной стенки и выполненную с возможностью поворота вокруг первой смещенной оси поворота, вторую цапфу, жестко прикрепленную ко второму участку подвижной стенки и выполненную с возможностью поворота вокруг второй смещенной оси поворота, и коленчатый вал, при этом синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы со второй цапфой, а коленчатый вал функционально соединен с шестерней и выполнен с возможностью вращения в одном направлении при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой смещенной оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй смещенной оси поворота.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, функционально расположенный между первым и вторым участками торцевой стенки, при этом третий участок подвижной стенки выполнен с возможностью поворота вокруг третьей смещенной оси поворота, причем первая, вторая и третья смещенные оси поворота образуют окружность, имеющую первый радиус кривизны, а вторая поверхность второго участка подвижной стенки имеет второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Предпочтительно, первый участок дальней кромки выполнен с возможностью скольжения по второй поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой смещенной оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй смещенной оси поворота.
Предпочтительно, первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки содержит уплотнение, выполненное с возможностью скольжения по второй поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой смещенной оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй смещенной оси поворота.
Предпочтительно, первый участок дальней кромки первого участка подвижной стенки выполнен с возможностью смазывания второй поверхности второго участка подвижной стенки при скольжении первого участка дальней кромки по второй поверхности.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, при этом второй участок подвижной стенки содержит отверстие, выполненное с возможностью впуска воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, при этом двигатель дополнительно содержит топливный инжектор, выполненный с возможностью распыления топлива в камеру сгорания.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, при этом двигатель дополнительно содержит воспламенитель для воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания.
Предпочтительно, камера давления представляет собой камеру сгорания, при этом двигатель дополнительно содержит клапан, выполненный с возможностью выпуска выхлопных газов из камеры сгорания.
Предпочтительно, камера давления представляет собой расширительную камеру, при этом двигатель дополнительно содержит клапан, выполненный с возможностью впуска пара под давлением в расширительную камеру.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: первый участок торцевой стенки, второй участок торцевой стенки, отстоящий от первого участка торцевой стенки для, по меньшей мере, частичного образования камеры сгорания между ними, первую цапфу, проходящую, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки вдоль первой оси поворота, вторую цапфу, проходящую, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки вдоль второй оси поворота, третью цапфу, проходящую, по меньшей мере, частично между первым и вторым участками торцевой стенки вдоль третьей оси поворота, первый участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к первой цапфе и имеющий первую поверхность, образующую, по меньшей мере, часть камеры сгорания, второй участок подвижной стенки, жестко прикрепленный ко второй цапфе и имеющий вторую поверхность, образующую, по меньшей мере, часть камеры сгорания, третий участок подвижной стенки, жестко прикрепленный к третьей цапфе и имеющий третью поверхность, образующую, по меньшей мере, часть камеры сгорания, и синхронизирующее устройство, обеспечивающее функциональное соединение первой цапфы со второй цапфой и третьей цапфой, при этом синхронизирующее устройство вызывает перемещение первого, второго и третьего участков подвижной стенки в унисон при повороте первого участка подвижной стенки вперед и назад вокруг первой оси поворота, повороте второго участка подвижной стенки вперед и назад вокруг второй оси поворота и повороте третьего участка подвижной стенки вперед и назад вокруг третьей оси поворота.
Предпочтительно, синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы со второй цапфой.
Предпочтительно, синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное соединение первой цапфы со второй и третьей цапфами.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую распределительную шестерню, жестко прикрепленную к первой цапфе, и вторую распределительную шестерню, жестко прикрепленную ко второй цапфе, при этом синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное зацепление первой и второй распределительных шестерней.
Предпочтительно, первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, причем синхронизирующее устройство содержит зубчатый венец, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр окружности.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит коленчатый вал, при этом синхронизирующее устройство содержит шестерню, обеспечивающую функциональное зацепление первой цапфы со второй цапфой, причем коленчатый вал функционально соединен с шестерней и выполнен с возможностью вращения в одном направлении при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, имеющую первый радиус кривизны, а вторая поверхность второго участка подвижной стенки имеет второй радиус кривизны, который, по меньшей мере, приблизительно эквивалентен первому радиусу кривизны.
Предпочтительно, первый участок подвижной стенки дополнительно содержит первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, при этом первый участок дальней кромки выполнен с возможностью скольжения по второй поверхности второго участка подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, второй участок подвижной стенки содержит отверстие, выполненное с возможностью впуска воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания.
Согласно еще одному варианту предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: камеру сгорания, первый участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания, при этом первый участок подвижной стенки имеет первый участок дальней кромки, отстоящий от первой оси поворота, второй участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания, при этом второй участок подвижной стенки имеет второй участок дальней кромки, отстоящий от второй оси поворота, средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки с обеспечением перемещения первого участка подвижной стенки в унисон со вторым участком подвижной стенки, средство для подачи топлива в камеру сгорания и средство для воспламенения топлива в камере сгорания, тем самым вызывая скольжение первого участка дальней кромки первого участка подвижной стенки по второму участку подвижной стенки при повороте первого участка подвижной стенки вперед и назад вокруг первой оси поворота и повороте второго участка подвижной стенки вперед и назад вокруг второй оси поворота.
Предпочтительно, средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки содержит шестерню.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, жестко прикрепленную к первому участку подвижной стенки, и вторую цапфу, жестко прикрепленную ко второму участку подвижной стенки, при этом средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки содержит средство функционального зацепления первой цапфы со второй цапфой.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит первую цапфу, жестко прикрепленную к первому участку подвижной стенки, и вторую цапфу, жестко прикрепленную ко второму участку подвижной стенки, при этом средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки содержит шестерню для функционального зацепления первой цапфы со второй цапфой.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания, при этом третий участок подвижной стенки имеет третий участок дальней кромки, отстоящий от третьей оси поворота, причем средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки содержит средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым и третьим участками подвижной стенки.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит третий участок подвижной стенки, расположенный рядом с камерой сгорания, при этом третий участок подвижной стенки имеет третий участок дальней кромки, отстоящий от третьей оси поворота, причем первая, вторая и третья оси поворота образуют окружность, а средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки содержит зубчатый венец, выполненный с возможностью вращения вокруг центра окружности.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство для выпуска выхлопных газов из камеры сгорания.
Предпочтительно, средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки содержит средство для реверсирования направления перемещения первого и второго участка подвижной стенки при их повороте.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит коленчатый вал, при этом средство функционального соединения первого участка подвижной стенки со вторым участком подвижной стенки функционально соединено с коленчатым валом.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой частично показанный вид в перспективе радиально-импульсного двигателя согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе двигателя по фиг.1, где ряд элементов не показан с целью иллюстрации,
Фиг.3 представляет собой вид в перспективе двигателя по фиг.1 с частичным вырезом,
Фиг.4А-4Е представляет собой ряд видов в перспективе, показывающих работу двигателя по фиг.1 в двухтактном режиме согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.5А-5Е представляет собой ряд видов сверху части радиально-импульсного двигателя согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.6 представляет собой вид сверху в поперечном сечении части радиально-импульсного двигателя согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.7 представляет собой вид в перспективе части радиально-импульсного двигателя согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.8А-8F представляет собой ряд видов сверху, показывающих работу двигателя по фиг.7 согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.9 представляет собой вид в перспективе радиально-импульсного двигателя согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе двигателя по фиг.9, где ряд элементов не показан для иллюстрации,
Фиг.11А-11Н представляет собой ряд видов в перспективе, показывающий работу двигателя по фиг.9 в четырехтактном режиме согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг.12 представляет собой вид в перспективе, показывающий различные аспекты лопастей и цапф двигателя по фиг.1-4Е,
Фиг.13 представляет собой увеличенный вид в перспективе одного из подузлов лопасть/цапфа двигателя по фиг.1-4Е,
Фиг.14A представляет собой увеличенный вид спереди части лопасти по фиг.13, а фиг.14В и 14С представляют собой увеличенные сечения по линиям 14В-14В и 14С-14С, соответственно, на фиг.14А,
Фиг.15 представляет собой вид в перспективе сзади лопасти, выполненной согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.16 представляет собой вид в перспективе части радиально-импульсного двигателя, выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.17 представляет собой вид сверху двигателя по фиг.16, показывающий увеличенный ход соединенных лопастей,
Фиг.18А и 18В представляют собой виды сверху части радиально-импульсного двигателя, имеющего множество шарнирно установленных лопастей, выполненных согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.19А и 19В представляют собой виды сверху части радиально-импульсного двигателя, имеющего множество шарнирно установленных лопастей, выполненных согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.20А и 20В представляют собой виды с торца в сечении телескопической лопасти, выполненной согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.21 представляет собой вид с торца в сечении телескопической лопасти согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.22 представляет собой вид сбоку части радиально-импульсного двигателя, показывающий систему для приведения в действие тарельчатого клапана согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.23 представляет собой вид сбоку части радиально-импульсного двигателя, показывающий систему для приведения в действие тарельчатого клапана согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.24 представляет собой вид в перспективе части радиально-импульсного двигателя, показывающий способ управления потоком газообразной смеси в камеру сгорания и из нее,
Фиг.25 представляет собой вид сверху части радиально-импульсного двигателя, имеющего подвижную клапанную пластину, выполненную согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.26 представляет собой вид сверху радиально-импульсного двигателя, имеющего кулачковую пластину для передачи мощности от множества лопастей на выходной вал,
Фиг.27А представляет собой вид в перспективе с частичным вырезом радиально-импульсного двигателя, в котором используется дуплексная синхронизирующая шестерня для передачи мощности от множества лопастей, а фиг.27В представляет собой сечение через цапфу по фиг.27А,
Фиг.28 представляет собой вид в перспективе части силовой установки, имеющей первый радиально-импульсный двигатель, функционально соединенный со вторым радиально-импульсным двигателем согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.29 представляет собой вид в перспективе части силовой установки, выполненной согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.30 представляет собой частичный схематичный вид силовой установки, выполненной согласно другому варианту настоящего изобретения,
Фиг.31А-31С представляют собой множество видов сверху, иллюстрирующих способ работы силовой установки, показанной на фиг.30,
Фиг.32А и 32В представляет собой виды сверху радиально-импульсного парового двигателя, выполненного согласно варианту настоящего изобретения,
Фиг.33А и 33В представляет собой виды сверху радиально-импульсного парового двигателя, выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Ниже приводится подробное описание ряда разных систем двигателя, насоса и компрессора, а также ряда разных способов работы таких систем. Для глубокого понимания разных вариантов настоящего изобретения в нижеследующем описании приведены определенные детали. Однако описание других деталей хорошо известных структур и систем, часто применяемых в двигателях внутреннего сгорания, паровых двигателях, насосах и подобных устройствах, опущены для недопущения излишнего усложнения описания различных вариантов изобретения.
Многие детали, размеры, углы и другие характеристики, показанные на чертежах, являются просто иллюстрацией конкретных вариантов изобретения. Соответственно, в других вариантах могут использоваться другие детали, размеры, углы и/или характеристики, что не является выходом за пределы сущности или объема настоящего изобретения. Кроме того, дополнительные варианты настоящего изобретения могут быть реализованы без некоторых из описанных ниже деталей.
На чертежах одинаковыми позициями обозначены одинаковые или по существу подобные элементы. Для облегчения описания любого конкретного элемента старший разряд или (разряды) позиции обозначает фигуру, на которой этот элемент был показан впервые. Например, элемент 110 впервые показан и описан со ссылкой на фиг.1.
Также следует понимать, что во избежание чрезмерного загромождения чертежей некоторые конструктивные элементы, приведенные в последующем описании и дополнительно имеющие соответствующие индексы a-f, не показаны на чертежах. То же самое справедливо и в отношении конструктивных элементов, показанных на чертежах.
1. Радиально-импульсные двигатели внутреннего сгорания
На фиг.1 показан частично вид в перспективе радиально-импульсного двигателя 100 ("двигатель 100"), выполненного согласно варианту настоящего изобретения. Согласно одному варианту настоящего изобретения двигатель 100 содержит цилиндрический продувочный барабан 102, проходящий между первой торцевой плитой 104а и второй торцевой плитой 104b. Впускной коллектор 106 проходит вокруг продувочного барабана 102 и содержит первое впускное отверстие 108а и расположенное напротив второе впускное отверстие 108b. Впускные отверстия 108 предназначены для подачи воздуха в продувочный барабан 102 во время работы двигателя 100. Согласно другому варианту настоящего изобретения двигатель 100 дополнительно содержит первый выпускной коллектор 110а, прикрепленный к первой торцевой плите 104а, и второй выпускной коллектор 110b, прикрепленный ко второй торцевой плите 104b. Первый выпускной коллектор предназначен для отвода выхлопных газов из продувочного барабана 102 через первое выпускное отверстие 112а и второе выпускное отверстие 112b. Второй выпускной коллектор 110b аналогичным образом предназначен для отвода выхлопных газов из продувочного барабана 102 через третье выпускное отверстие 112с и четвертое выпускное отверстие 112d. Хотя это не показано на фиг.1, выпускные отверстия 112 при необходимости могут быть соединены с глушителем и/или устройством управления выбросами, для ослабления и/или очистки выхлопных газов, соответственно.
Как подробно описано ниже, топливо может подаваться в двигатель 100 разными способами. В показанном варианте, например, топливо подается в первый топливный инжектор (не показан на фиг.1) через первый топливопровод 116а, а во второй топливный инжектор (также не показан) - через второй топливопровод 116b. Хотя в этом варианте двигателя 100 используется впрыск топлива, в других вариантах двигатель 100 может использовать другие формы подачи топлива. К таким формам могут относиться, например, карбюратор, блок дроссельной заслонки с впрыском топлива или подобные устройства, установленные в сообщении по потоку с первым впускным отверстием 108а и вторым впускным отверстием 108b впускного коллектора 106.
После того, как топливо подано в двигатель 100, его можно воспламенять также разными способами. В показанном варианте, например, топливо воспламеняет первая свеча зажигания (не показана на фиг.1), функционально соединенная с первым проводом 114а зажигания, и вторая свеча зажигания (также не показанная на фиг.1), функционально соединенная со вторым проводом 114b зажигания. В других вариантах для воспламенения впущенной порции топлива могут применяться другие устройства (например, свечи накаливания) или, альтернативно, устройства зажигания могут отсутствовать и топливо может воспламеняться от сжатия.
На фиг.2 показан вид в перспективе двигателя 100 со снятыми для иллюстрации внутреннего устройства впускным коллектором 106, выпускным коллектором 110 и некоторыми другими элементами. Согласно одному варианту настоящего изобретения двигатель 100 содержит множество участков 240 подвижной стенки (индивидуально обозначенных как участки 240a-f подвижной стеки), расположенных вокруг камеры сгорания 203. Для облегчения описания участки 240 подвижной стенки дополнительно будут именоваться "лопастями". В показанном варианте каждая лопасть 240 содержит криволинейную поверхность 244, участок 242 дальней кромки и множество перепускных отверстий 224 (индивидуально обозначенных как перепускные отверстия 224a-b). Каждая из лопастей 240 неподвижно прикреплена к соответствующей цапфе 220 (индивидуально обозначены цапфы 220a-f). Цапфы 220 установлены с возможностью поворота на первой торцевой плите 104а и второй торцевой плите 104b, которые показаны на фиг.1. Как более подробно описано ниже, во время работы двигателя 100 лопасти 240 в унисон поворачиваются вперед и назад, вокруг их соответствующих цапф 220. Во время этого процесса дальние участки 242 кромок каждой лопасти скользят вперед и назад поперек поверхности 244 примыкающей лопасти, тем самым уплотняя камеру 203 сгорания, без нежелательного изгибания или сталкивания.
Согласно другому варианту настоящего изобретения каждая цапфа 220 несет первую распределительную шестерню 222 (индивидуально обозначены как первые распределительные шестерни 222a-f) на одном конце и вторую распределительную шестерню 223 (индивидуально обозначены как вторые распределительные шестерни 223a-f) - на другом конце. Каждая из первых распределительных шестерен 222 функционально зацеплена с первым зубчатым венцом 228а, а каждая из вторых распределительных шестерен 223 функционально зацеплена со вторым зубчатым венцом 228b. Зубчатые венцы 228 синхронизируют перемещение лопастей 240 при работе двигателя 100.
Согласно следующему варианту настоящего изобретения от первого зубчатого венца 228а отходит плечо 229 кривошипа, которое шарнирно соединено с шатуном 262. Шатун 262, в свою очередь, шарнирно соединен с коленчатым валом 270. Коленчатый вал 270 может содержать один или более маховиков 272, имеющих достаточную массу, чтобы приводить в движение лопасти 240 на такте сжатия (при движении внутрь) их циклического движения. Хотя на фиг.2 показан только один узел коленчатого вала, в других вариантах при необходимости могут использоваться дополнительные кривошипы, шатуны и/или коленчатые валы для аккумулирования дополнительной кинетической энергии или по соображениям конструкции и/или динамики. Например, в другом варианте от второго зубчатого венца 228b наружу выступает другое плечо кривошипа, которое может быть соединено с коленчатым валом 260 (или с другим коленчатым валом) вторым шатуном.
На фиг.3 показан вид в перспективе с частичным вырезом двигателя 100 с лопастями 240, повернутыми во внешнее положение. Согласно одному варианту настоящего изобретения двигатель 100 содержит множество обратных клапанов 326 (индивидуально обозначенных как проточные клапаны 326a-f), расположенных по кругу в продувочном барабане 102 рядом с соответствующими лопастями 240. Обратные клапаны 326 могут быть пластинчатыми клапанами или подобными устройствами, выполненными с возможностью пропускания воздуха (или топливовоздушную смесь) внутрь, но не выпускать ее из продувочного барабана 102.
Согласно другому варианту настоящего изобретения двигатель 100 дополнительно содержит множество выпускных клапанов 330 (индивидуально обозначенных как выпускные клапаны 330а-l). Выпускные клапаны 330а-f проходят через первую торцевую плиту 104а, а выпускные клапаны 330g-l проходят через вторую торцевую плиту 104b. Каждый выпускной клапан 330 посажен в соответствующее выпускное отверстие 337 и удерживается прижатым соответствующей цилиндрической пружиной 335. Приводная пластина 336 прижимается к цилиндрическим пружинам 335 для перемещения выпускных клапанов 330 от соответствующей торцевой плиты 104 и для открытия выпускных отверстий 337. Открытые таким образом выпускные отверстия 337 позволяют выхлопным газам вытекать из камеры 203 сгорания через примыкающий выпускной коллектор 110.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения двигатель 100 также содержит первый и второй топливные инжекторы 334а и 334b и первый и второй воспламенители 332а и 332b (например, свечи зажигания). Первый и второй топливные инжекторы 334а и 334b установлены в первой и второй торцевых плитах 104а и 104b соответственно и выполнены с возможностью принимать топливо из первого и второго топливопроводов 116а и 116b, показанных на фиг.1, соответственно. Первый и второй воспламенители 332а и 332b установлены рядом с первым и вторым топливными инжекторами 334а и 334b соответственно. В показанном варианте первый и второй воспламенители установлены на центральной оси 301 двигателя 100 и выполнены с возможностью принимать электрическое напряжение по первому и второму проводам 114а и 114b зажигания, показанными на фиг.1, соответственно.
На фиг 4А-4Е показан ряд видов в перспективе, иллюстрирующих работу двигателя 100 в двухтактном режиме согласно варианту настоящего изобретения. На фиг.4А-4Е некоторые детали двигателя не показаны для упрощения последующего описания. На фиг.4А лопасти 240 показаны в самом внутреннем положении их хода поворота, которое для облегчения обозначения можно назвать "верхней мертвой точкой". Положение верхней мертвой точки лопастей 240 соответствует положению верхней мертвой точки коленчатого вала 270. В этой точке цикла топливные инжекторы 334 (фиг.3) впрыснули топливо в камеру 203 сгорания и воспламенители (332) (фиг.3) подожгли сжатую топливовоздушную смесь. Возникшее, в результате, горение вызывает перемещение лопастей 240 наружу, приводя во вращение цапфы 220 в направлении против часовой стрелки вокруг их соответствующих осей. Когда цапфы 220 вращаются против часовой стрелки, распределительные шестерни 222, 223 приводят зубчатые венцы 228 во вращение по часовой стрелке. Когда зубчатый венец 228а вращается, он передает мощность от лопастей 240 к коленчатому валу 270 через плечо 229 кривошипа.
Как показано дополнительно на фиг.4В, когда лопасти 240 достигают точки своего направленного наружу хода, расположенной непосредственно за выпускными клапанами 330, выпускные клапана 330 открываются внутрь камеры 203 сгорания. Это позволяет выхлопным газам начать выход из камеры 203 сгорания через выпускные отверстия 337 (фиг.3). По мере того, как лопасти продолжают движение наружу, они сжимают воздух, захваченный между ними и продувочным барабаном 102. Этот сжатый воздух втекает в камеру 203 сгорания, когда участок дальней кромки 242 каждой лопасти 240 проскользнет за перепускные отверстия 224 в примыкающей лопасти 240. Поступающий воздух помогает вытолкнуть выхлопные газы из камеры 203 сгорания через выпускные отверстия 337. Когда лопасти 240 достигают самой внешней части своего поворотного хода (т.е. положения "нижней мертвой точки"), как показано на фиг.4С, выпускные клапаны 330 полностью открыты. Начиная с этого момента, кинетическая энергия маховиков 272 коленчатого вала вызывает реверсирование направления движения лопасти 240 и движение внутрь к положению верхней мертвой точки, показанному на фиг.4А.
Как показано на фиг.4D, когда лопасти 240 продолжают двигаться внутрь к положению верхней мертвой точки, они сжимают засосанную порцию воздуха и продолжают выталкивать выхлопные газы из камеры 203 сгорания через выпускные отверстия 337. Однако прежде чем лопасти 240 достигнут выпускных клапанов 330, они полностью убираются во избежание контакта. По мере того, как лопасти 240 продолжают движение внутрь, они создают разрежение в пространстве между ними и продувочным барабаном 102. Это разрежение засасывает свежий воздух в продувочный барабан 102 через обратные клапаны 326. Этот воздух будет сжат при следующем ходе лопастей 240 наружу, прежде чем попасть в камеру 203 сгорания через перепускные отверстия 224.
На фиг.4Е показаны лопасти 240, вернувшиеся в положение верхней мертвой точки, из которой они начали движение на фиг.4А. В этой точке цикла засосанная порция воздуха полностью сжата. Как описано выше, со ссылками на фиг.4А, топливные инжекторы 334 могут приблизительно в этот момент впрыскивать топливо в камеру 203 сгорания для поджигания воспламенителями 332. Когда это происходит, цикл, описанный выше со ссылками на фиг.4А-4D, повторяется.
Хотя в описанном выше варианте настоящего изобретения используется впрыск топлива, в других вариантах двигатель 100 может использовать другие формы подачи топлива. Такие формы могут включать, например, карбюраторы или блоки дроссельных заслонок с впрыском топлива, подающие топливовоздушную смесь в камеру 203 сгорания через впускное отверстие 108 (фиг.1) впускного коллектора 106 (фиг.1). Хотя двигатель 100 будет удовлетворительно работать с карбюраторами, впрыск топлива может обеспечить ряд преимуществ, например повышенную топливную экономичность и снижение выбросов углеводородов.
На фиг.5А-5Е показан ряд видов сверху части радиально-импульсного двигателя 500 ("двигателя 500"), выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения. Как показано на фиг.5А, многие признаки двигателя 500 могут быть по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям соответствующим признакам двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е. В этом конкретном варианте, однако, двигатель 500 не содержит продувочного барабана или связанных с ним обратных клапанов. Кроме того, хотя двигатель 500 содержит множество лопастей 540 (обозначенных индивидуально как лопасти 540a-f), в этих лопастях 540 нет перепускных отверстий (таких как перепускные отверстия 224, описанные выше со ссылками на фиг.2-4Е). Однако двигатель 500 содержит впускной клапан 531 в первой торцевой плите 504а и выпускной клапан 530 во второй торцевой плите 504b. Впускной клапан 531 и выпускной клапан 530 находятся на центральной оси 501 камеры 503 сгорания. Топливный инжектор 534 и воспламенитель 532 входят в камеру 503 сгорания рядом с впускным клапаном 531.
Двигатель 500 может работать и в двухтактном, и в четырехтактном режиме. В двухтактном режиме воспламенитель 532 поджигает сжатую засосанную смесь, когда лопасти 540 находятся в верхней мертвой точке, показанной на фиг.5А, или рядом с ней. В этой точке цикла впускной клапан 531 и выпускной клапан 530 полностью закрыты, и возникшее давление при сгорании выталкивает лопасти 540 наружу. Когда лопасти 540 достигают положения, показанного на фиг.5В, выпускной клапан 530 начинает открываться, позволяя расширяющимся выхлопным газам вытекать из камеры 503 сгорания.
Когда лопасти 540 достигают положения, показанного на фиг.5С, выпускной клапан 530 открыт полностью или почти полностью. В этой точке цикла начинает открываться впускной клапан 531, позволяя сжатому воздуху (например, от вспомогательного устройства наддува) втекать в камеру 503 сгорания. Направленное наружу движение лопастей 540 способствует протеканию сжатого воздуха в камеру 503 сгорания, что способствует выталкиванию выхлопных газов из камеры 503 сгорания через выпускной клапан 530.
Когда лопасти 540 достигают положения нижней мертвой точки, показанного на фиг.5D, и выпускной клапан 530, и впускной клапан 531 полностью открыты. Когда лопасти 540 из этой точки начинают движение внутрь, впускной клапан 531 начинает закрываться. Когда лопасти 540 достигают положения, показанного на фиг.5Е, впускной клапан 531 полностью или почти полностью закрыт. Выпускной клапан 530, однако, только начинает закрываться. В результате, лопасти 540 продолжают выталкивать выхлопные газы из камеры 503 сгорания, продолжая двигаться внутрь и сжимая всосанную порцию воздуха. Когда лопасти 540 достигают положения верхней мертвой точки, показанного на фиг.5А, и выпускной клапан 530, и впускной клапан 531 полностью закрыты. В этот или приблизительно в этот момент топливный инжектор 534 впрыскивает топливо в камеру 503 сгорания для поджигания воспламенителем 532. Когда это происходит, описанный выше цикл повторяется.
Хотя в описанном выше варианте двигателя 500 используется впрыск топлива, специалистам в этой области понятно, что двигатель 500 или его варианты легко можно адаптировать для работы с карбюратором или подобным устройством, которое через впускной клапан 531 подает в камеру 503 сгорания топливовоздушную смесь. Кроме того, хотя двигатель 500 содержит только один впускной клапан, в других вариантах двигатели, по меньшей мере по существу подобные по конструкции и функциям двигателю 500, могут содержать множество впускных клапанов в первой торцевой плите 504а и множество выпускных клапанов во второй торцевой плите 504b. В других вариантах двигатели, по меньшей мере по существу подобные по конструкции и функциям двигателю 500, могут содержать и впускные, и выпускные клапаны на каждой из торцевых плит 504. Однако в таких вариантах соответствующие впускные/выпускные коллекторы могут быть довольно сложными.
На фиг.6 показан вид сверху в сечении части радиально-импульсного двигателя 600 ("двигателя 600"), выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения. Многие признаки двигателя 600 по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям соответствующим признакам двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е. Например, двигатель 600 содержит множество лопастей 640 (индивидуально обозначенных как лопасти 640a-f) и множество соответствующих цапф 620 (индивидуально обозначенных как цапфы 620a-f). Цапфы 620 обеспечивают поворот лопастей 640 между первой и второй торцевыми плитами (не показаны). Как и в двигателе 100, каждая торцевая плита содержит множество выпускных отверстий 630 (индивидуально обозначенных как выпускные отверстия 630a-f) и на каждой торцевой плите установлен топливный инжектор 634 и воспламенитель 632, который проходят в примыкающую камеру 603 сгорания.
В отличие от лопастей 240 двигателя 100, лопасти 640 двигателя 600 при нормальной работе совершают возвратно-поступательные перемещения по дуге около 180°. Для обеспечения возможности таких перемещений двигатель 600 содержит продувочный барабан 602 с множеством отдельных лопастных камер 605a-f. В показанном варианте каждая лопастная камера 605 получает воздух от связанного с ней обратного клапана 626 (индивидуально обозначены как обратные клапаны 626a-f). Обратные клапаны 626 пропускают воздух в лопастные камеры 605 через заднюю стенку 601. Перепускное отверстие 650 проходит от впускного отверстия 651 на каждой задней стенке 601 к выпускному отверстию 653 на примыкающей передней стенке 607.
1
1
2
2
2
3
4
При работе топливные инжекторы 634 распыляют топливо в камеру 603 сгорания, когда лопасти 640 находятся в первом положении P (т.е. в верхней мертвой точке) или около него. В камере 603 сгорания топливо смешивается со сжатым воздухом и поджигается воспламенителями 632. В результате возникшего горения лопасти 640 перемещаются из первого положения P во второе положение Р. Когда лопасти 640 приближаются к положению Р, они позволяют выхлопным газам начать вытекать из камеры 603 сгорания через открывшиеся выпускные отверстия 630. По мере продолжения движения лопастей из второго положения Р в третье положение Р, они сжимают воздух, захваченный в соответствующих лопастных камерах 605. По мере того, как лопасти 640 продолжают движение вперед к четвертому положению Р, они, однако, перегоняют сжатый воздух обратно в лопастные камеры 605 чрез перепускные отверстия 650. Эта вновь поступающая порция сжатого воздуха помогает вытолкнуть выхлопные газы из камеры 603 сгорания через выпускные отверстия 630.
4
1
Когда лопасти 640 реверсируют направление движения и начинают двигаться внутрь из четвертого положения Р (т.е. из нижней мертвой точки), они сжимают всосанный воздух, что также способствует выталкиванию выхлопных газов из камеры 603 сгорания. Кроме того, это движение также приводит к засасыванию новой порции воздуха в лопастные камеры 605 через обратные клапаны 626. Дальнейшее направленное внутрь движение лопастей 640 продолжает сжимать засосанный воздух и выталкивать выхлопные газы из камеры 603 сгорания через выпускные отверстия 630. Когда лопасти 640 приходят в положение P, топливный инжектор 634 вновь впрыскивает топливо в камеру 603 сгорания для поджигания воспламенителями 632, и цикл, описанный выше, повторяется.
Различные варианты двигателя 600 могут отличаться от описанных выше, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Например, в другом варианте перепускные отверстия 650 могут располагаться в одной или в обеих из торцевых плит (не показаны). В другом варианте выпускные отверстия 630 могут быть выполнены подвижными относительно их соответствующих торцевых плит для изменения синхронизации выхлопа и соответствующего изменения рабочих характеристик двигателя. Один способ изменения синхронизации заключается в использовании управляемых отсечных клапанов или подобных устройств для изменения положения и/или размера отверстия. В еще одном варианте можно использовать золотниковые клапаны или подобные устройства для активного изменения относительных положений обратных клапанов 626 и/или выпускных отверстий 653 перепускных каналов для изменения синхронизации всасывания.
На фиг.7. показан вид в перспективе части радиально-импульсного двигателя 700 ("двигатель 700"), выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения. Многие признаки двигателя 700, по меньшей мере по существу, подобны по конструкции и функциям соответствующим признакам двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е.
Например, двигатель 700 содержит множество симметричных лопастей 740 (индивидуально обозначенных как лопасти 740a-f) и множество соответствующих цапф 720 (индивидуально обозначенных как цапфы 720a-f). Как и в двигателе 100, цапфы 720 позволяют лопастям 740, установленным между первой торцевой плитой 704а и второй торцевой плитой 704b, при работе двигателя 700 поворачиваться вокруг соответствующих цапф 720. Однако, как более подробно описано ниже, в этом конкретном варианте лопасти 740 полностью вращаются вокруг соответствующих цапф 720, а не совершают возвратно-поступательного перемещения. Для облегчения этого движения первая торцевая плита 704а содержит первую форкамеру 754а, а вторая торцевая плита 704b содержит вторую форкамеру 754b. Форкамеры 754 утоплены относительно камеры 703 сгорания, и в каждой форкамере имеется топливный инжектор 734 и соответствующий воспламенитель 732.
На фиг.8А-8F показан ряд видов сверху, иллюстрирующих работу двигателя 700 согласно варианту настоящего изобретения. На фиг.8А лопасти 740 движутся внутрь и только начали сжимать воздух в камере сгорания 703. По мере того, как лопасти 740 приближаются к положению, показанному на фиг.8В, давление воздуха в камере сгорания 703 и в примыкающих к ней форкамерах 754 становится все более высоким. При продолжении вращения лопастей 740 к центру камеры 703 сгорания объем камеры 703 сгорания приближается к крайнему пределу, нагнетая воздух в примыкающие форкамеры 754. В это или приблизительно в это время топливные инжекторы 734 распыляют топливо в форкамеры 754, и полученная топливовоздушная смесь поджигается воспламенителями 732.
Дополнительно, как показано на фиг.8С, когда подожженная топливовоздушная смесь начинает расширяться, она выталкивает лопасти 740 наружу по часовой стрелке к положению, показанному на фиг.8D. Хотя на фиг.8А-8F это не показано, двигатель 700 может иметь коленчатый вал или другое подходящее устройство отбора мощности для снятия мощности с лопастей 740. Когда лопасти приходят в положение, показанное на фиг.8Е, они позволяют выхлопным газам вытечь из камеры 703 сгорания. Из этого положения лопасти 740 продолжают вращаться по часовой стрелке, вытягивая выхлопные газы из камеры 703 сгорания и засасывая в камеру 703 сгорания свежий воздух. Когда лопасти 740 достигают положения, показанного на фиг.8Е, цикл повторяется.
На фиг.9 показан вид в перспективе радиально-импульсного двигателя 900 ("двигатель 900"), выполненного в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения. Многие признаки двигателя 900, по меньшей мере по существу, подобны по конструкции и функциям соответствующим признакам двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е. В конкретном варианте по фиг.9, однако, двигатель 900 содержит кожух 905, проходящий между первой торцевой плитой 904а и второй торцевой плитой 904b. Двигатель 900 дополнительно содержит впускной коллектор 906, установленный на первой торцевой плите 904а, и выпускной коллектор 910, установленный на второй торцевой плите 904b. Впускной коллектор 906 содержит первое впускное отверстие 908а, расположенное напротив второго впускного отверстия 908b. Впускные отверстия 908 выполнены с возможностью подачи топливовоздушной смеси в двигатель 900 от соединенного с ними карбюратора, блока дроссельной заслонки с впрыском топлива или другого устройства подачи топлива. В других вариантах двигатель 900 может быть предназначен для работы с системой впрыска топлива, подобной одной или более из систем впрыска топлива, описанных выше. Выпускной коллектор 910 выполнен с возможностью направления выхлопных газов от двигателя 900 через первое выпускное отверстие 912а и второе выпускное отверстие 912b. К выпускным отверстиям 912 при необходимости может быть подсоединен соответствующий глушитель и/или устройство управления загрязняющими выбросами для ослабления шума и/или очистки выхлопных газов.
Двигатель 900 дополнительно содержит первый провод 916а зажигания и второй провод 916b зажигания. Каждый из проводов зажигания функционально соединен с соответствующим воспламенителем или свечой зажигания (на фиг.9 не показана), установленными на одной из торцевых плит 904.
На фиг.10 показан вид в перспективе двигателя 900, где кожух 905 и ряд других элементов сняты для иллюстрации. Как указано выше, многие признаки двигателя 900 по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям соответствующим признакам двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е. Например, двигатель 900 содержит множество подвижных лопастей 1040a-f и множество соответствующих цапф 1020a-f. Двигатель 900 также содержит первый воспламенитель 1032а, расположенный на одном конце камеры 1003 сгорания, и второй воспламенитель 1032b, установленный на другом конце камеры 1003 сгорания. Лопасти 1040 функционально соединены с коленчатым валом 1070 для отбора мощности.
В отличие от двигателя 100, однако, в двигателе 900 нет продувочного барабана и связанных с ним обратных клапанов. Вместо них в двигателе 900 используется множество впускных клапанов 1031a-f, которые установлены на первой торцевой плите 904а (фиг.9). Как более подробно описано ниже, впускные клапаны 1031 выполнены с возможностью открытия в соответствующие моменты времени во время работы двигателя, чтобы впускать топливовоздушную смесь из впускного коллектора 906 (фиг.9) в камеру 1003 сгорания для последующего поджигания воспламенителем 1032. В альтернативном варианте двигатель 900 может содержать один или более топливных инжекторов, расположенных рядом с воспламенителем 1032 для непосредственного впрыска топлива. При непосредственном впрыске топлива впускные клапаны 1031 могут использоваться для подачи в камеру 1003 сгорания не топливовоздушной смеси, а воздуха.
Двигатель 900 дополнительно содержит множество выпускных клапанов 1030g-l, которые установлены на второй торцевой плите 904b (фиг.9). Как подробно описано ниже, выпускные клапаны 1030 выполнены с возможностью открытия в соответствующие моменты времени при работе двигателя, чтобы позволить выхлопным газам вытечь из камеры 1003 сгорания через выпускной коллектор 910 (фиг.9).
На фиг.11А-11Н показан вид в перспективе, иллюстрирующий работу двигателя 900 в четырехтактном режиме в соответствии с вариантом настоящего изобретения. В этом варианте цикл начинается, когда лопасти 1040 находятся в положении верхней мертвой точки в конце хода выпуска, как показано на фиг.11А. Когда лопасти 1040 находятся в этом положении, и впускные клапаны 1031, и выпускные клапаны 1030 полностью закрыты. Из этого положения момент вращения коленчатого вала 1070 вызывает перемещение лопасти 1040 наружу к положению, показанному на фиг.11В. По мере приближения лопастей 1040 к этому положению впускные клапаны 1031 начинают открываться, что позволяет засасывать топливовоздушную смесь из впускного коллектора 906 (фиг.9) в камеру 1003 сгорания. Когда лопасти достигают нижней мертвой точки, показанной на фиг.11С, впускные клапаны 1031 полностью открыты, чтобы довести до максимума всасываемый поток. В этом положении вращение коленчатого вала 1070 вызывает остановку лопасти 1040 и реверсирование направления движения.
Когда лопасти 1040 движутся внутрь к положению, показанному на фиг.11D, впускные клапаны 1031 закрываются, чтобы не допустить контакта с лопастями. По мере продолжения движения лопастей 1040 внутрь они сжимают всосанную порцию в камере 1003 сгорания. Когда лопасти 1040 достигают положения верхней мертвой точки, показанного на фиг.11Е, воспламенители 1032 (фиг.10) поджигают смесь. Полученное, в результате, давление при сгорании выталкивает лопасти 1040 наружу, передавая мощность на коленчатый вал 1070. Когда лопасти достигнут положения, показанного на фиг.11F, выпускные клапаны 1030 начинают открываться, позволяя выхлопным газам вытекать из камеры 1003 сгорания через выпускной коллектор 910 (фиг.9). Когда лопасти 1040 достигают положения нижней мертвой точки, показанного на фиг.11G, выпускные клапаны 1030 полностью открыты для доведения до максимума выпускного потока выхлопных газов. В этом положении вращение коленчатого вала 1070 вызывает остановку лопастей 1040 и реверсирование направления движения.
Когда лопасти 1040 движутся внутрь к положению, показанному на фиг.11Н, они выталкивают выхлопные газы из камеры 1003 сгорания через открытые выпускные клапаны 1030. Однако в это время выпускные клапаны 1030 закрываются, чтобы полностью закрыться до того, как до них дойдут лопасти 1040, чтобы не допустить разрушительного контакта. Когда лопасти 1040 доходят до положения верхней мертвой точки, показанного на фиг.11А, описанный выше цикл повторяется.
Хотя в двигателе 900 используется множество впускных и выпускных клапанов, в других двигателях, по существу подобных по конструкции и функциям двигателю 900, может использоваться единственный впускной клапан в одной торцевой плите и единственный выпускной клапан в противоположной торцевой плите.
В других вариантах четырехтактный двигатель, подобный двигателю 900, может работать с однонаправленным вращением лопастей 1040 вокруг их соответствующих цапф 1020. В таких вариантах движение лопастей может быть по меньшей мере по существу подобно движению лопастей, описанному выше со ссылками на фиг.8А-8F.
Одна из особенностей радиально-импульсных двигателей, описанных выше со ссылками на фиг.1-11Н, заключается в том, что камера сгорания имеет более высокое отношение реактивной поверхности, чем у сравнимых двигателей внутреннего сгорания с поршнями, совершающими возвратно-поступательные перемещения. Это объясняется тем, что камера сгорания согласно настоящему изобретению расширяется экспоненциально, и сгорающее топливо совершает работу на каждой отдельной лопасти во время ее направленного наружу хода. В отличие от этого, камера сгорания обычного двигателя с совершающими возвратно-поступательные перемещения поршнями расширяется только линейно и сгорающее топливо совершает работу только на верхней поверхности поршня, а не на неподвижных стенках цилиндра. Одним из преимуществ высокого отношения реактивной поверхности согласно настоящему изобретению является то, что оно увеличивает количество работы вала, создаваемой топливом в процессе горения. В этом отношении ожидается, что радиально-импульсные двигатели, выполненные согласно вариантам настоящего изобретения, могут достигать теплового к.п.д. около 0,50 или более, что соответствует увеличению на 100% по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания.
Другой необходимостью описанных радиально-импульсных двигателей является то, что направленное наружу движение лопастей создает "гипер-расширение" выхлопных газов во время рабочего хода. Это гипер-расширение имеет то преимущество, что значительно понижает температуру выхлопных газов. В результате, двигатель значительно меньше нагревается при работе, что сокращает износ внутренних деталей двигателя и продлевает их ресурс. Кроме того, пониженная рабочая температура позволяет использовать системы охлаждения меньшей емкости, чем для обычных двигателей внутреннего сгорания. Одним из преимуществ охлаждающей системы меньшей емкости является то, что она отбирает меньше мощности у двигателя во время его работы, чем сравнимая система охлаждения обычного двигателя.
Еще одной особенностью радиально-импульсных двигателей, описанных выше, является то, что они содержат меньше деталей, чем обычные двигатели внутреннего сгорания сравнительного объема и мощности. В результате, радиально-импульсные двигатели согласно настоящему изобретению могут иметь меньший размер и вес и будут по существу более компактны, чем обычные двигатели. Эта особенность позволяет сделать автомобили и другие транспортные средства, в которых используются двигатели согласно настоящему изобретению, уменьшенными и облегченными по сравнению с их обычными аналогами и получить соответствующую повышенную топливную экономичность. Уменьшение количества движущихся деталей также позволяет уменьшить общее рабочее трение, что опять же обеспечивает улучшение топливной экономичности.
II. Признаки лопастей
a
f
1
2
a
f
2
1
На фиг.12 показан вид в перспективе, показывающий различные варианты лопастей 240 и цапф 220 двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е. Согласно одному варианту этого варианта цапфы 220 имеют оси P-P поворота, которые образуют окружность С. Окружность С имеет первый радиус R кривизны. Согласно другому варианту этого варианта каждая поверхность 244 лопасти имеет второй радиус R относительно центральной оси CL. Центральная ось CL проходит параллельно осям P-P поворота цапф 220. В этом конкретном варианте второй радиус R кривизны эквивалентен или по меньшей мере приблизительно эквивалентен первому радиусу R кривизны.
a
f
Для радиально-импульсных двигателей, имеющих шесть лопастей, радиус кривизны поверхности 244 лопасти выбран по меньшей мере приблизительно эквивалентным радиусу кривизны окружности, проходящей через оси P-P поворота цапф 220 для того, чтобы облегчить непрерывный скользящий контакт лопасть по лопасти при их возвратно-поступательных перемещениях, без вредного изгиба. Однако, как более подробно описано ниже, в одних вариантах радиально-импульсных двигателей, выполненных согласно разным вариантам настоящего изобретения, может использоваться больше или меньше лопастей, имеющих другие конфигурации.
На фиг.13 показан увеличенный вид в перспективе одного из подузлов цапфа/лопасть двигателя 100, описанного выше со ссылками на фиг.1-4Е. Согласно одному варианту настоящего изобретения лопасть 240 может содержать один или более каналов 1346 для охлаждающей среды, по которому во время работы двигателя в лопасти 240 циркулирует охлаждающая среда. В показанном варианте каналы 1346 принимают охлаждающую среду из впуска 1348а, расположенного на одном конце цапфы 220, и выводят охлаждающую среду через выпуск 1348b, расположенный на противоположном конце цапфы 220.
Согласно другому варианту настоящего изобретения лопасть 240 может дополнительно содержать первое уплотнение 1356а для регулирования давления, проходящее вдоль первого участка 1351а торцевой кромки, второе уплотнение 1356b для регулирования давления, проходящее вдоль второго участка 1351b торцевой кромки, и третье уплотнение 1356с для регулирования давления, проходящее вдоль участка 242 дальней кромки. Уплотнения 1356 для регулирования давления уменьшают утечки давления между лопастью 240 и примыкающими поверхностями при работе двигателя 100. Например, первое уплотнение 1356а для регулирования давления уплотняет зазор между лопастью 240 и первой торцевой плитой 104а (не показана), а второе уплотнение 1356b для регулирования давления уплотняет зазор между лопастью 240 и второй торцевой плитой 104b (также не показана). Третье уплотнение 1356с для регулирования давления уплотняет зазор между лопастью 240 и поверхностью примыкающей лопасти при работе двигателя.
В дополнение к уплотнениям 1356 для регулирования давления лопасть 240 также может содержать первое масляное уплотнение 1354а, проходящее вдоль первой торцевой поверхности 1353а, и второе масляное уплотнение 1354b, проходящее вдоль второй торцевой поверхности 1353b. Оба масляных уплотнения 1354, а также третье уплотнение 1356с для регулирования давления могут быть выполнены с возможностью приема смазки из масляного канала 1350, проходящего через лопасть 240. В показанном варианте масляный канал 1350 принимает масло из впуска 1352, расположенного на одном конце цапфы 220, и выводит масло через выпуск 1352b, расположенный на противоположном конце цапфы 220. Во время работы двигателя масляные уплотнения 1354 и третье уплотнение 1356с для регулирования давления подают смазку между лопастью 240 и примыкающими поверхностями для уменьшения трения и уменьшения до минимума износа двигателя.
На фиг.14А показан увеличенный вид спереди части лопасти 240, показанной на фиг.13. На фиг.14В и 14С показаны сечения в увеличенном масштабе по линиям 14В-14В и 14С-14С, соответственно, на фиг.14А. Как показано на фиг.14А-С, согласно одному варианту этого варианта каждое уплотнение 1356 для регулирования давления и каждое масляное уплотнение 1354 может быть выполнено из плоских пластин, выполненных из металла или другого подходящего материала. При установке в соответствующие уплотнительные канавки 1358 (индивидуально обозначенные как канавки 1358а-с) первое уплотнение 1356а для регулирования давления имеет форму секции конуса, а первое масляное уплотнение 1354а и третье уплотнение 1356с для регулирования давления остаются плоскими.
Согласно другому варианту настоящего изобретения в канавках 1358а-с может быть расположено множество пружин 1362а-с (например, металлических пружин), соответственно, для прижимания соответствующих уплотнений 1354, 1356 наружу к примыкающим поверхностям и для поддержания адекватного уплотнения во время работы двигателя. В качестве альтернативы, в другом варианте каждое из уплотнений 1354, 1356 может поджиматься газами из камеры сгорания, протекающими через задние отверстия (не показаны) в лопасти 240.
Описанные выше различные особенности лопасти представляют лишь часть различных подходов, которые можно применять для решения проблем, присущих двигателю внутреннего сгорания, связанных с охлаждением, смазкой и уплотнением камеры сгорания. Соответственно, в других вариантах могут применяться другие подходы к решению этих проблем. В одном таком варианте, например, смазывающая среда может обеспечивать охлаждения лопасти, тем самым устраняя необходимость в отдельной системе охлаждения. В другом варианте для уплотнения лопасти могут использоваться неметаллические уплотнительные кольца, например, из тефлона.
На фиг.15 показан вид в перспективе сзади лопасти 1540 согласно другому варианту настоящего изобретения. Многие признаки лопасти 1540 могут быть по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям соответствующим признакам лопасти 240, описанной выше со ссылками на фиг.13-14С. Например, лопасть 1540 содержит криволинейную поверхность 1544, по которой при работе двигателя скользит примыкающая лопасть. Однако согласно одному аспекту этого конкретного варианта лопасть 1540 дополнительно содержит множество охлаждающих ребер 1548, расположенных на тыльной или нерабочей поверхности 1545. Охлаждающие ребра 1548 увеличивают площадь нерабочей поверхности 1545 для улучшения теплопереноса между лопастью 1540 и холодной всосанной порцией при работе двигателя. Охлаждение лопасти 1540 вышеописанным способом может уменьшить до минимума приток теплоты в систему охлаждения лопасти, тем самым повышая общую эффективность двигателя.
На фиг.16 показан вид в перспективе части радиально-импульсного двигателя 1600 ("двигателя 1600"), выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения. Двигатель 1600 содержит множество лопастей 1640a-f, неподвижно прикрепленных к соответствующим цапфам 1620a-f. Лопасти 1640 и цапфы 1620 по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям своим аналогам, описанным выше. Однако лопасти 1640 отличаются одним конкретным аспектом, а именно тем, что они содержат криволинейную поверхность 1644, которая проходит от участка 1642 дальней кромки до участка 1643 ближней кромки, расположенной за осью 1621 поворота соответствующей цапфы 1620.
Согласно другому варианту настоящего изобретения, лопасти 1640 также могут содержать "подосевые" перепускные отверстия 1624а-b, которые проходят через лопасть 1640 снаружи от оси 1621 поворота соответствующих цапф 1620. Как показано на фиг.16, в выбранных вариантах для регулировки размера и/или точки открывания перепускных отверстий 1624 во время работы двигателя можно использовать подвижные отсечные клапаны 1666 (индивидуально обозначенные как первый отсечной клапан 1666а и второй отсечной клапан 1666b). Изменение размера отверстия и/или момента его открывания можно использовать для изменения рабочих характеристик двигателя.
1
2
На фиг.17 показан вид сверху двигателя 1600, иллюстрирующий увеличенный ход лопастей 1640. Как показано на этом виде, каждая лопасть 1640 содержит участок 1642 дальней кромки, который выходит за ось 1621 поворота соседней цапфы 1620, когда лопасти 1640 поворачиваются наружу из положения P верхней мертвой точки в положение Р нижней мертвой точки. Продление хода лопасти вышеописанным способом дает увеличенный угол поворота цапфы и более плавную передачу мощности.
Хотя в описанных выше вариантах настоящего изобретения используют лопасти, выполненные как единая деталь, в других вариантах (например, таких, как описаны ниже) другие радиально-импульсные двигатели, выполненные согласно настоящему изобретению, могут использовать состоящие из нескольких деталей шарнирные или телескопические лопасти.
На фиг.18А и 18В показаны виды сверху части радиально-импульсного двигателя 1800 ("двигатель 1800"), содержащего множество шарнирных лопастей 1840a-h, выполненных согласно варианту настоящего изобретения. Со ссылкой сначала на фиг.18А, в этом варианте каждая лопасть 1840 может содержать участок 1841 тела (индивидуально обозначенные как участки 1841а-h тела), неподвижно прикрепленные к соответствующей цапфе 1820 (индивидуально обозначенных как цапфы 1820a-h) и шарнирно закрепленные удлинения 1842 (индивидуально обозначенные как удлинения 1842a-h), шарнирно прикрепленные к участкам 1841 тела. С каждым из шарнирных удлинений 1842 может быть функционально соединено управляющее звено 1843 для управления перемещением шарнирных удлинений 1842, когда лопасти 1840 поворачиваются наружу из положения верхней мертвой точки, показанного на фиг.18А, в положение нижней мертвой точки, показанное на фиг.18В.
Согласно одному варианту настоящего изобретения, двигатель 1800 содержит восемь лопастей 1840 и каждый из участков 1841 тела имеет длину L, которая по меньшей мере приблизительно эквивалентна длине лопасти D между соседними осями поворота цапф. В других вариантах, однако, другие радиально-импульсные двигатели могут иметь больше или меньше шарнирных лопастей, и каждая лопасть может иметь соответствующий участок тела, длина которого больше или меньше длины лопасти между соседними осями поворота. Однако в таких вариантах может возникнуть необходимость использования множества шарнирных секций лопасти, чтобы облегчить змеевидное скручивание лопастей во время их хода для поддержания адекватного уплотнения без вредного изгиба.
На фиг.19А и 19В показаны виды сверху части радиально-импульсного двигателя 1900 ("двигатель 1900"), имеющего множество шарнирных лопастей 1940a-d, выполненных согласно другому варианту настоящего изобретении. В этом варианте каждая из лопастей 1940 содержит участок 1941 тела и соответствующее шарнирно установленное удлинение 1942. С каждым из шарнирно установленных удлинений 1942 может быть функционально соединена тяга 1943 для управления перемещением шарнирно установленного удлинения 1942, когда лопасти 1940 поворачиваются наружу из положения верхней мертвой точки, показанного на фиг.19А, в положение нижней мертвой точки, показанное на фиг.19В.
На фиг.20А и 20В показаны сечения телескопической лопасти 2040, выполненной согласно варианту настоящего изобретения. На фиг.20А показана лопасть 2040 в сложенном положении (т.е. в положении нижней мертвой точки), а на фиг.20В показана лопасть 2040 в выдвинутом положении (т.е. в положении верхней мертвой точки). Как показано на фиг.20А и 20В, лопасть 2040 может содержать участок 2047 тела, который скользит вперед и назад на участке 2049 основания. Управляющая тяга 2043 с фиксированной точкой 2045 поворота управляет положением участка 2047 тела относительно участка 2049 основания, когда лопасть 2040 поворачивается вокруг цапфы 2020. Более конкретно, когда лопасть 2040 поворачивается против часовой стрелки, управляющая тяга 2043 вызывает перемещение участка 2047 тела от цапфы 2020, тем самым увеличивая длину лопасти 2040. Наоборот, когда лопасть 2040 поворачивается по часовой стрелке, управляющая тяга 2043 вызывает перемещение участка 2047 тела к цапфе 2020, уменьшая длину лопасти 2040. Специалистам понятно, что описанная здесь конфигурация управляющей тяги является лишь одним из возможных механизмов для управления длиной лопасти. Соответственно, в других вариантах можно использовать другие конфигурации управляющей тяги и/или другие механизмы для управления длиной лопасти во время работы двигателя.
На фиг.21 показано сечение телескопической лопасти 2140, выполненной в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения. В этом варианте лопасть 2140 содержит цилиндрическую пружину 2143, сжатую между участком 2147 тела и соответствующим участком 2149 основания. Когда лопасть 2140 описывает дугу во время работы двигателя, цилиндрическая пружина 2143 прижимает участок 2147 тела к поверхности примыкающей лопасти, тем самым поддерживая достаточное уплотнение без ухудшающих характеристик изгибов или зазоров.
Телескопические лопасти, выполненные согласно другим вариантам настоящего изобретения, могут содержать другие средства для управления длиной лопасти во время работы двигателя. Такие средства могут включать, например, гидравлические и/или пневматические системы, которые работают, по меньшей мере по существу, подобно цилиндрической пружине 2143, описанной выше. Телескопические лопасти, такие как описаны выше со ссылками на фиг.20А-21, можно использовать в ряде разных конструкций двигателя, где переменная длина лопасти необходима или желательна. К таким конструкциям могут относиться, например, двигатели 1800 и 1900, описанные со ссылками на фиг.16А-19В.
III. Привод клапанов
На фиг.22 показан вид сбоку части радиально-импульсного двигателя 2200 ("двигатель 2200"), иллюстрирующий систему привода тарельчатого клапана согласно варианту настоящего изобретения. Двигатель 2200 может быть по меньшей мере по существу подобен по конструкции и функциям двигателю 100, описанному выше со ссылками на фиг.1-4Е. Например, двигатель 2200 может содержать множество впускных и/или выпускных клапанов 2230, которые удерживаются в закрытом положении множеством соответствующих цилиндрических пружин 2234. В этом конкретном варианте, однако, двигатель 2200 дополнительно содержит рабочий выступ 2264 кулачка, неподвижно установленный на дальнем конце удлиненной цапфы 2220. Коромысло 2260 шарнирно установлено между рабочим выступом 2264 кулачка и пластиной 2236 привода клапанов. При работе двигателя вращающийся рабочий выступ 2264 кулачка заставляет коромысло периодически нажимать приводную пластину 2236, тем самым сжимая клапанные пружины 2234 и временно открывая тарельчатые клапаны 2230. В других вариантах настоящего изобретения привод клапанов может осуществляться другими деталями двигателя 2200. В одном другом варианте, например, рабочий выступ кулачка или рабочие выступы кулачка привода клапанов могут приводиться в действие синхронизирующим зубчатым венцом (например, одним из зубчатых венцов 228, показанных на фиг.2).
На фиг.23 показана система привода клапанов, выполненная согласно другому варианту настоящего изобретения. В этом варианте радиально-импульсный двигатель 2300 ("двигатель 2300") содержит цилиндрический кольцевой кулачок 2364, выполненный с возможностью вращения вокруг центральной оси 2301 двигателя. Кольцевой кулачок 2364 может приводиться в действие разными способами. В одном варианте, например, кольцевой кулачок 2364 может приводиться в действие от синхронизирующего зубчатого венца (например, одного из зубчатых венцов 228, показанных на фиг.2), Кольцевой кулачок 2364 содержит множество рабочих выступов 2366а-b кулачка, которые нажимают и открывают примыкающие тарельчатые клапаны 2330, когда кольцевой кулачок 2364 вращается вокруг центральной оси 2301.
Если необходимо получить симметричные профили открывания/закрывания клапанов, тогда рабочие выступы 2366 кулачка должны иметь соответственно симметричные формы. В таких вариантах кольцевой кулачок 2364 может вращаться в одном направлении или совершать возвратно-поступательные повороты. В качестве альтернативы, если необходимо получить асимметричный профиль открывания/закрывания клапана, то рабочие выступы 2366 кулачка должны иметь соответственно асимметричную форму, и кольцевой кулачок дожжен быть выполнен с возможностью вращения в одну сторону вокруг центральной оси 2301.
На фиг.24 показан вид в перспективе части радиально-импульсного двигателя 2400 ("двигатель 2400"), показывающий способ регулирования потока газообразных смесей в камеру 2403 сгорания и из нее. Согласно одному варианту этого варианта двигатель 2400 содержит продувочный барабан 2402, проходящий между первой торцевой плитой 2404а и второй торцевой плитой 2404b. Продувочный барабан 2402 содержит множество впускных отверстий 2426a-f, выполненных с возможностью пропускания топливовоздушной смеси в продувочный барабан 2402. Одна или обе из торцевых плит 2404 могут содержать множество выпускных отверстий 2432a-f, выполненных с возможностью выпуска выхлопных газов из камеры 2403 сгорания.
Согласно другому варианту настоящего изобретения двигатель 2400 дополнительно содержит цилиндрический трубчатый затвор 2462 и множество отсечных клапанов 2466a-f. Трубчатый затвор 2462 расположен соосно вокруг внешней поверхности продувочного барабана 2402 и содержит множество отверстий 2464a-f. При работе трубчатый затвор 2462 вращается вокруг центральной оси 2401 двигателя для изменения положения отверстий 2464 относительно впускных отверстий 2426 и для регулирования потока топливовоздушной смеси в продувочный барабан. В одном варианте осуществления изобретения движением трубчатого затвора 2462 можно управлять через зубчатое зацепление с одной или более из множества цапф 2420a-f. В других вариантах движением трубчатого затвора 2462 можно управлять другими средствами. В показанном варианте отсечные клапаны 2466 функционально соединены с цапфами 2420. При работе отсечные клапаны 2466 вращаются вперед и назад вместе с цапфами 2420 для открытия и закрытия выпускных отверстий 2432 в соответствующие моменты времени во время хода лопастей.
На фиг.25 показан вид сверху части радиально-импульсного двигателя 2500 ("двигатель 2500"), содержащего подвижную клапанную пластину 2566, которая лежит сверху на торцевой плите 2504 двигателя. В этом варианте торцевая плита 2504 двигателя содержит множество профильных выпускных отверстий 2532a-f, которые открыты в камеру 2503 сгорания. Клапанная пластина 2566 содержит множество соответствующих отверстий 2567a-f. При работе клапанная пластина 2566 вращается вперед и назад (или в одном направлении) вокруг центральной оси 2501 двигателя для расположения отверстий 2567 над выпускными отверстиями 2532 в соответствующие моменты во время хода лопастей.
IV. Отбор мощности
В части приведенного выше описания, относящейся к фиг.2, был описан один способ отбора мощности от радиально-импульсного двигателя, а именно путем функционального соединения цапф с коленчатым валом через один или более шатунов. Однако в других вариантах изобретения можно использовать другие способы отбора мощности от описанного выше радиально-импульсного двигателя.
На фиг.26, например, показан вид сверху радиально-импульсного двигателя 2600, имеющего кулачковый диск 2674 для передачи мощности от множества лопастей 2640a-f на выходной вал 2678. В данном варианте реактивная штанга 2622a-f неподвижно прикреплена к цапфе 2620a-f каждой лопасти. Следящий элемент 2624a-f кулачка, расположенный на дальнем конце каждой реактивной штанги 2622, обкатывается по рабочей поверхности 2676 кулачка, выполненной в кулачковом диске 2674. При работе реактивные штанги 2622 перемещаются вместе с лопастями 2640 так, что когда лопасти 2640 поворачиваются наружу во время рабочего хода, следящие элементы 2624 кулачка перемещаются внутрь и вращают кулачковый диск 2674 против часовой стрелки вокруг центральной оси 2601 двигателя. В конце рабочего хода момент вращающегося кулачкового диска 2674 отводит лопасти 2640 назад к верхней мертвой точке для сжатия и воспламенения следующей порции топливовоздушной смеси.
На фиг.27А показан вид в перспективе с частичным вырезом радиально-импульсного двигателя 2700, в котором используется дуплексная синхронизирующая шестерня 2728 для передачи мощности от множества лопастей 2640a-f. На фиг.27В показано сечение цапфы 2720 на фиг.27А. Как показано на фиг.27А и 27В, синхронизирующая шестерня 2728 имеет форму канала с внутренним фланцем 2730 и внешним фланцем 2731. Внутренний фланец 2730 содержит множество разнесенных с одинаковым интервалом групп 2732a-f внутренних зубьев. Внешний фланец 2731 аналогично содержит множество разнесенных с одинаковым интервалом групп 2733a-f внешних зубьев. Каждая из цапф 2720a-f содержит первую распределительную шестерню 2721 и вторую распределительную шестерню 2722. Первые распределителные шестерни 2721 выполнены с возможностью последовательного зацепления с группами 2732 внутренних зубьев, а вторые распределительные шестерни 2722 выполнены с возможностью последовательного зацепления с группами 2733 внешних зубьев.
При работе синхронизирующая шестерня 2728 вращается в одном направлении (например, по часовой стрелке) вокруг центральной оси 2701 двигателя. Когда лопасти 2740 движутся наружу из положения верхней мертвой точки и совершают рабочий ход, первые распределительные шестерни 2721 зацепляются с группами 2732 внутренних зубьев синхронизирующей шестерни 2728, тем самым приводя синхронизирующую шестерню 2728 в движение по часовой стрелке. Когда лопасти 2740 достигают положения нижней мертвой точки, первые распределительные шестерни 2721 выходят из зацепления с группами 2732 внутренних зубьев, а вторые распределительные шестерни 2722 одновременно входят в зацепления с группами 2733 внешних зубьев. Момент вращения синхронизирующей шестерни 2728 возвращает лопасти 2740 обратно внутрь к положению верхней мертвой точки. Поэтому синхронизирующая шестерня 2728 вращается вокруг центральной оси 2701 и попеременно получает импульсы мощности от лопастей 2740 через первые распределительные шестерни 2721 и возвращает лопасти 2740 обратно к верхней мертвой точке через вторые распределительные шестерни 2722. Соответственно, цапфы 2720 совершают колебания вперед и назад, тогда как синхронизирующая шестерня 2728 вращается в одном направлении для создания эффекта маховика.
На фиг.28 показан вид в перспективе части силовой установки 2805, имеющей первый радиально-импульсный двигатель 2800а, функционально соединенный со вторым радиально-импульсным двигателем 2800b согласно варианту настоящего изобретения. Радиально-импульсные двигатели 2800 согласно этому варианту могут быть по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям одному или более из радиально-импульсных двигателей, более подробно описанных выше. Например, первый двигатель 2800а может содержать множество первых лопастей 2840а, а второй двигатель 2800b может содержать множество вторых лопастей 2840b. Первые лопасти функционально соединены со вторыми лопастями 2840b зубчатой передачей 2880а-b.
В этом конкретном варианте первые лопасти 2840а и вторые лопасти 2840b работают в противофазе. То есть первые лопасти 2840а находятся в положении нижней мертвой точки, когда вторые лопасти 2840b находятся в верхней мертвой точке. Одним из преимуществ такого варианта является то, что работа в противофазе может позволить силовой установке 2805 выдавать постоянный или почти постоянный крутящий момент.
V. Конфигурации силовой установки
На фиг.29 показан вид в перспективе силовой установки 2900, выполненный согласно другому варианту настоящего изобретения. В этом варианте силовая установка 2905 содержит первый радиально-импульсный двигатель 2900а, соединенный со вторым радиально-импульсным двигателем 2900b соосно. Радиально-импульсные двигатели 2900 могут быть по меньшей мере по существу подобны по конструкции и функциям одному или более из радиально-импульсных двигателей, более подробно описанных выше. Например, первый двигатель 2900а может содержать множество первых лопастей 2940а, а второй двигатель 2900b может содержать множество вторых лопастей 2940b.
Однако в этом конкретном варианте силовая установка 2905 дополнительно содержит множество удлиненных цапф 2920 (индивидуально обозначенных как цапфы 2920a-f), проходящих сквозь среднюю плиту 2904. На цапфах 2920 установлены первые лопасти 2940а первого двигателя 2900а и вторые лопасти 2940b второго двигателя 2900b. Однако вторые лопасти 2940b инвертированы относительно первых лопастей 2940а так, что второй двигатель 2900b и первый двигатель 2900а работают в противофазе. Более конкретно, когда цапфа 2920 поворачивается против часовой стрелки, первые лопасти 2940а поворачиваются из положения верхней мертвой точки к положению нижней мертвой точки, а вторые лопасти 2940b поворачиваются внутрь из положения нижней мертвой точки в положение верхней мертвой точки. Как указано выше со ссылками на фиг.28, такая работа в лротивофазе позволяет силовой установке 2905 выдавать постоянный или почти постоянный крутящий момент.
На фиг.30 показан частичный схематичный вид сбоку силовой установки 3005, выполненной согласно другому варианту настоящего изобретения. В этом варианте силовая установка 3005 содержит радиально-импульсный двигатель 3000 ("двигатель 3000"), функционально соединенный с первым радиальным компрессором 3010а и вторым радиальным компрессором 3010b. Компрессоры 3010 установлены соосно с двигателем 3000. Кроме того, каждый компрессор 3010 содержит множество лопастей (не показаны), функционально соединенных с множеством соответствующих лопастей (также не показаны) двигателя 3000 удлиненными цапфами 3020 (индивидуально обозначены как цапфы 3020a-f). Как более подробно описано ниже, со ссылками на фиг.31А-31С, при работе компрессоры 3010 закачивают сжатый воздух в двигатель 3000 через первое впускное отверстие 3031а и противоположное впускное отверстие 3031b. Сжатый воздух затем смешивается с топливом и воспламеняется в двигателе 3000, прежде чем выйти через множество выхлопных отверстий 3030а-f.
На фиг.31А-31С показан ряд видов сверху, иллюстрирующих способ работы силовой установки 3005 согласно фиг.30 в соответствии с вариантом настоящего изобретения. Как показано на фиг.31А, двигатель 3000 содержит множество лопастей 3140 двигателя, функционально соединенных с цапфами 3020. Первый компрессор 3010а содержит множество лопастей 3141a первого компрессора, функционально соединенных с удлиненными цапфами 3020, а второй компрессор также содержит лопасти 3141b второго компрессора, функционально соединенные с удлиненными цапфами 3020. Лопасти 3141 компрессора инвертированы относительно лопастей 3140, поэтому компрессоры 3010 работают в противофазе с двигателем 3000.
Работа силовой установки 3005 может начаться с воспламенения порции топливовоздушной смеси в двигателе 3000, когда лопасти 3140 находятся в положении верхней мертвой точки, как показано на фиг.31А. В результате возникшего горения лопасти 3140 двигателя движутся наружу, вызывая поворот цапф 3020 против часовой стрелки. Вращение цапф 3020 приводит к тому, что лопасти 3141 первого и второго компрессоров 3010 начинают двигаться внутрь к положению верхней мертвой точки. Когда лопасти 3141 компрессоров движутся внутрь, они выталкивают воздух, находящийся в их соответствующих камерах, в двигатель 3000 через первое и вторе впускные отверстия 3031 (фиг.30). Когда лопасти 3140 двигателя достигнут нижней мертвой точки, как показано на фиг.31В, выхлопные газы получают возможность вытекать из двигателя 3000 через выпускные отверстия 3030 (фиг.30). Поступающий воздух от соседних компрессоров 3010 помогает вытолкнуть выхлопные газы из двигателя 3000.
Как показано на фиг.31С, впускные отверстия 3031 (фиг.30) закрываются, когда лопасти 3140 двигателя движутся внутрь из положения нижней мертвой точки в положение верхней мертвой точки. В результате, всосанная порция сжимается в двигателе 3000. Одновременно, лопасти 3141 компрессора соседних компрессоров 3010 движутся наружу из их соответствующего положения верхней мертвой точки в положение нижней мертвой точки, всасывая новые порции воздуха в их "камеры сгорания". В это время в двигателе 3000 топливо смешивается с всосанным воздухом и воспламеняется, в результате чего повторяется вышеописанный цикл.
Хотя различные описанные выше варианты настоящего изобретения относятся к двигателям внутреннего сгорания, в других вариантах другие аспекты настоящего изобретения могут быть направлены на другие типы силовых установок, включая, например, паровые двигатели, дизельные двигатели, гибридные двигатели и пр. Кроме того, в других вариантах другие аспекты настоящего изобретения могут быть направлены на полезные машины других типов, включая насосы (например, воздушные насосы, водяные насосы и пр.), компрессоры и пр.
VI. Радиально-импульсные паровые двигатели
На фиг.32А и 32В показаны виды сверху радиально-импульсного парового двигателя 3200 ("паровой двигатель 3200"), выполненного согласно варианту настоящего изобретения. Как показано на фиг.32А, паровой двигатель 3200 содержит множество лопастей 3240a-f, установленных с возможностью перемещения между первой торцевой плитой 3204а и второй торцевой плитой 3204b. Впускной клапан 3231 установлен в первой торцевой плите 3204а, а выпускной клапан 3230 установлен во второй торцевой плите 3204b.
При работе впускной клапан 3231 открывается и впускает пар в расширительную камеру 3203, когда лопасти 3240 находятся в положении верхней мертвой точки, показанном на фиг.32А. Затем впускной клапан закрывается, когда пар, расширяясь, выталкивает лопасти 3240 наружу. Когда лопасти 3240 движутся наружу, выпускной клапан 3230 начинает открываться, позволяя пару вытечь из расширительной камеры 3203. Когда лопасти 3240 достигают положения нижней мертвой точки, показанного на фиг.32В, выпускной клапан 3230 полностью открыт.
Когда лопасти 3240 начинают двигаться внутрь из положения нижней мертвой точки, выпускной клапан 3230 начинает закрываться. Когда лопасти 3240 достигают положения верхней мертвой точки, показанного на фиг.32А, выпускной клапан 3230 полностью закрыт. В это время цикл повторяется, когда впускной клапан 3231 открывается, впуская свежую порцию пара в расширительную камеру 3203.
Хотя на фиг.32А и 32В показаны только один впускной клапан 3231 и один выпускной клапан 3230, в других вариантах паровые двигатели, выполненные согласно настоящему изобретению, могут иметь один или более впускных клапанов и/или один или более выпускных клапанов. Кроме того, в другом варианте настоящего изобретения два паровых двигателя, по меньшей мере по существу подобные по конструкции и функциям паровому двигателю 3200, могут быть соединены в противофазе для создания постоянного или почти постоянного крутящего момента.
На фиг.33А и 33В показаны виды сверху радиально-импульсного парового двигателя 3300 ("паровой двигатель 3300"), выполненного согласно другому варианту настоящего изобретения. Как показано на фиг.33А и 33В, паровой двигатель 3300 содержит множество лопастей 3340a-f, установленных с возможностью перемещения между первой торцевой плитой 3304а и второй торцевой плитой 3304b. Барабан 3302 проходит вокруг лопастей 3340 между первой и второй торцевыми плитами 3304. В этом конкретном варианте первый впускной клапан 3331 расположен в центре первой торцевой плиты 3304а, а множество вторых впускных клапанов 3333а-f расположено у внешнего периметра первой торцевой плиты 3304а. Кроме того, множество выпускных клапанов 3330а-f расположено во второй торцевой плите 3304b, приблизительно на середине между центром парового двигателя 3300 и внешним периметром второй торцевой плиты 3304b.
При работе первый впускной клапан 3331 открывается и впускает пар в расширительную камеру 3303, когда лопасти 3340 находятся в положении верхней мертвой точки, показанном на фиг.33А. Первый впускной клапан затем закрывается, позволяя пару расширяться и выталкивать лопасти 3340 наружу к положению нижней мертвой точки, показанному на фиг.33В. Когда лопасти 3340 проходят мимо выпускных клапанов 3330, выпускные клапаны 3330 открываются, позволяя пару выйти из расширительной камеры 3303.
Когда лопасти 3340 достигают положения нижней мертвой точки, показанного на фиг.33В, вторые впускные клапаны 3333 открываются, впуская свежую порцию пара в пространство между лопастями 3340 и барабаном 3302. Вторые впускные клапаны 3333 после этого закрываются, позволяя пару расширяться и выталкивать лопасти 3340 внутрь к положению верхней мертвой точки по фиг.33А. Когда лопасти 3340 движутся внутрь, выпускные клапаны 3330 закрываются во избежание контакта. Когда лопасти 3340 достигают положения верхней мертвой точки по фиг.33А, выпускные клапаны 3330 опять открываются, позволяя пару под давлением за лопастями 3340 выйти. В это время цикл повторяется, когда открывается первый впускной клапан 3331, впуская свежую порцию пара в расширительную камеру 3303.
Из вышеизложенного понятно, что конкретные варианты настоящего изобретения были описаны для иллюстрации, и в них могут быть внесены различные модификации, не выходящие за пределы сущности и объема изобретения. Например, аспекты настоящего изобретения, описанные в контексте конкретных вариантов, могут соединяться или исключаться в других вариантах. Кроме того, хотя преимущества, связанные с определенными вариантами изобретения, были описаны в контексте этих вариантов, другие варианты также могут обеспечивать эти преимущества и не все варианты обязательно должны обеспечивать такие преимущества, чтобы войти в объем настоящего изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения ограничен лишь приложенной формулой.