Бескривошипный поршневой роторный двигатель - RU2168035C2
Код документа: RU2168035C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания и особенно к двигателю, основные принципы работы которого отличаются от многих существующих роторных двигателей.
В последние годы, в большинстве разработанных и распространенных типах роторных двигателей использовался вращающийся блок, содержащий радиально расположенные цилиндры с поршнями, наружные концы которых могли перемещаться относительно направляющих устройств, как показано, например, в описании патента Германии N 619955, так же как и во многих патентах США, таких как N N 4003351, 4023536 и 4974553. Применяемые в этих известных решениях сложные конструктивные детали были полезными в таких типах роторных двигателей, включающих соответствующие вспомогательные устройства, существенные для их работы, такие как средства, обеспечивающие периодический впуск воздуха и топлива в камеру сгорания для каждого цилиндра и поршня; средства, вызывающие сгорание сжатой смеси воздуха и топлива в соответствующей камере сгорания, и средства, обеспечивающие периодический выхлоп продуктов сгорания воздуха и топлива.
Заявителем недавно был разработан роторный двигатель радиально-поршневого общего типа, раскрытый в австралийской патентной заявке N PN 6474, который, как полагает заявитель, обладает рядом преимуществ над известными решениями роторных двигателей с радиально расположенными поршнями.
Тем не менее, разработки в области распространенных сегодня двигателей указанного типа побудили заявителя рассмотреть другой тип роторного двигателя, в котором цилиндры расположены через равные промежутки вокруг центральной оси, где поршни расположены параллельно друг другу и указанной оси, и для них предусмотрены приводные средства так, чтобы они взаимодействовали с кулачковыми направляющими средствами, вызывающими вращение роторного узла, приводящего во вращение выходной вал. Примеры этого роторного двигателя базового типа с параллельными цилиндрами были описаны в патентах США N N 4287858, 4250283 и 4022167. Однако, все эти двигатели имеют очень громоздкую конструкцию, поршни требуют тщательной установки, а направляющие средства таковы, что они чрезмерно удлиняют узлы. Это имеет место, в частности, там, где взаимодействующие кулачковые узлы расположены посередине устройства, как в патенте США N 4287858. При использовании отдельных поршней, устанавливаемых независимо, должны предусматриваться обычные юбки поршней и осевые направляющие средства, которые делают узлы тяжелыми, дорогими и громоздкими.
Настоящее изобретение разработано с целью преодоления или смягчения проблем, встречающихся в настоящее время в известных типах двигателей, в которых оси поршней параллельны друг другу и расположены вокруг центральной оси, и его главной задачей является обеспечение новых приводных средств, обеспечивающих получение максимальной эффективности при использовании цилиндров и поршней относительно короткой длины.
Другим аспектом настоящего изобретения является создание легкого по весу, небольшого по размеру двигателя, состоящего из минимального количества деталей, особенно изнашиваемых деталей.
Еще одним аспектом изобретения является создание двигателя, способного работать на бензине или любом сгораемом топливе и особенно пригодного для медленно горящих топлив, таких как дизельное топливо.
Еще одним аспектом изобретения является создание роторного двигателя упомянутого типа, обеспечивающего максимально экономичное сгорание топлива и уменьшенный выхлоп вредных веществ. Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из нижеследующего описания.
Поставленная задача решается тем, что создан роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршни, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения в соответствующих цилиндрах, расположенных через равные промежутки вокруг продольной оси вращения, при этом указанная ось является осью вращения выходного вала, уплотненно проходящего с возможностью вращения через отверстия соответствующих первой и второй торцевых плат корпуса, внутри которого поршни и цилиндры движутся как часть способного вращаться роторного узла, прикрепленного к выходному валу, причем в то время как поршни могут одновременно совершать возвратно-поступательное движение в цилиндрах, с каждым поршнем связаны толкательные средства, приспособленные взаимодействовать с волнообразными кулачковыми направляющими средствами, расположенными внутри корпуса вокруг него, при этом предусмотрены средства для транспортирования топлива и выхлопных газов к рабочим концам полостей цилиндров и из них, соответственно, посредством чего в результате циклического сгорания топлива в указанных полостях поршням сообщается возвратно-поступательное движение с результирующим толчком на кулачковые направляющие средства так, чтобы вызвать вращение роторного узла и выходного вала, в котором согласно изобретению поршни скомпонованы в две группы, каждая из которых содержит, по меньшей мере, два поршня, причем поршни каждой группы расположены по противоположным сторонам оси вращения роторного узла и выходного вала и взаимосвязаны между собой соединяющими поршни средствами таким образом, что поршни каждой группы движутся согласованно, причем детали выполнены и расположены так, чтобы толкательные средства взаимодействовали с кулачковыми направляющими средствами с возможностью обеспечения движения одной из групп поршней в их соответствующих цилиндрах в направлении, противоположном направлению движения другой группы поршней.
Каждое соединяющее поршни средство выполнено в форме поршневой установочной платы, имеющей отверстие, через которое проходит выходной вал, причем предусмотрены средства, посредством которых поршневая установочная плата может приводным образом соединяться с выходным валом в качестве роторного узла с возможностью скольжения вдоль указанной оси и выходного вала для обеспечения возможности движения ее поршней в соответствующих цилиндрах.
Средство, посредством которого каждая поршневая установочная плата приводным образом соединяется с выходным валом, может включать расположенные вдоль вала выходного вала шлицевые ребра, входящие в зацепление с возможностью скольжения в соответствующих периферийных канавках вокруг отверстий указанной установочной платы, а также может включать направляющие отверстия в установочной плате, сориентированные в направлении ее противоположных торцов и приспособленные принимать с возможностью скольжения свободные концы направляющих пальцев, расположенных параллельно оси вращения выходного вала и с другими концами, жестко связанными с приводными платообразными средствами, образующими часть роторного узла, и прикрепленными к выходному валу.
Каждая установочная плата дополнительно имеет три, четыре или более рычажных секций, расположенных радиально относительно выходного вала, на наружном конце каждой из которых жестко установлен поршень, причем поршни каждой группы расположены через равные промежутки и с промежутками между смежными поршнями таким образом, что поршни одной группы ходят в соответствующих расположенных через промежутки цилиндрах, в то время как поршни другой группы ходят в их соответствующих цилиндрах, каждый из которых расположен посередине между смежными цилиндрами первой группы, причем рабочие концы всех цилиндров, через которые попадает топливо, продольно совпадают относительно оси вращения.
Каждый цилиндр дополнительно включает цилиндрический элемент, разъемно крепящийся в части роторного узла двигателя, причем выходной вал имеет присоединительные средства, посредством которых он может быть прикреплен штифтами или иным образом прикреплен к части блока двигателя роторного узла.
Роторный двигатель внутреннего сгорания по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что толкательные средства включают ролик, установленный на его соответствующем поршне с возможностью вращения у нерабочего конца его цилиндрического отверстия, и кулачковое направляющее средство представляет собой волнообразную кулачковую направляющую, а каждый ролик вращается вокруг оси, располагаемой под прямым углом к оси выходного вала, причем ролики всех поршней расположены на одинаковом расстоянии от оси выходного вала, а кулачковое направляющее средство представляет собой кольцо, установленное на внутренней поверхности первой торцевой платы корпуса, и выходной вал выступает за первую торцевую плату для использования в качестве приводного вала, при этом вторая торцевая плата, со стороны которой происходит всасывание и выхлоп, обеспечивает установочную опору для наружных деталей, в ней по кругу расположены отверстия и каналы цилиндров, на ней расположены свечи зажигания и инжекторы топлива.
Конец выходного вала, расположенный у конца двигателя, где осуществляется всасывание и выхлоп, выполнен полым для расположения входных средств охладителя, причем вал жестко соединен с роторным узлом и имеет входные каналы, идущие из его полой внутренней части к наружной периферии каждого цилиндра для их охлаждения цилиндров, при этом роторный узел имеет сборные средства для охладителя, снабженные уплотнительными средствами, посредством которых использованный охладитель может возвращаться из роторного узла ко второй торцевой плате, причем вторая торцевая плата предусмотрена с выходными средствами для охладителя.
Целесообразно, чтобы каждый цилиндр был приспособлен для приема топлива через входной проход, приспособленный вращаться с роторным узлом, совпадая с соответствующим проходом в фиксированном корпусе, при поверхностном скользящем контакте в плоскости, перпендикулярной оси вращения выходного вала, причем уплотнение между поверхностями осуществляется с помощью уплотнительного кольца, приспособленного сжимать эластичное термостойкое кольцо между его нижней поверхностью и углублением в отверстии прохода цилиндра на расстоянии от внутренней поверхности прохода, по существу равном ширине верхней углубленной поверхности уплотнительного кольца, с целью уравновешивания сил, создаваемых давлениями в проходе цилиндра.
Уплотнение поверхностей может также осуществляться уплотнительным кольцом, имеющим внутреннее углубление, содержащее наклоняемый стальной пружинный элемент или подобное кольцо, приспособленное под давлением уплотнять край углубления и максимизировать уплотняющий эффект указанного уплотнительного кольца.
В роторном двигателе внутреннего сгорания корпус предусмотрен с первыми и вторыми кулачковыми направляющими средствами, связанными с первой и второй торцевыми платами, соответственно, а роторный узел имеет первые толкательные средства, взаимодействующие с первой торцевой платой, для возвратно-поступательного движения поршней, и вторые толкательные средства, взаимодействующие со второй торцевой платой для возвратно-поступательного движения цилиндров, а первые и вторые толкательные средства оба образованы роликами, способными поворачиваться вокруг осей, сориентированных под прямыми углами к оси вращения выходного вала.
Кроме того, корпус включает по существу цилиндрический кожух, уплотненно соединенный с и между двумя торцевыми платами, и две торцевые платы имеют по существу круглую форму в направлении вдоль оси вращения.
Целесообразна также конструкция верхних и нижних поршней, где каждая группа из четырех поршней расположена на собственной установочной плате, причем нижние поршни способны двигаться вверх, по мере того, как верхние поршни движутся вниз.
Другие признаки изобретения будут понятны из приложенных чертежей и нижеследующего описания.
Для более легкого понимания изобретения и способов его использования на практике ниже будет даваться ссылка на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематичный
вертикальный разрез основных компонентов (в разделенном по отношению друг к другу) одного вида двигателя, в соответствии с изобретением, с отсутствующими для упрощения некоторыми деталями;
фиг. 2 - вид, подобный виду на фиг. 1, но иллюстрирующий модифицированный двигатель, с предусмотренными у каждого торца кулачковыми противоположно расположенными на расстоянии направляющими средствами,
а не у одного торца как на фиг. 1;
фиг. 3 - конструктивные детали, где выходной вал, используемый со шлицами, показан в положении относительно подшипников и торцевой платы;
фиг. 4
- схема осуществления тактов двигателя при вращении вала по часовой стрелке, если смотреть на блок снизу;
фиг. 5 - сравнительные волновые характеристики приводного усилия, развиваемого
крутящими моментами известного кривошипно-шатунного двигателя и двигателя, в соответствии с настоящим изобретением, где вращение выходному валу сообщается с помощью кулачковых устройств, причем в
обоих случаях брались одинаковые диаметры цилиндров и рабочие такты;
фиг. 6 - разрез, подобный фиг. 1, но иллюстрирующий более подробно установочные платы для поршней, а также поршни на
нижней плате при тактах сжатия и выхлопа, поршни на верхней плате в положении только что законченного рабочего такта и такта впуска, причем понятно, что верхняя торцевая плата предусмотрена с
отверстиями (не показаны на этой фигуре или на фиг. 1 и 2), которые работают в момент времени, управляемые роторной системой клапанов для подачи топлива, воздуха, осуществления выхлопа и зажигания,
как очевидно из фиг. 5;
фиг. 7, 8 и 9 - торцевой вид поршня, вид сбоку нижней поршневой платы и вид сбоку верхней поршневой платы, соответственно;
фиг. 10 - вид спроектированной
альтернативной конструкции, в соответствии с изобретением, с частичным вырывом, иллюстрирующий предусмотрение в конструкции верхних и нижних поршней, где каждая группа из четырех поршней расположена
на собственной установочной плате, причем нижние поршни способны двигаться вверх, по мере того, как верхние поршни движутся вниз и т.д., причем центральный вал показан здесь со шлицами;
фиг.
11 - вид в разрезе предпочтительного практического варианта двигателя, в соответствии с изобретением;
фиг. 12 - вид двигателя с торца, если смотреть в направлении вдоль оси вращения, через
который осуществляются засасывание и выхлоп;
фиг. 13 и 14 - виды выходного вала двигателя с торца вдоль оси и в разрезе, соответственно;
фиг. 15 - вид с торца вдоль оси блока
двигателя, который имеет поршни на его противоположной стороне (не показано);
фиг. 16 - установочная плата для цилиндров в разрезе;
фиг. 17 - осевой вид платы, по фиг. 16, снизу;
фиг. 18 и 19 - вид верхней поршневой платы в разрезе и ее осевой вид с торца, соответственно;
фиг. 20 - нижняя поршневая плата в разрезе;
фиг. 21 - осевой вид платы, по фиг. 20,
снизу с торца;
фиг. 22 и 23 - осевой вид с торца и вид в разрезе торцевой платы, расположенной у приводного конца двигателя, соответственно;
фиг. 24 - осевой вид с торца
уплотняющего отверстия элемента, показанного на фиг. 11;
фиг. 25 - вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий установку уплотняющего элемента, как показано на фиг. 11;
фиг. 26 - вид,
соответствующий фиг. 25, но иллюстрирующий альтернативную форму уплотняющего узла, и
фиг. 27 и 28 - виды в разрезе и осевой вид с торца, соответственно, торцевой платы двигателя по фиг. 1-25,
черва которую осуществляется засасывание и выхлоп.
Лучшие способы осуществления изобретения
В то время как фиг. 1-10 являются простой иллюстрацией легко понимаемых общих
принципов работы двигателя, и понятно, что они, в основном, схематичны и на них опущены многие компоненты конструкции, на фиг. 11-26 представлены более характерные конструкции, которые ниже описаны со
ссылкой на эти фигуры. Как показано на фиг. 1, двигатель включает корпус, в целом обозначенный позицией 10, и цилиндрический кожух 11, уплотненно подсоединенный между круглыми торцевыми платами
- первой или приводной торцевой платой 12 и второй торцевой платой 13, через которую осуществляется засасывание и выхлоп, причем плата 13 имеет входные отверстия (не показан) для ввода топлива и
выхлопа отработанных газов, а также содержит свечу зажигания или запальную свечу. Конструкция приспособлена для подачи охладителя в центральную систему вокруг цилиндров 14 с последующим выходом
охладителя с помощью центробежных сил у периферии корпуса 10. На этом чертеже показаны два цилиндра 14 на блоке 15 цилиндров роторного узла 16, способного вращаться в корпусе 10 благодаря его
соединению с выходным валом 17, установленным в подшипниках 18 второй торцевой платы 13 и подшипниках 19 первой торцевой платы 12.
Из чертежа видно, что цилиндры 14 могут принимать поршни 20, которые способны двигаться в унисон, благодаря их соединению с помощью установочной платы 21, несущей установленные на ней внизу через определенные промежутки роликовые подшипники или ролики 22, приспособленные находиться в зацеплении с низкими и высокими кулачковыми секциями волнообразной кулачковой направляющей 23, прикрепленной к или составляющей часть первой или приводной торцевой платы 12. В этом воплощении выходной вал 17 выполнен со шлицами, входящими в зацепление с наружными канавками, расположенными вокруг отверстия в установочной плате 21, через которую проходит вал 17 с тем, чтобы плата 21 могла тем самым приводиться в движение и скользить вдоль оси вала 17.
На фиг. 1 показана, таким образом, основная работы системы, где поршни 20 могут двигаться параллельно оси выходного вала 17, и где затем кулачковая направляющая 23 толкает поршни 20 для выполнения такта сжатия, за которым следует зажигание, побуждающее поршни 20 снова двигаться вниз, оставаясь в их цилиндрах 14, при этом ролики 22 постоянно находятся в контакте с поверхностью волнообразной кулачковой направляющей 23, причем другие поршни также движутся вниз для выполнения такта впуска. Затем кулачковая направляющая 23 снова проталкивает поршни в их цилиндры для выполнения двумя поршнями такта выхлопа и двумя поршнями такта сжатия, при этом эта процедура повторяется таким образом, что поршни и цилиндры вращаются в заданном направлении с целью вращения выходного вала 17 для снятия с него мощности. Вторая пара поршней (не показана), которая укомплектовывает четырехцилиидровое устройство согласно фиг. 1, подобным образом соединена с помощью установочной платы (не показана) для согласованного движения, причем четыре цилиндра расположены черва равные промежутки вокруг оси вращения.
На фиг. 2 показано модифицированное устройство в отношении только что описанных компонентов за исключением того, что снабженная кулачковой поверхностью торцевая плата 24 заменяет торцевую плату 13 в устройстве, по фиг. 1, а кулачковая направляющая 25 контактирует с роликами 26, установленными на блоке 27, несущем цилиндры, который, таким образом, отличается от блока 15, согласно фиг. 1. Естественно, в этом воплощении блок 27 также может скользить по шлицевой секции выходного вала 17, позволяя кулачковым направляющим действовать на обе группы роликов 22 и 26.
Преимущества этой общей системы, имеющей параллельные цилиндры 14, заключаются в том, что она не требует наличия центробежной силы для возвращения поршней, не требует пружин и не требует сдвоенной направляющей для толкания роликов внутрь и наружу, как в известной системе. Кулачковая направляющая толкает все поршни вместе - два поршня на выполнение такта сжатия, которые удерживают ролики в принудительном контакте с направляющей, а другие два поршня будут работать в это время на выхлоп (хотя ясно, что изобретение не ограничивается использованием только четырех поршней) с относительным движением вдоль оси между поршнем и цилиндром при такте зажигания запальной свечой или свечой зажигания через отверстие, которое на этом этапе совпадает с цилиндром. Два поршня будут согласованно двигаться на рабочем такте, а два других поршня будут двигаться согласованно на такте впуска по причине того, что приводное усилие на кулачковых поверхностях создает такое усилие вращения, что два поршня только прошедших такт зажигания, возвращаются в такте выхлопа, а другие два поршня находятся на такте сжатия. Процесс повторяется, и, таким образом, существуют четыре поршня, движущиеся назад и вперед. Для уравновешивания этих движений поршней противоположно им также движутся назад и вперед цилиндры.
В воплощении, показанном на фиг. 2, за счет обеспечения кулачковой системы у каждого торца корпуса, крутящий момент и длина хода движущихся компонентов будут удваиваться. Однако, система впускных и выпускных отверстий должна соответствующим образом располагаться по периферии корпуса для возможности охлаждения вращающегося блока двигателя маслом или другим пригодным охладителем, попадающим к блоку через стороны корпуса. Очевидно, что соединение поршней будет обеспечивать движение одной группы поршней в одном направлении, а другой группы поршней в противоположном направлении, но, конечно, при этом они будут вращаться в одном направлении.
Хотя для достижения упомянутых результатов возможны различные варианты, принципиальная особенность изобретения состоит в том, что поршни каждой группы могут быть выполнены как одно целое с их установочной платой без наличия движущихся элементов. В простейшем практическом воплощении можно иметь четыре поршня на рабочем такте при диаметре каждого поршня четыре дюйма (101, 6 мм) и длине хода, скажем, 1,3 дюйма (33,02 мм). Двойной рабочий такт за каждый оборот равен при четырех цилиндрах восьми рабочим тактам за оборот при выигрыше в развиваемом усилии в три раза по сравнению с двигателем 350-CI-V8. Это позволяет получить сравниваемый крутящий момент в соотношении 2-1, т. е. за один оборот достигается то, что в обычном двигателе V-8 достигается за два оборота. Те же результаты достигаются при скорости вращения настоящего двигателя, составляющей 1/4 числа оборотов в минуту от числа оборотов в минуту двигателя V-8, т.е. по эффективности 1000 об/мин настоящего двигателя равны 4000 об/мин двигателя V-8. Это означает, что имеется двойной крутящий момент по сравнению с двигателем V-8 и, кроме того, расчетное потребление топлива в настоящем случае составляет 1/3 по сравнению с известным двигателем, что имеет место просто вследствие того, что в этом случае впуск топлива составляет 1/3 впуска в известном двигателе с получением тех же результатов.
Настоящее изобретение обладает преимуществом, заключающимся в обеспечении крутящего момента на протяжении всего рабочего такта, и, кроме того, в настоящем двигателе уменьшено число деталей, так как в нем нет шатунов, поршневых пальцев, больших торцевых подшипников, рычагов, толкательных стержней, толкателей клапанов, передач и коленчатого вала. Здесь имеются два основных подшипника в торцевык платах и обычно четыре роликовых подшипника для каждой поршневой платы, взаимодействующих с кулачковыми средствами, как очевидно из фиг. 1 и 2, но это количество может изменяться в соответствии с числом повышенных и пониженных кулачковых поверхностей или кулачковых элементов и результирующего количества рабочих тактов за оборот. Эти подшипники и ролики в полной мере обеспечивают количество опорных деталей для движущихся элементов. Очевидно, что здесь не требуется применять давление масла, отсутствует необходимость в насосе для охладителя, так же как и в узле для центробежного засасывания охладителя. Что касается существенных проблем с вакуумом в двигателях, то настоящий двигатель сконструирован с постоянным отдельным забором воздуха, благодаря которому в пространствах, специально заполняемых выхлопными газами, отсутствует нежелательный подсос топлива или воздуха. По сравнению с двигателем типа 350 V-8 здесь определено, что наружные размеры настоящего двигателя могут, если потребуется, составлять порядка 12 дюймов (300,5 мм) в диаметре и 6 дюймов (150,3 мм) по длине вдоль оси. Предполагается, что в двигателе предпочтительных форм будет применяться восемь цилиндров, расположенных по двум группам - по четыре цилиндра в каждой группе, с получением превосходных результатов даже при небольших размерах двигателя, как схематично показано на фиг. 10, где поршневая плата, показанная здесь в качестве "нижней" платы 28, имеет четыре радиальных рычага 29, на каждом из которых установлен поршень 30, причем на этой фигуре "верхняя" плата 31 показана с частичным вырывом, вследствие чего видны только два поршня 32 и, кроме того, здесь видны два промежутка 33 между смежными нижними поршнями, расположенными на одной стороне. На фиг. 10 показан центральный вал 34 со шлицами, позволяющими платам 28 и 31 скользить вдоль него.
Основные конструктивные особенности поршней 20 показаны на фиг. 6-9, на которых показаны детали верхних поршневых плат 35 и нижних плат 36, причем цилиндрический рабочий конец 37 каждого поршня предусмотрен с поршневыми кольцами (не показаны), в то время как его нерабочий конец предусмотрен с роликовым пальцем 38, расположенным по оси, соориентированной под прямыми углами к оси выходного вала, а также с роликом 22. Конструктивные элементы двигателя позволяют легко управлять его мощностью при работе в зависимости от нагрузок на него в любое время, таких как имеющих место при разгоне двигателя или его работе на холостом ходу. Кроме того, задержка поршня может устанавливаться на любое время и может меняться в соответствии с числом оборотов двигателя в минуту, так же как могут меняться положения отверстий для впуска топлива и связанные с ними функции.
Другое преимущество настоящего двигателя заключается в том, что поршни, так же как и их любая часть, за исключением их колец, не требуют опорного контакта со стенкой цилиндра, благодаря чему цилиндры могут быть выполнены с минимальной длиной, достаточной только для хода поршня и для расположения уплотнительного кольца и сальника. Поскольку каждый поршень объединен с установочной платой, ему не требуется юбка для опоры и, как следствие, не требуются поршневые пальцы или стержни или кривошип или подобные детали этого типа. Кроме того, поскольку каждый поршень объединен с его установочной платой и другие поршни установлены также, поршни будут двигаться в цилиндрах со всеми другими поршнями той же платы, из чего следует, что тогда ни требуется системы для удерживания роликов поршней против кулачковой поверхности во время работы двигателя, таких как системы расположения роликов под кулачковой направляющей для направления поршней из цилиндров при такте впуска. Когда два поршня одной группы движутся вниз из цилиндров на рабочем такте, два других поршня этой же платы будут, естественно, тоже двигаться вниз из цилиндров, но в этом случае уже на такте впуска и т.д.
Предпочтительное практическое воплощение изобретения, показанное на фиг. 11-26, сконструировано так, чтобы иметь все упомянутые преимущества и включать усовершенствования, которые, в некоторых случаях, даже необязательны, такие как предусматривающие использование пружинных средств для содействия начальному движению поршней в направлении от рабочих концов цилиндров для усиления функции пуска двигателя, и которые не требуются после входа двигателя в режим работы. Как показано на этих чертежах, корпус 50 имеет круглую торцевую плату 51, через которую осуществляется засасывание и выхлоп, прикрепленную к цилиндрическому кожуху 52, который винтами 53 крепится к приводной торцевой плате 54. Здесь также расположен центральный, способный вращаться выходной вал 55, имеющий полый трубчатый конец 56 для приема охладителя, причем вал 55 имеет промежуточную крепежную фланцевую плату 57 и сплошной участок 58 уменьшенного диаметра на его другом или приводном конце, крайний участок которого имеет еще более меньший диаметр и выполнен с резьбой 59 для стопорной гайки.
Резьбовой конец 59 вала 55 расположен и стопорится в зажимной трубе 60 стопорной гайкой, при этом труба 60 может вращаться в подшипнике 61 в отверстии 62 приводной торцевой платы 54, где предусмотрено масляное уплотнение 63, причем внутренний конец зажимной трубы 60 составляет одно целое с приводной платой 64, которая может вращаться в пространстве внутри кольцевой волнообразной кулачковой направляющей 65, крепящейся винтами 47 к внутренней поверхности торцевой платы 54. Из приводной платы 64 внутрь выступают прямолинейные приводные пальцы 49, которые могут скользить в линейных вкладышах 48, установленных в отверстиях 66 нижней поршневой платы 67 так, чтобы плата 67 не могла вращаться с приводной платой 64, но могла скользить вдоль оси относительно платы 64. Кроме того, из приводной платы 64 внутрь выступают подпружиненные направляющие стержни 68, предусмотренные у верхних концов с пружинами 46 сжатия, отжимающие поршневую плату 67 от блока 77 двигателя для содействия начальному пуску двигателя.
Кольцевая кулачковая направляющая 65 волнообразно проходит между повышенными и пониженными секциями, которые имеют одинаковую высоту по противоположным сторонам, где поршни 70 установлены жестко на равных расстояниях от участков кулачковой направляющей, с которыми их ролики 71 контактируют, причем каждый ролик установлен с возможностью вращения на пальце 72, ось которого расположена под прямыми углами к оси выходного вала 55, причем рабочие концы поршнем 70 имеют поршневые кольца 73, контактирующие со стенками отверстий 74 соответствующих цилиндров 75, образованных подвижными цилиндрическими втулками 76, закрепленными в стаканообразных участках 69 блока 77 двигателя, который является частью общего роторного узла 78, способного вращаться вместе с приводным валом или выходным валом 55. Здесь предусмотрена также верхняя поршневая плата 79, которая может двигаться возвратно-поступательно вдоль выходного вала 55 в пространстве, смежном с внутренней стороной нижней поршневой платы 67, как показано на фиг. 11, причем поршневые узлы выполнены одинаковыми для обеих плат 67 и 79, причем каждый из них содержит четыре поршня 70, расположенных через равные промежутки по концам радиальных рычагов 80, при этом поршни одной группы чередуются с поршнями другой группы в замкнутом кольце цилиндров 75. Каждый поршень имеет головку 81, уплотняющую его рабочий конец, которая приспособлена подвергаться действию горящих газов на этапе зажигания.
Торцевая плата 51 ("указанная верхняя плата"), со стороны которой происходит засасывание и выхлоп, обеспечивает установочную опору для наружных деталей, показанных на фиг. 12, в ней также по кругу расположены отверстия или каналы 82 цилиндров (см. фиг. 11 и др. фиг.); на ней установлены противоположно расположенные свечи 83 зажигания с проводами, идущими к катушкам, как показано, инжекторы 84 топлива, выхлопные выходы и трубы 85, трубка 86 подачи охладителя ко входу 87 выходного вала 55, и выход и трубка 88 для охладителя; здесь также видно устройство 89 для электронного зажигания и вакуумный шланг 90, идущий к инжектору 84 топлива через PCV клапан (принудительная вентиляция картера двигателя). На фиг. 28 показаны впускное и выхлопное отверстия 91 и 92 торцевой платы 51, в то время как на фиг. 27 показаны твердая уплотнительная обкладка 93 и углубленный участок 94 для сборника 45 охладителя, удерживаемого смежно со способным вращаться блоком 77 двигателя и имеющего отверстия для приема использованного охладителя через каналы 95, сообщающиеся с камерами 96 для циркуляции охладителя вокруг цилиндрических втулок 76, причем охладитель подается к указанным камерам 96 через радиальные каналы 97 через блок 77 двигателя из полой концевой части 56 выходного вала 55. Для предотвращения попадания охладителя в отверстия 82 цилиндров предусмотрены масляные уплотнения 98 и 99.
Указанная торцевая плата 51 имеет предусмотренное с резьбой центральное отверстие 100, в которое вворачивается втулка 101 регулирования зазора блока, включающая упорный подшипник для выходного вала 55, крепежный фланец 57 которого прикреплен штифтами 103 к блоку 77 двигателя. Для того чтобы закрыть масляное уплотнение 105 и стопорную гайку 106, окружающие выходной вал 55, на регулировочную втулку 101 навинчивается сверху колпачковый элемент 104.
Способ, посредством которого поддерживаются уплотненными отверстия 82 цилиндров, по мере вращения блока двигателя, будет ясен из фиг. 24 и 25, на которых в увеличенном масштабе показаны детали из фиг. 11. Как видно на фиг. 24, 25, каждое отверстие 82, ведущее к цилиндру 75, имеет кольцевое уплотнение 107, предусмотренное с плоскими гранями 108 для предотвращения вращения, с углублением 109 и верхней уплотнительной поверхностью 110, контактирующей с фиксированной поверхностью 111 верхней платы 51. Край отверстия 82 выполнен углубленным настолько, чтобы О-образиое кольцо 112 типа VITON поджималось внутренним фланцем уплотнительного кольца 107 таким образом, чтобы давление на углубленную поверхность 109 уравнивалось такой же нижней поверхностью 113. Это уплотнение сконструировано так, чтобы на уплотнительную поверхность оказывалось минимальное давление, независимо от того, какое существует давление газа, благодаря чему увеличивается срок службы уплотнения при минимальном трении и нагреве.
На. фиг. 26 показан альтернативный уплотнительный узел, где способное наклоняться кольцо 114 удерживается в углублении 115, будучи способным двигаться вверх против угловой кромки, смежной с отверстием 82, причем упорное кольцо работает как уплотнение, предотвращающее утечку газов, и располагается под желаемым наклоном или углом для гарантирования его невозвратного положения. Другие аспекты уплотнительного кольца 116 в этом воплощении подобны описанным в отношении кольца 107 на фиг. 24 и 25.
Стопорные гаечные узлы, связанные с верхним колпачковым элементом 104, должны быть очень эффективными в обеспечении регулирования удовлетворяющих требованиям зазоров уплотнения, но, как ранее упоминалось, подпружиненные стержни 68 и пружины 46 не являются существенными для работы двигателя, будучи полезными для содействия пуску двигателя, поскольку они поджимают поршневую плату в направлении к кулачковой направляющей при первых рабочих тактах. Пружины могут быть также заменены, если требуется, гидравлическими или пневматическими средствами.
Описанные двигатели будут очень эффективными в достижении целей, ради которых было разработано изобретение. Предложенные двигатели могут также работать как двухтактные двигатели с соответствующей системой входных и выпускных отверстий с турбоэлементами или без них. Двигатель может также работать как двухтактный или четырехтактный дизельный двигатель или турбодвигатель и т. д. Путем перемещения кулачковой направляющей или вращающегося блока двигателя (роторный узел) ближе или дальше по отношению друг к другу может изменяться степень сжатия смеси при работе двигателя или его остановке, что нужно для достижения лучших экономических показателей и его мощности при частных различных нагрузках на протяжении времени его работы или при работе двигателя на других топливах, по желанию. Благодаря тому, что в настоящем случае отсутствует заданная схема стопорения двигателя, как в случае кривошипно-шатунного двигателя, можно менять рабочий объем двигателя при его работе или в остановленном состоянии с обеспечением очевидных преимуществ, связанных с экономичностью и мощностью двигателя. Двигатель не имеет деталей, требующих опоры для выдерживания давления масла, а так как нет необходимости в использовании давления, двигатель может распределять масло к его движущимся элементам благодаря переменным давлениям в нем и без помощи любых насосов или подвижных деталей.
Многие описанные конструктивные модификации проиллюстрировали, что воплощения изобретения показаны только на примере и могут быть пoдвергнуты многим дальнейшим изменениям, очевидным специалисту без отклонения от объекта и цели изобретения, определенного приложенной формулой изобретения.
Реферат
Изобретение относится к области машиностроения. Технический результат заключается в повышении эффективности за счет уменьшения веса и габаритов двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что роторный двигатель внутреннего сгорания содержит поршни, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения в соответствующих цилиндрах, расположенных через равные промежутки вокруг продольной оси вращения. Указанная ось является осью вращения выходного вала. С каждым поршнем связаны толкательные средства, приспособленные взаимодействовать с волнообразными кулачковыми направляющими средствами, расположенными внутри корпуса вокруг него, причем поршни скомпонованы в две группы, каждая из которых содержит, по меньшей мере, два поршня, при этом поршни каждой группы расположены по противоположным сторонам оси вращения роторного узла и выходного вала и взаимосвязаны между собой соединяющими поршни средствами таким образом, что поршни каждой группы движутся согласованно, а детали выполнены и расположены так, чтобы толкательные средства взаимодействовали с кулачковыми направляющими средствами с возможностью обеспечения движения одной из групп поршней в их соответствующих цилиндрах в направлении, противоположном направлению движения другой группы поршней. 15 з.п. ф-лы, 28 ил.
