РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01C7/00 

Изобретение относится к кинематическим схемам и конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Такие двигатели предназначены для оснащения различных преимущественно малогабаритных средств транспорта.

В одной из предпочтительных форм выполнения с отбором мощности на внешнюю нагрузку через один выходной вал предложенный роторный ДВС может быть использован главным образом для оснащения микро- и миниавтомобилей для поездок единичных пассажиров и перевозок малых (до 1 т) грузов в городских условиях (в частности, минитакси и минигрузовиков), для оснащения минитракторов или самоходных сельскохозяйственных орудий, предназначенных преимущественно для приусадебных участков и семейных фермерских хозяйств, и для оснащения малогабаритных судов (лодок).

В другой же предпочтительной форме выполнения -с отбором мощности на внешнюю нагрузку через два соосных выходных вала предложенный роторный ДВС может быть использован преимущественно для оснащения сверхлегких летательных аппаратов (например, моторных дельта- и конвертопланов для перевозки пассажиров и малогабаритных срочных грузов на короткие расстояния).

Хорошо заметная в последние годы тенденция к миниатюризации транспортных средств и соответственно к миниатюризации ДВС для их оснащения является одним из проявлений общего стремления мировой экономики к ресурсосбережению.

Естественным следствием миниатюризации являются экономия сырья и трудозатрат на изготовление и снижение издержек на эксплуатацию отдельных ДВС. Однако стремительное увеличение суммарного количества одновременно находящихся в эксплуатации ДВС приводит к тому, что общее потребление нефти и нефтепродуктов продолжает возрастать, а состояние окружающей природной среды (особенно в мегаполисах) продолжает ухудшаться.

Так происходит потому, что при уменьшении массы и габаритов ДВС некоторые "вечные" проблемы двигателестроения не только не снимаются, но и обостряются.

Из их числа особо следует отметить
проблему повышения КПД, тесно связанную с проблемой снижения удельного эффективного расхода горючего;
проблему снижения токсичности выхлопных газов, тесно связанную с проблемой снижения химического недожога горючего и
проблему надежности, связанную в существенной степени с проблемой балансировки двигателей.

Достаточно полный обзор конкретных конструктивных подходов к решению этих проблем занял бы слишком много места.

Поэтому целесообразно ограничиться изложением и анализом научно-технологических предпосылок наиболее эффективного решения указанных проблем с последующим переходом к конкретным аналогам предлагаемого роторного ДВС.

Хорошо известно, что в общем случае полный рабочий цикл большинства ДВС, работающих на произвольном (весьма редко пылевидном твердом, а предпочтительно жидком и-или газообразном) горючем, включает
приготовление топливной (рабочей) смеси из взятых в определенном соотношении горючего и окислителя (обычно воздуха);
сжатие этой смеси (может быть совмещено с ее приготовлением);
воспламенение и сгорание сжатой топливной смеси;
расширение продуктов сгорания (которое может начинаться и, как правило, начинается при сгорании) с преобразованием части тепловой энергии в механическую и ее использованием для совершения полезной работы и
выпуск (выхлоп) отработанных газов в атмосферу [1]
В реальных (преимущественно поршневых) ДВС применяют два основных способа приготовления топливных смесей:
внешнее смесеобразование с использованием карбюраторов при работе на жидком горючем или смесителей при работе на газообразном горючем, или карбюраторов-смесителей при работе на бинарном (жидком и газообразном) горючем и
внутреннее смесеобразование с впрыском порций горючего в сжатый и нагретый при сжатии воздух (см. там же).

Эти способы обычно применяют порознь, хотя не исключено и их комбинирование.

Эффективность работы ДВС обычно оценивают по таким критериям, как КПД, удельный эффективный расход горючего, удельная мощность, возможность использования существенно различающихся по качеству горючих и эксплутационная надежность. Общеизвестно, что конкретные значения этих показателей существенно зависят от того, как именно и какими именно средствами выполняются и при каких управляемых параметрах протекают указанные выше процессы.

В общеизвестных классических поршневых ДВС, которые наиболее распространены на автотранспорте, обычно используют внешнее (преимущественно в карбюраторных бензиновых или газобензиновых или газовых ДВС) и внутреннее (в дизельных и некоторых типах бензиновых ДВС) смесеобразование с принудительным регулированием коэффициента избытка окислителя, а рабочий цикл внутри цилиндров происходит в четыре такта
впуск топливной смеси (или по меньшей мере воздуха), который начинается при приближении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) и продолжается при движении поршня в сторону нижней мертвой точки (НМТ) и для которого характерна существенная зависимость массы топливного заряда (массы порции воздуха) от температуры топливной смеси или воздуха (эта масса при прочих равных условиях и независимо от того, используется или не используется наддув, оказывается тем больше, чем ниже температура любой из указанных сред)
сжатие, которое начинается при движении поршня к ВМТ и сопровождается нагревом топливной смеси (или воздуха) и которое заканчивается инициированием сгорания (электрической искрой или впрыском дозы горючего непосредственно внутрь головки цилиндра);
сгорание топлива и расширение продуктов сгорания ("рабочий такт"), которые происходят при движении поршня от ВМТ к НМТ и сопровождается преобразованием части теплоты в механическую энергию, и
выпуск (выхлоп) отработанных газов в атмосферу, который связан со значительным аэродинамическим шумом, требующим глушения.

Поршневые двигатели обычно весьма узко специализированы по виду потребляемого горючего. Их КПД редко (и незначительно) превышает 40% ибо большая часть теплоты продуктов сгорания уносится в атмосферу с выхлопными газами, теряется при охлаждении деталей цилиндро-поршневой группы и затрачивается на преодоление аэродинамического сопротивления выхлопного тракта. Потери энергии обычно тем более велики, чем чаще изменяется режим работы ДВС, что особенно характерно для автомобилей, ездящих по так называемому "городскому циклу". Соответственно при движении в старт-стопном режиме резко возрастает и удельный расход горючего.

Полнота сгорания горючего в поршневых ДВС существенно зависит от нагрузки на них. При росте нагрузки обычно увеличивают расход рабочей смеси, а при особо высокой нагрузке ее обогащают горючим. В первом случае в продуктах сгорания возрастает концентрация оксидной азота, а во втором, как правило, наблюдается химический недожог горючего. И то, и другое увеличивает токсичность выхлопных газов.

Надежность быстроходных (со средней скоростью поршней более 10 м/с) поршневых ДВС существенно зависит от высоких (порядка 1000^oC) термических нагрузок на поршни и гильзы цилиндров и знакопеременных механических нагрузок на основные звенья кинематической цепи. Для обеспечения надежности используют сложный комплекс технических мероприятий, который включает выбор жаропрочных материалов с длительной термической прочностью; сложные технологические процессы упрочняющей обработки трущихся деталей, экономически оправданные только в условиях крупносерийного и массового производства; изготовление наиболее нагруженных деталей с большим запасом прочности; систему послепродажного обслуживания со сжатыми сроками поставок запасных частей и ремонта.

Поэтому уже давно предпринимались поиски таких кинематических схем и конструкций ДВС, которые, как минимум, обеспечивали бы снижение механических и термических нагрузок на детали кинематической цели.

Одним из итогов таких поисков явилось создание Ф. Ванкелем в 1957 г. роторно-поршневого ДВС, в котором впуск топливной смеси, ее сжатие и сгорание, расширение продуктов сгорания с совершением полезной работы и выпуск отработавших газов происходят при сложном планетарном движении ротора, ограниченного в поперечном сечении тремя пересекающимися дугами окружности.

ДВС такого типа имеет закрытый с торцев крышками полый корпус и ротор-поршень, установленный на эксцентриковом валу в главной полости корпуса, которая ограничена в поперечном сечении двумя эпитрохоидами.

Корпус и крышки имеют полости для циркуляции жидкого хладагента. Кроме того, в стенках главной полости корпуса выполнены окна для подачи топливной смеси и выпуска отработавших газов.

Ротор-поршень связан с эксцентриковым валом планетарной зубчатой передачей с внутренним зацеплением, большое зубчатое колесо которой закреплено в средней части ротора, а шестерня посажена на шип эксцентрикового вала.

Для уменьшения перетекания газообразных сред между камерами, ограничиваемыми ротором-поршнем при вращении в главной полости корпуса, ротор-поршень снабжен тремя радиальными размещенными в пазах уплотнительными (ограниченными с рабочих торцев цилиндрическим поверхностями) пластинами, разделяющими полость корпуса на камеры, и пластинчатыми же тангенциально ориентированными торцовыми уплотнениям. Все эти уплотнительные элементы подпружинены экспандерами. Охлаждение ротора-поршня частично обеспечивается топливной смесью, а в основном маслом, подводимым в полость ротора-поршня по каналам в эксцентриковом валу из масляного радиатора.

Замена возвратно-поступательного движения поршней на вращательное движение ротора-поршня позволила исключить клапанный газораспределительный механизм и привела к существенной стабилизации крутящего момента на выходном валу.

Однако опыт практического использования таких двигателей показал, что несмотря на отмеченные достоинства добиться повышения надежности не удалось. Действительно, из-за контакта уплотнительных пластин со стенками главной полости корпуса по прямым линиям и, следовательно, из-за чрезмерных контактных термомеханических нагрузок и из-за трудно поддающихся компенсации термических деформаций корпуса происходит быстрый износ указанных уплотнительных элементов. По мере этого износа мощность и КПД описанного двигателя снижаются, а удельный расход горючего и токсичность выхлопных газов возрастают. При этом основной причиной повышения токсичности выхлопных газов (особенно по концентрации оксида углерода) является фиксация продуктов неполного сгорания горючего вблизи холодных стенок ротора и корпуса роторно-поршневого двигателя.

Указанные недостатки в существенной степени могут быть ослаблены в роторных ДВС с жидкостным уплотнительным кольцом.

Из их числа к предлагаемому по конструкции наиболее близок роторный ("коловратный") ДВС М.В. Максимова [2]
Это двигатель имеет полый в средней части корпус, оборудованный расположенными по разные стороны подшипниковыми узлами, один из которых размещен по оси симметрии полости корпуса, а другой эксцентрично относительно указанной оси, причем геометрические оси обоих подшипниковых узлов параллельны, и выхлопной улиткой для выпуска отработавших газов в атмосферу; барабан с кольцевой полостью, консольно подвешенный на валу, который установлен в осесимметричном с полостью корпуса подшипников узле; ротор в виде обечайки, имеющей радиальные кольцевые выступы (бурты, или, что то же самое, гребни) на торцах, радиальные выступы в виде лопаток, расположенных между указанными торцевыми выступами, и перфорированные межлопаточные промежутки (этот ротор консольно подвешен на валу, который установлен во втором из выше указанных подшипниковых узлов, и эксцентрично размещен в полости барабана); неподвижный золотник, установленный внутри обечайки ротора по скользящей посадке и имеющий углубление, которое служит камерой сгорания и потому сообщается с трактами подачи воздуха и горючего и оборудовано форсункой и электрозапалом.

Пространство между стенкой полости барабана и несущей радиальные лопатки обечайкой ротора сообщается с резервуаром для уплотнительно-компрессионной жидкости. Рабочий объем (толщину кольца) этой жидкости в барабане задают из условия частичного перекрытия указанных радиальных лопаток в большей части зазора между обечайкой ротора и указанной стенкой полости барабана.

Из описания работы рассматриваемого роторного ДВС ясно, что он может быть оборудован следующими произвольными системами: приготовления рабочей (топливной) смеси; охлаждения; смазки трущихся частей и съема крутящего момента с (вала) ротора.

Вследствие эксцентричного расположения валов барабана, в котором при вращении формируется жидкостное кольцо, и ротора радиальные лопатки при их заглублении в уплотнительно-компрессионную жидкость сжимают находящийся между ними воздух. Когда каждая очередная межлопаточная ячейка ротора при его проворачивании достигнет камеры сгорания в неподвижном золотнике, в нее через перфорационную межлопаточную щель вытесняется сжатый воздух, который нагревается от сжигания топлива. Затем рабочее тело в виде газообразных продуктов сгорания снова попадает в межлопаточные ячейки, где расширяется в ходе дальнейшего проворачивания ротора, совершая полезную работу. Отработавшие газы через выхлопную улитку корпуса выходят в атмосферу.

Кольцо из уплотнительно-компрессионной жидкости является идеальным неизнашиваемым уплотнением. Однако задача повышения надежности в роторном ДВС решается лишь частично, ибо в выполненный по скользящей посадке стык между ротором и неподвижным золотником из камеры сгорания в не прикрытые жидкостным кольцом боковые части полости барабана могут просачиваться продукты сгорания, имеющие высокое давление и температуру. Это просачивание будет тем более интенсивным, чем больше будет износ трущихся поверхностей ротора и неподвижного золотника, что будет снижать КПД известного роторного ДВС и увеличивать удельный эффективный расход горючего.

Кроме того, термодинамический цикл известного роторного ДВС весьма несовершенен, ибо нагрев рабочего тела в нем происходит при постоянном давлении (подобно газотурбинным двигателя), а выхлоп при значительном избыточном давлении из-за сжатия и расширения газа в одной и той же полости (как у поршневых ДВС). Эти обстоятельства обуславливают его низкую экономичность.

И наконец внешняя скоростная характеристика известного роторного ДВС исключительно неблагоприятна, ибо крутящий момент на выходном валу непосредственно связан с "жесткостью" жидкостного кольца, которая зависит от величины центробежного ускорения и связана с частотой вращения выходного вала квадратичной зависимостью. Практически это означает, что такой двигатель не сможет устойчиво работать даже с линейной нагрузкой: он будет или разгоняться, или глохнуть.

Поэтому в основу изобретения положена задача путем усовершенствования кинематической схемы, газодинамического тракта и формы выполнения ротора и других основных частей создать такой роторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным уплотнительным кольцом, который исключал бы механический фрикционный износ ротора в узлах уплотнения газодинамического тракта, допускал бы раздельное проведение процессов сжатия топливной смеси, ее сгорание и расширения продуктов сгорания и обеспечивал бы высокую "жесткость" жидкостного кольца в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок двигателя и который вследствие достижения указанных взаимосвязанных технических эффектов имел бы более высокие эксплуатационную надежность, КПД, меньший удельный эффективный расход горючего и мог бы устойчиво работать в широком диапазоне колебаний нагрузки.

Поставленная задача решена тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, имеющем полый в средней части корпус, барабан с кольцевой полостью для размещения уплотнительного жидкостного кольца, осесимметрично установленный на валу внутри корпуса, полый ротор с радиальными выступами на торцах и лопатками в промежутке между указанными выступами, эксцентрично установленный на валу в полости барабана, по меньшей мере одну камеру сгорания и системы питания топливной смесью, охлаждения, смазки трущихся частей и отбора мощности, барабан и ротор кинематически связаны и установлены в корпусе на общем коленчатом валу, который совместно с барабаном кинематически подключен к общей для них системе отбора мощности, при этом в торцевых стенках барабана выполнены окна, из которых первое окно сообщает с атмосферой кольцеобразный зазор между стенкой ротора и коленом коленчатого вала, являющийся частью воздушного тракта системы охлаждения, а второе окно снабжено кольцевой перегородкой, отделяющей воздушный тракт системы охлаждения от тракта подачи топливной смеси или воздуха на приготовление топливной смеси с одной стороны и тракта подачи жидкости для формирования и поддержания уплотнительного жидкостного кольца с другой стороны, ротор с торца, обращенного к первому окну, имеет радиальный выступ в виде сплошного кольцевого гребня постоянного диаметра, а с противоположного торца имеет торцевые радиальные выступы в виде по меньшей мере двух дискретных гребней переменной высоты и секционирован по длине промежуточным кольцевым радиальным гребнем постоянного диаметра на относительно короткую сообщающуюся с системой питания компрессорную зону и более протяженную сообщающуюся с выхлопным трактом расширительную зону, причем в каждой из указанных зон на роторе размещены по меньшей мере по две радиальные лопатки, а в теле ротора выполнены по меньшей мере два перепускных канала, соединяющих указанные зоны и служащих камерами сгорания.

Выполнение камер сгорания непосредственно в теле ротора, ставшее возможным вследствие изменения кинематической схемы ДВС и структуры его газодинамического тракта так, как это описано выше, приводит к тому, что ротор во время работы ДВС находится во фрикционном взаимодействии только с жидкостью в уплотнительном кольце и газовыми потоками. Разделение процессов сжатия топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или воздуха (при внутреннем смесеобразовании с впрыском жидкого горючего в сжатый воздух), сгорания топливной смеси расширения продуктов сгорания с выхлопом приводит к тому, что термодинамический цикл предложенного ДВС весьма близок к аналогичным циклам поршневых ДВС. Отбор мощности на внешнюю нагрузку одновременно от барабана и коленчатого вала способствует стабилизации "жесткости" жидкостного уплотнительного кольца при колебаниях нагрузки. Тем самым создаются необходимые условия для существенного повышения эксплуатационной надежности роторного ДВС, повышения его КПД и устойчивости работы в широком диапазоне колебаний нагрузки и снижения удельного эффективного расхода горючего.

Первое дополнительное отличие заключается в том, что на выходах из компрессорной зоны в служащие камерами сгорания перепускные каналы установлены впускные клапаны. Тем самым практически исключается частичное вытеснение продуктов сгорания в компрессорную зону.

Второе дополнительное отличие заключается в том, что система отбора мощности выполнена на основе дифференциального механизма с одним выходным валом, что наиболее приемлемо при использовании предложенного роторного ДВС для оснащения наземных и надводных транспортных средств.

Третье дополнительное отличие заключается в том, что дифференциальный механизм имеет ведущий конический зубчатый венец, жестко связанный с одной из торцевых стенок барабана, ведомое коническое зубчатое колесо, жестко связанное с выходным валом, ведущую крестовину, жестко связанную с одним из шипов коленчатого вала, и конические сателлитные шестерни, посаженные на пальцы указанной крестовины и сцепленные с ведущим коническим зубчатым венцом барабана и с ведомым коническим зубчатым колесом на выходном валу. Тем самым достигается наиболее простая увязка основных частей предложенного ДВС в единую кинематическую цепь.

Четвертое дополнительное отличие заключается в том, что на каждом из пальцев дифференциального механизма отбора мощности установлены пары жестко связанных между собой конических сателлитных шестерен, при этом в каждой паре одна из таких шестерен сцеплена с ведущим коническим зубчатым венцом барабана, а вторая с ведомым коническим зубчатым колесом на выходном валу. Указанная особенность выполнения дифференциального механизма позволяет подбором передаточных отношений оптимизировать соотношение угловых скоростей барабана, полого ротора, коленчатого вала и выходного вала.

Пятое дополнительное отличие заключается в том, что дифференциальный механизм отбора мощности снабжен мультипликатором крутящего момента с тормозной электромагнитной муфтой, которые установлены совместно в общем жестко связанном с корпусом картере, по меньшей мере нижняя часть которого выполнена из ферромагнитного материала, при этом указанный мультипликатор имеет ведущее жестко связанное с пальцами ведущей крестовины дифференциального механизма и ведомое жестко связанное с ведомым коническим зубчатым колесом дифференциального механизма планетарные зубчатые колеса, сцепленные с сателлитными шестернями, которые установлены на осях, а указанная тормозная муфта имеет жестко связанный с осями сателлитных шестерен мультипликатора первый ферромагнитный тормозной диск, который установлен по скользящей посадке на выходном валу, второй ферромагнитный тормозной диск, который зафиксирован от проворота относительно выходного вала и установлен под картером с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль этого вала, первую и вторую тормозные электромагнитные обмотки, подключенные к источнику электропитания. Тем самым путем управления тормозной муфтой дополнительно обеспечивается возможность увеличения крутящего момента выходного вала при его малых угловых скоростях, включая нулевую.

Шестое дополнительное отличие заключается в том, что дифференциальный механизм имеет ведущий цилиндрический зубчатый венец, жестко связанный с одной из торцевых стенок барабана; водило, имеющее крестовину, жестко связанную с коленчатым валом, и по меньшей мере две оси, жестко связанные с одной стороны с пальцами крестовины, а с другой с тормозным диском; два ведомых планетарных цилиндрических зубчатых колеса разного диаметра, кинематически связанных с выходным валом через встречно включенные обгонные муфты; по меньшей мере два блока сателлитных шестерен, которые посажены с возможностью вращения на указанные оси водила и содержат каждый одну крайнюю шестерню, сцепленную с тормозным диском, одну промежуточную шестерню, сцепленную с одной стороны с указанным ведущим цилиндрическим зубчатым венцом барабана, а с другой с ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом большего диаметра, и вторую крайнюю шестерню, сцепленную с ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом меньшего диаметра; и независимые приводы тормозов, установленные с возможностью взаимодействия с указанными тормозными дисками и с указанным ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом большего диаметра.

Такая форма выполнения дифференциального механизма отбора мощности наиболее предпочтительна в случаях, когда ДВС должен быть реверсируемым без использования дополнительных приспособлений для изменения направления вращения выходного вала.

Седьмое дополнительное отличие заключается в том, что система отбора мощности выполнена с двумя соосными выходными валами, один из которых кинематически связан с коленчатым валом, а второй -с полым барабаном. Тем самым обеспечивается возможность независимой передачи крутящего момента на два предпочтительно соосных же движителя типа воздушных винтов сверхлегкого вертолета или конвертоплана.

Восьмое дополнительное отличие заключается в том, что он снабжен баком для хранения запаса жидкости, используемой для формирования и поддержания уплотнительного жидкостного кольца, причем указанный бак сообщается с полостью барабана трубопроводом. Тем самым обеспечивается относительная независимость двигателя от внешних источников указанной жидкости.

Девятое дополнительное отличие заключается в том, что барабан снабжен аксиальным выступом с кольцевыми полостями, из которых одна заливочная -подключена к основной полости барабана байпасным трубопроводом, а вторая - гидроразгрузочная непосредственно сообщается с той же полостью барабана, и трубопровод для подачи жидкости из бака на выходе снабжен двумя соплами, из которых одно нагнетательное открыто в заливочную кольцевую полость, а второе подпорное открыто в гидроразгрузочную полость в указанном выступе. Тем самым обеспечивается автоматическое поддержание уровня жидкости в уплотнительном жидкостном кольце на всех режимах работы ДВС.

Десятое дополнительное отличие заключается в том, что воздушная часть полости указанного бака подключена воздушным патрубком к компрессору. Тем самым обеспечиваются интенсивное заполнение основной полости барабана жидкостью и ускорение формирования жидкостного кольца при запуске двигателя.

Одиннадцатое дополнительное отличие заключается в том, что двигатель в каждом служащем камерой сгорания перепускном канале между компрессорной и расширительной зонами снабжен автономным приспособлением для зажигания топливной смеси. Тем самым обеспечивается независимость зажигания от внешних источников энергии.

Двенадцатое дополнительное отличие заключается в том, что автономное приспособление для зажигания топливной смеси выполнено в виде расположенной вблизи впускного клапана нормально закрытой при вращении ротора преимущественно сферическим золотником форкамеры. Такая форма выполнения указанного приспособления предпочтительна при внешнем смесеобразования и воспламенении топливной смеси от сжатия.

Тринадцатое дополнительное отличие заключается в том, что автономное приспособление для зажигания топливной смеси выполнено в виде пьезоэлектрического устройства искрового зажигания, которое имеет свечу, по меньшей мере электродная часть которой расположена в перепускном канале, пьезогенератор, электрически связанный с указанной свечой, и механический привод пьезогенератора. Такая форма выполнения указанного приспособления предпочтительна при внешнем смесеобразовании.

Четырнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что система охлаждения выполнена двухконтурной, при этом первый контур, предназначенный для охлаждения коленчатого вала, подшипников ротора и механизма отбора мощности выполнен замкнутым, а второй контур, предназначенный для охлаждения барабана, выполнен разомкнутым. Тем самым создаются предпосылки для наиболее эффективного охлаждения теплонапряженных деталей предложенного роторного ДВС.

Пятнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что замкнутый контур охлаждения содержит побудитель движения хладагента (воздуха с частицами масла) в виде крыльчатки, которая закреплена на аксиальном выступе барабана; улитку, всасывающее окно которой открыто в полость картера механизма отбора мощности; радиатор, на вход которого подключен нагнетательный тангенциальный патрубок указанной улитки; байпасный трубопровод, подключенный на выход указанного радиатора и на вход в зону расположения коленчатого вала, и кольцевой замыкающий канал между коленом коленчатого вала и внутренней дополнительной стенкой ротора. Тем самым обеспечивается сочетание охлаждения и смазки теплонапряженных подшипников коленчатого вала.

Шестнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что коленчатый вал выполнен полым и одним концом обращен к выходу из байпасного трубопровода, а вторым в полость картера, а в стенке его колена в зонах минимума напряжений изгиба выполнены выпускные и всасывающие окна, сообщающиеся с указанным кольцевым замыкающим каналом. Тем самым обеспечивается наиболее эффективное охлаждение коленчатого вала.

Семнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что разомкнутый контур охлаждения содержит побудители движения хладагента (атмосферного воздуха) в виде преимущественно многолопастных крыльчаток, которые закреплены на торцевых стенках барабана; открытый с торцев кожух, укрепленный в корпусе и охватывающий барабан, и кольцевой сборный выхлопной коллектор с по меньшей мере одним выхлопным патрубком. Тем самым обеспечивается наилучший теплоотвод от поверхности барабана.

Восемнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что роторный двигатель снабжен системой порционного впрыска жидкого горючего в служащие камерами сгорания перепускные каналы в роторе, при этом указанная система имеет топливопровод, проходящий сквозь один из шипов коленчатого вала; кольцевую распределительную камеру, выполненную в теле ротора, охватывающую указанный шип и сообщающуюся с указанным топливопроводом; встроенные топливные насосы, которые гидравлически подключены к указанной камере, количество которых равно количеству перепускных каналов в роторе и каждый из которых снабжен на выходе распылителем. Тем самым обеспечивается непосредственная подача жидкого горючего в камере сгорания при внутреннем смесеобразовании.

Девятнадцатое дополнительное отличие заключается в том, что каждый встроенный насос имеет коленчатый топливопровод, состоящий из питающего "центробежного" и нагнетательного "центростремительного" колен, соединенных перфорированной чашкой, полость которой сообщается с кольцевой полостью барабана, и встречно включенные обратные клапаны, из которых первый расположен перед выходом в указанную перфорированную чашку из питающего колена, а второй во входной части нагнетательного колена. Тем самым обеспечивается наиболее простое дозирование жидкого горючего при впрыске в камеры сгорания.

На фиг. 1 показана кинематическая схема предложенного роторного ДВС; на фиг. 2 предложенный роторный ДВС, продольный разрез; на фиг.3 частичная развертка на плоскость периферийной части полого ротора с гребнями; на фиг.4 - сечение IV-IV с фиг. 2, показывающее предпочтительный вариант формы выполнения полого барабана и взаиморасположения полого барабана и полого ротора; на фиг. 5 схема топливного насоса (в положении "подкачка горючего"); на фиг.6 схема топливного насоса (в положении "впрыск горючего в перепускной канал", служащий камерой сгорания); на фиг.7 предпочтительный вариант выполнения указанного устройства зажигания топливной смеси от сжатия с независимой от впускного клапана форкамерой сжатия и самовоспламенения запальной дозы топливной смеси; на фиг.8 схема автономного пьезоэлектрического устройства зажигания топливной смеси; на фиг.9 схема охлаждения предложенного роторного ДВС; на фиг. 10 схема газодинамических сил, действующих в компрессорной и расширительной зонах на лопатки; на фиг.11 эпюры газодинамических сил, действующих на поверхность ротора; на фиг.12 схема моментов и скоростей дифференциального механизма роторного ДВС (в аксонометрической проекции); на фиг. 13 схема сил, действующих в мультипликаторе крутящего момента (кабинетная проекция); на фиг. 14 схема мгновенных скоростей мультипликатора крутящего момента (кабинетная проекция); на фиг.15 индикаторная диаграмма циклов работы предложенного роторного ДВС; на фиг.16 кинематическая схема механизма отбора мощности в предложенном роторном ДВС с использованием планетарного дифференциального механизма отбора мощности, включающего только цилиндрические зубчатые колеса; на фиг.17 схема мгновенных линейных скоростей звеньев полностью расторможенного планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг. 16, при отборе мощности в нормальном режиме; на фиг.18 схема мгновенных линейных скоростей звеньев планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг.16, при работе в режиме мультипликации крутящего момента; на фиг.19 схема мгновенных линейных скоростей звеньев планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг.16, при работе в режиме "ускорения"; на фиг.20 схема мгновенных линейных скоростей звеньев планетарного дифференциального механизма, показанного на фиг.16, при работе в режиме реверса.

Предложенный ДВС может быть изготовлен как одно-, так и многосекционным, состоящим из нескольких кинематически взаимосвязанных однотипных блоков. Далее для упрощения он описан в односекционном варианте, который в подготовленном к запуску виде в наиболее предпочтительном исполнении имеет следующие основные части (см. фиг.1): полый корпус 1, полый барабан 2, полый ротор 3, коленчатый вал 4, механизм 5 отбора мощности, показанный далее в предпочтительном варианте в виде дифференциального механизма с подробно описанным далее мультипликатором 6 крутящего момента, снабженным тормозной (преимущественно электромагнитной) муфтой, выходной вал 7, уплотнительно-компрессионную жидкость, приобретающую во время работы ДВС вид жидкостного кольца 8, и стартер 9.

Барабан 2, не обозначенные особо шипы коленчатого вала 4 и механизм 5 отбора мощности, мультипликатор 6 с тормозной муфтой и выходной вал 7 размещены в корпусе 1 роторного ДВС соосно. Ротор 3 установлен на не обозначенном особо колене коленчатого вала 4 эксцентрично относительно барабана 2 (и корпуса 1).

Подшипники, обеспечивающие вращение барабана 2, ротора 3, коленчатого вала 4 и выходного вала 7, для упрощения также особо не обозначены номерами. Однако они хорошо видны на кинематической схеме на фиг.1, а предпочтительные формы их выполнения в виде подшипников качения или подшипников скольжения видны на фиг.2.

Стрелками на кинематической схеме (фиг.1) показаны направления материальных потоков горючего, окислителя (воздуха) и продуктов сгорания (в том числе в виде смеси отработавших газов и охлаждающего воздуха на выхлопе).

Употребляемые далее при характеристике взаиморасположения отдельных частей термины "верхний" и "нижний" (и иные выделенные кавычками термины типа "по высоте" и "слева", "справа" и т.п.) имеют условный характер и указывают лишь на то, где показаны упоминаемые части на фиг.1,2 и т.д. Естественно, что при установке предложенного ДВС на произвольном техническом объекте и в процессе эксплуатации такого объекта реальное пространственное положение частей может быть иным.

Более ясно одна из возможных форм выполнения указанных частей показана на фиг.2.

Так, корпус 1, в частности, выполнен в виде "верхней" и "нижней" торцевых плит 10 и 11, жестко связанных по меньшей мере одной (не показанной здесь для упрощения) перемычкой.

Полный барабан 2 установлен в подшипниках, обоймы которых закреплены относительно торцевых плит 10 и 11 корпуса 1. Этот барабан 2 имеет не обозначенную особо ступенчатую "по высоте" кольцевую полость для размещения жидкостного кольца 8, ограниченную боковой 12 и торцевыми ("верхней" и "нижней") стенками 13 (эта полость сообщается с источником уплотнительно-компрессионной жидкости с использованием указанных ниже средств), окна 14, выполненные в торцевых стенках 13, радиальные ребра 15, расположенные в проемах окон 14, кольцевую промежуточную перегородку-сепаратор 16, жестко связанную с ребрами 15 в "верхнем" окне 14, периферийные просветы которого предназначены для впуска в кольцевой зазор между барабаном 2 и ротором 3 топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или воздуха (при внутреннем смесеобразовании) в положении "справа" по чертежу и для подачи уплотнительно-компрессионной жидкости в положении "слева" по чертежу ("внутренние" же просветы "верхнего" окна и "нижнее" окно 14 в целом предназначены для продувки центральной полости ротора 3 охлаждающим воздухом), "верхний" торцевой конический зубчатый венец 17 для подключения при запуске к стартеру 9 (такое подключение для запуска не является единственно возможным), "нижний" торцевой (преимущественно конический) зубчатый венец 18 для съема крутящего момента с барабана 2 после запуска ДВС (в частности дифференциальный механизм 5 отбора мощности), цилиндрический зубчатый венец 19 для внутреннего зацепления с указанным далее аналогичным венцом ротора 3, аксиальный выступ 20 в "верхней" торцевой стенке 13 с двумя не обозначенными особо кольцевыми полостями, одна из которых (гидроразгрузочная) непосредственно сообщается с основной полостью барабана 2, а вторая (заливочная) сообщается "справа" с той же основной полостью барабана 2 хорошо заметным на фиг.2, но не обозначенным особо байпасным патрубком, расположенные в средней части барабана 2 преимущественно радиально ориентированные выхлопные патрубки 21.

Для исключения подсоса воздуха верхний торец барабана 2 на скользящей посадке прилегает к "верхней" торцевой плите 10 корпуса 1.

Полый ротор 3 установлен с возможностью вращения на колене коленчатого вала 4 на не обозначенных особо подшипниках. Этот ротор 3 имеет "верхние" торцевые дискретные радиальные выступы (гребни) 22 переменной высоты, количество которых равно количеству упоминаемых и обозначаемых далее лопаток (внешние контуры гребней 22 ограничены дугами спиралевидных кривых, поэтому при работающем ДВС они периодически заглубляются в жидкостное кольцо 8 в положениях, соответствующих минимальному зазору между ротором 3 и барабаном 2 и "вблизи" этого минимума, и располагаются с зазором относительно этого жидкостного кольца 8 в противоположных положениях); "нижний" торцевой радиальный кольцевой выступ (гребень) 23 постоянного диаметра, который при работающем двигателе при любом положении ротора 3 относительно барабана 2 заглублен в жидкостное кольцо 8; по меньшей мере один промежуточный радиальный кольцевой разделительно-уплотнительный выступ (гребень) 24 постоянного диаметра, имеющий высоту, примерно равную высоте "нижнего" торцевого гребня 23, и разделяющий пространство между торцевыми дискретными гребнями 22 и указанным гребнем 23 на две сообщающиеся между собой через служащие камерами сгорания перепускные каналы 25 зоны, а именно
компрессорную зону (для впуска и сжатия топливной смеси или ее компонентов), в которой на равных угловых расстояниях одна от другой расположены по меньшей мере две, а как правило четыре преимущественно радиально ориентированные лопатки 26, предназначенные для формирования камер сжатия при вращении ротора и
расширительную зону (для отбора кинетической энергии от продуктов сгорания и выхлопа отработавших газов), в которой также на равных угловых расстояниях одна от другой преимущественно радиально ориентированные лопатки 27, существенно более широкие, чем лопатки 26, и предназначенные для восприятия рабочего крутящего момента и вытеснения отработавших газов в выхлопных тракт при вращении ротора 3;
цилиндрический зубчатый венец 28, введенные во внутреннее зацепление с указанным выше цилиндрическим зубчатым венцом 19 для вращения барабана 2 как при запуске ДВС, так и во время его работы на холостом ходу и под нагрузкой.

Весьма предпочтительно, чтобы не обозначенные особо отверстия в стенке ротора 3, открывающие вход топливной смеси в перепускные каналы (камеры сгорания) 25, были оборудованы указываемыми и обозначаемыми далее впускными клапанами.

Предпочтительно, чтобы указанные выше лопатки 26 и 27, как это показано далее на фиг.3, были частично отогнуты соответственно по направлению и против направления вращения ротора 3 и потому не перекрывали всю ширину упомянутых зон и образовывали "карманы", примыкающие к рабочим объемам соответственно компрессорной и расширительной зон.

Коленчатый вал 4 установлен в подшипниках, зафиксированных относительно торцевых стенок барабана 2. Целесообразно, чтобы этот вал 4 был выполнен полым, хотя допустимо, чтобы полыми были выполнены только шипы. Этот коленчатый вал 4 имеет "верхний" и "нижний" балансирные противовесы 29, один из которых ("верхний") введен в скользящий контакт с указанной кольцевой перегородкой-сепаратором 16 "верхнего" окна 14 и совместно с этой перегородкой 16 служит разделителем газовых потоков в центральной полости ротора 3, пропуская "справа" топливную смесь или воздух для ее приготовления, а "слева" охлаждающий атмосферный воздух; разделитель (сепаратор) 30, который состоит из не обозначенных особо ступенчатой в продольном сечении обоймы, козырька и соединяющих обойму и козырек радиальных ребер и который обоймой жестко связан с "верхним" шипом вала 4 (на фиг.2 видно, что козырек сепаратора 30 и противовес 29 введены в скользящий контакт с кольцевой перегородкой 16 в окне 14 "верхней" торцевой стенки 13 полого барабана 2; крестовину 31, жестко закрепленную на "нижнем" шипе коленчатого вала 4, предназначенную для его подключения к дифференциальному механизму 5 отбора мощности и являющуюся одним из кинематических звеньев этого механизма 5.

Дифференциальный механизм 5 отбора мощности, который показан в предпочтительном варианте выполнения в сочетании с мультипликатором 6 крутящего момента, имеющим тормозную электромагнитную муфту, размещен в картере 32. Этот картер 32 жестко связан с "нижней" плитой корпуса 1 и при наличии электромагнитной тормозной муфты должен быть изготовлен из ферромагнитного материала по меньшей мере в своей донной (т.е. "нижней") части.

Внутри картера 32 указанный механизм 5, как минимум, имеет следующие кинематические звенья:
первое ведущее звено в виде "нижнего" торцевого конического зубчатого венца 18 барабана 2;
второе ведущее звено в виде крестовины 31;
первое ведомое звено в виде преимущественно конического зубчатого колеса 33, жестко связанного с выходным валом 7;
конические сателлитные шестерни 34, которые посажены с возможностью вращения на пальцы крестовины 31 и сцеплены с указанными венцом 18 и ведомым зубчатым колесом 33.

Для оптимизации соотношения угловых скоростей барабана 2, полого ротора 3 и коленчатого вала 4 подбором передаточных отношений предпочтительно, чтобы каждая коническая сателлитная шестерня 34 состояла из двух жестко связанных частей-шестерен, в частности была выполнена цельной с двумя последовательно расположенными коническими зубчатыми венцами, из которых в каждой паре одна шестерня (или цельная шестерня одним венцом) была бы сцеплена с указанным венцом 18 барабана 2, а вторая шестерня (или цельная шестерня вторым венцом) была бы сцеплена с указанным зубчатым колесом 33 на выходном валу 7.

Еще более предпочтительно, чтобы для увеличения крутящего момента выходного вала 7 при его малых угловых скоростях, включая нулевую, в состав дифференциального механизма 5 отбора мощности был включен мультипликатор 6, имеющий ведущее (преимущественно цилиндрическое) планетарное зубчатое колесо 35, жестко связанное с пальцами крестовины 31; ведомое (также преимущественно цилиндрическое) планетарное зубчатое колесо 36, жестко связанное с коническим зубчатым колесом 33 на выходном валу 7; сателлитные шестерни 37, которые установлены на осях 38, упомянутую тормозную муфту, которая имеет жестко связанный с указанными осями 38 первый ферромагнитный тормозной диск 38, установленный по скользящей посадке на выходном валу 7 с возможностями вращения и возвратно-поступательного перемещения; второй ферромагнитный тормозной диск 40, который зафиксирован от проворота относительно выходного вала 7 и установлен под картером 32 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль этого вала 7; первую 41 и вторую 42 тормозные электромагнитные обмотки, подключенные к не показанному произвольному источнику электропитания (например, аккумулятору или электрогенератору) через также не показанный для упрощения любой пригодный известный переключатель.

Особо следует отметить одну из предпочтительных форм выполнения полого барабана 2 и полого ротора 3, показанную на фиг.4. Эта форма выполнения имеет целью уменьшить массу уплотнительно-компрессионной жидкости, необходимую для формирования жидкостного кольца 8, и соответственно снизить момент инерции барабана 2 и возникающие при его вращении нагрузки на опоры вращения и корпус 1 предложенного роторного ДВС.

Указанные желательные эффекты могут быть достигнуты приданием барабану 2 в компрессорной и расширительной зонах некруглой в поперечном сечении формы. В простейшем случае боковой стенке 12 барабана 2 в указанных зонах может быть придана форма полой призмы. В более сложном случае боковая стенка 12 может быть образована из дугообразных вогнутых в сторону ротора 3 (как правило оребренных снаружи для интенсификации воздушного охлаждения) пластин, как показано на фиг.4.

При этом количество граней (пластин) в боковой стенке 12 барабана 2, форма их поперечного сечения и размеры должны быть выбраны с учетом количества и высоты радиальных лопаток 26 и 27 полого ротора 3 и величины эксцентриситета, с которым ротор 3 установлен относительно барабана 2. Например, при использовании четырех лопаток 26 и 27 достаточно иметь пять пластин в составе боковой стенки 12 барабана 2.

Также следует отметить целесообразность введения в конструкцию ротора 3 в промежутки между лопатками 26 дополнительных (хорошо видных на фиг. 4, но особо не обозначенных) продольных ребер, высота которых существенно меньше высоты лопаток 26 и которые предназначены для отсечки части объема формируемых при вращении ротора 3 камер сжатия перед указанными и обозначенными далее впускными клапанами.

Источник уплотнительно-компрессионной жидкости в простейшем случае (преимущественно для стационарных роторных ДВС) может иметь вид канистры или аналогичного переносного сосуда, из которого через периферийную часть "верхнего" окна 14 указанная жидкость при запуске ДВС будет залита в полость барабана 2.

Однако предпочтительно, чтобы к корпусу 1, как это показано на фиг.2, был присоединен герметичный бак 43 для указанной жидкости, сообщающийся с полостью барабана 2 трубопроводом 44 с двумя ориентированными соответственно по направлению и против направления вращения расположенными "слева" соплами 45 и 46. При этом нагнетательное сопло 45 введено в заливочную (открытую в байпасный патрубок) кольцевую полость в аксиальном выступе 20 барабана 2, а подпорное сопло 46 введено в аксиальном выступе 20 барабана 2, а подпорное сопло 46 введено в кольцевую же гидроразгрузочную полость в том же аксиальном выступе 20 на "верхней" торцевой стенке 13 полого барабана 2.

Также предпочтительно, чтобы воздушная часть полости бака 43 была подключена воздушным патрубком 47 к воздушному компрессору 48, включаемому либо в общую кинематическую цепь стартера 9 (при запуске ДВС), либо в общую кинематическую цепь ДВС через "верхний" торцевой конической зубчатый венец 17 полого барабана 2 (при работающем двигателе).

В качестве уплотнительно-компрессионной жидкости могут быть использованы обладающие высокой плотностью (3,0 4,0 г/куб. см) водные растворы некоторых солей (например, бромида калия или натрия), либо синтетические термостойкие жидкие (в частности, кремнийорганические) олигомеры.

Предложенный роторный ДВС способен работать на разных горючих, включая бензин (в том числе низкооктановый), природный газ (метан) или сжиженный нефтяной газ ("пропан-бутан"), смесь бензина с любым из указанных газов, дизельное топливо в чистом виде и в смесях с любым из указанных газов. Соответственно предложенный ДВС может быть оснащен разными системами питания, включающими бак(и) для жидкого горючего и-или баллон(ы) для газообразного горючего, необходимые трубопроводы и средства приготовления топливной смеси.

Так, для работы в режиме внешнего смесеобразования он может быть оснащен любым подходящим карбюратором (или карбюратором-смесителем) 49, который целесообразно размещать "справа" над периферийной частью окна 14 в "верхней" торцевой стенке полого барабана 2.

При работе же в режиме внутреннего смесеобразования достаточно, чтобы указанная периферийная часть окна 14 в "верхней" торцевой стенке полого барабана 2 либо сообщалась с атмосферой, либо (при использовании наддува) была подключена к воздушному компрессору 48.

Разумеется, что принцип внутреннего смесеобразования может быть реализован при впрыске в сжатый и нагретый от сжатия в указанной выше компрессорной зоне воздух как порций дизельного топлива, так и порций бензина. В обоих случаях для порционной подачи жидкого горючего целесообразно использовать:
топливопровод 50, введенный соосно основным, кроме полого ротора 3, частям роторного ДВС в полый "верхний" щип коленчатого вала 4 и гидравлически подключенный к источнику жидкого горючего (например, к не показанному для упрощения топливному баку);
радиальный канал 51 в теле коленчатого вала 4, сообщающийся с указанным топливопроводом 50 и открывающийся в выполненную в теле полого ротора 3 кольцевую распределительную камеру 52, которая замкнута частично боковой поверхностью коленчатого вала, а частично боковой поверхностью стенки неподвижной относительно этого вала 4 обоймы сепаратора 30, и
встроенные топливные насосы, количество которых должно быть равно количеству перепускных каналов (камер сгорания) 25 в полом роторе 4 и каждый из которых снабжен на выходе распылителем (например, форсункой) 53.

Каждый такой насос (см. фиг. 5 и 6) имеет коленчатый топливопровод, состоящий из питающего "центробежного" 54 и нагнетательного "центростремительного" 55 колен, соединенных перфорированной чашкой 56, полость которой сообщается с кольцевой полостью барабана 2, где во время работы двигателя располагается жидкостное кольцо 8, и встречно включенные в тракт подачи жидкого горючего обратные клапаны, первый из которых расположен перед выходом в чашку 56 из питающего колена 54, а второй во входной части нагнетательного колена 55.

Каждый из указанных обратных клапанов имеет (см. фиг.5 и 6) седло 57, "плавающий" золотник 58 и упор-ограничитель 59 возвратно-поступательных перемещений золотника 58.

Независимо от того, какой именно принцип смесеобразования будет реализован в конкретном исполнении предложенного роторного ДВС, желательно, чтобы указанная выше компрессорная зона, в которой расположены лопатки 26, сообщалась с выполняющими роль камер сгорания перепускными каналами 25 через впускные клапаны 60 (см. фиг.2 и 4). Эти клапаны должны перекрывать путь в каналы 25 либо для топливной смеси при ее сжатии (при внешнем смесеобразовании), либо для воздуха при его сжатии (при внутреннем смесеобразовании); пропускать сжатую топливную смесь или сжатый воздух в каналы 25 под давлением жидкостного кольца 8 и отсекать объем каналов 25 от камер сжатия в процессе сгорания топливной смеси и вытеснения продуктов сгорания в расширительную зону.

Предпочтительно, чтобы эти клапаны относились к типу поплавковых, а более предпочтительно пластинчатых.

В случаях же, когда компрессорная зона будет постоянно сообщаться с полостями перепускных каналов (камер сгорания) 25 через отверстия, их проходные сечения должны быть выбраны из условия, обеспечивающего преимущественное истечение продуктов сгорания в расширительную зону и далее в выхлопной тракт.

Зажигание топливной смеси в предложенном роторном ДВС может быть обеспечено разными средствами в зависимости от типа используемого горючего и принципа смесеобразования.

В частности, для роторных ДВС, предназначенных для работы на бензине, природном или сжиженном нефтяном газе или их смесях при внешнем смесеобразовании, в перепускных каналах (камерах сгорания) 25 могут быть установлены обычные искровые или калильные свечи электрозажигания (не показаны). При этом калильные свечи предпочтительны, поскольку при их использовании не требуется принудительная синхронизация подачи напряжения на электроды с поступлением порций сжатой топливной смеси в полости указанных каналов 25.

Калильные свечи могут быть использованы и для облегчения запуска роторного ДВС, работающего на дизельном горючем в режиме внутреннего смесеобразования.

Однако в конкретных формах выполнения предложенного роторного ДВС, предназначенных преимущественно для оснащения сверхлегких летательных аппаратов, целесообразно использовать средства зажигания, показанные на фиг.7 и 8. Количество таких средств на каждом роторном ДВС должно быть равно количеству перепускных каналов (камер сгорания) 25.

При этом приспособление для воспламенения от сжатия, показанное на фиг. 7, и автономное пьезоэлектрическое устройство искрового зажигания топливной смеси, показанное на фиг.8, целесообразно применять при внешнем смесеобразовании и особенно при питании предложенного роторного ДВС смесями бензина с природным газом (метаном).

Каждое приспособление для воспламенения от сжатия (фиг.7) имеет нормально закрытую при вращении ротора 3 преимущественно сферическим золотником 61 форкамеру 62, предназначенную для отсечения запальной дозы топливной смеси при вращении ротора 3 и ее воспламенения от сжатия до открытия впускного клапана 60. Золотник 61 в таких форкамерах 62 должны быть расположены заметно дальше от геометрической оси роторного ДВС в сравнении с впускными клапанами 60.

Каждое автономное пьезоэлектрическое устройство искрового зажигания топливной смеси (фиг.8) имеет встроенную в перепускной канал (камеру сгорания) 25 свечу 63 с центральным особо не обозначенным электродом; пьезогенератор 64, электрически связанный со свечой 63 и электрически изолированный от ротора 3; механический привод пьезогенератора 64 в виде поворотного рычага 65 второго рода и снабженного возвратной пружиной 66 штока-толкателя 67, который пропущен сквозь отверстие в седле 68 воздушного клапана и зафиксирован в упругом золотнике 69 этого клапана, выполненном, в частности, в виде манжеты из силиконового каучука, и стакан 70, в торце которого, обращенном к ротору 3, установлены седло 68 и золотник 69 воздушного клапана и высота которого выбрана таким образом, чтобы при впуске топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или воздуха (при внутреннем смесеобразовании) он был открыт с торца, обращенного к барабану 2, а при сжатии топливной смеси или воздуха он погружался в жидкостное кольцо 8.

Для облегчения пробоя топливной смеси при разряде на массу ротора 3 желательно, чтобы электрод свечи 63 был изогнут в сторону стенки перепускного канала (камеры сгорания) 25.

Система охлаждения предложенного роторного ДВС (фиг.9) предпочтительно имеет два контура:
замкнутый, предназначенный для охлаждения коленчатого вала 4, подшипников ротора 3 и механизма 5 отбора мощности, и
разомкнутый, предназначенный для охлаждения барабана 2.

Замкнутый контур содержит побудитель движения хладагента (воздуха, насыщенного микрокаплями смазки) в виде крыльчатки 71, которая закреплена на "нижнем" (несущем конический зубчатый венец 18) аксиальном выступе барабана 2; улитку 72, центральное ("всасывающее") окно которой открыто в полость картера 32; радиатор 73, на вход которого подключен нагнетательный тангенциальный патрубок указанной улитки 72; байпасный воздухопровод 74, подключенный на выход указанного радиатора 73 и на вход в "верхний" шип полого коленчатого вала 4, в стенках которого в зонах минимума напряжений изгиба на "верхнем" и "нижнем" концах колена выполнены выпускные 75 и всасывающие 76 окна, и кольцевой (замыкающий описываемый контур охлаждения) канал между коленом коленчатого вала 4 и внутренней дополнительной стенкой 77 ротора 3.

Разомкнутый контур содержит побудители движения хладагента (атмосферного воздуха) в виде преимущественно многолопастных крыльчаток 78, которые закреплены на обеих торцевых стенках 13 барабана 2, кожух 79, укрепленный в корпусе 1 и охватывающий барабан 2 (по периметру полностью, а по торцам - частично), и кольцевой сборный выхлопной коллектор 80 с по меньшей мере одним (предпочтительно двумя) выхлопными трубами 81.

В этом разомкнутом контуре охлаждения каналами пропуска охлаждающего воздуха служат
полость между кожухом 79 и стенками барабана 2 (в направлениях от "верхнего" и "нижнего" воздухозаборных кольцевых проемов к полости указанного коллектора 80) и
кольцевая полость ротора 3 между его основной ограничивающей перепускные каналы (камеры сгорания) 25, не обозначенной особо стенкой и внутренней дополнительной стенкой 77. Эта полость сообщается с атмосферой через периферийную часть "верхнего" окна 14 в "верхней" же торцевой стенке 13 барабана 2 и с полостью выхлопного коллектора 80 через "нижнее" окно 14 в "нижней" же торцевой стенке барабана 2 и "нижний" кольцевой воздухозаборный проем между кожухом 79 и барабаном 2.

Система смазки роторного ДВС (фиг.2) имеет
масляный бак 82, сообщающийся с донной частью полости картера 32 сливным патрубком 83 через масляный фильтр 84, и
масляный насос 89, сообщающийся питающим маслопроводом 86 с масляным баком 82 и нагнетательным маслопроводом 87 с распылителем 88 масла в замкнутый контур воздушного охлаждения роторного ДВС (в частности, в полость "верхнего" шипа коленчатого вала 4).

Конструкция стартера 9 может быть произвольной. При этом целесообразно, чтобы он при запуске мог включаться в кинематическую цепь роторного ДВС через вал 89, общий для воздушного компрессора 48 и масляного насоса 85 и сцепленный не обозначенной особо конической шестерней с "верхним" торцевым коническим зубчатым венцом 17 барабана 2.

В описанных формах выполнения предложенный роторный ДВС не реверсируется без использования какого-либо подходящего произвольного по конструкции преобразователя направления вращения, сцепляемого при необходимости с выходным валом 7.

Однако возможна и иная, допускающая реверсирование форма выполнения механизма 5 отбора мощности на основе дифференциального механизма с использованием только цилиндрических зубчатых колес и трех преимущественно механических тормозов с независимым зависимыми приводами, как это показано на фиг.16.

При такой форме выполнения указанный механизм 5 отбора мощности имеет (фиг.16) цилиндрический зубчатый венец 90 в "нижней" части полого барабана 2 и водило, которое жестко связано с "нижним" шипом коленчатого вала 4 и состоит из крестовины 31, осей 91, жестко связанных с концами пальцев крестовины 31, и тормозного диска 92, жестко связанного с торцами осей 91; по меньшей мере два (предпочтительно три или четыре) блока из трех жестко связанных между собой сателлитных шестерен, посаженных с возможностью вращения на указанные оси 91; при этом каждый блок имеет две крайние (возможно, но необязательно одинакового диаметра) шестерни 93 и 94 и одну промежуточную шестерню 95; тормозной диск 96 с необозначенным особо зубчатым венцом, который сцеплен с крайними сателлитными шестернями 93 всех блоков сателлитных шестерен; два ведомых звена, в том числе внешнее (охватывающее) ведомое планетарное зубчатое колесо 97, сцепленное с промежуточными сателлитными шестернями 95, кинематически связанное с выходным валом 7 через первую обгонную муфту 98 и установленное с возможностью торможения, и внутреннее (охватываемое указанным колесом 97) ведомое планетарное зубчатое колесо 99, сцепленное с крайними сателлитными шестернями 94 и кинематически связанное с выходным валом 7 через вторую, включенную встречно первой обгонную муфту 100; и независимые и раздельно управляемые тормоза 101 (для взаимодействия с тормозным диском 92), 102 (для взаимодействия с тормозным диском 96) и 103 (для взаимодействия с внешним планетарным зубчатым колесом 97).

Для уменьшения потерь уплотнительно-компрессионной жидкости желательно, чтобы барабан 2 (см. фиг.2) был снабжен упругой манжетой 104, защемленной по внешнему периметру "нижнего" окна 14 и способной при раскрутке барабана 2 под действием центробежной силы деформироваться, открывая это окно 14, а при остановке барабана релаксировать и плотно перекрывать проем окна 14.

Целесообразно также, чтобы предложенный роторный ДВС был оснащен по меньшей мере ограничителем частоты вращения барабана 2 (например, в виде отсекателя подачи горючего), а предпочтительно был оборудован любым подходящим регулятором частоты вращения барабана 2 на холостом ходу.

Работает описанный роторный ДВС следующим образом.

Предпочтительно, чтобы перед запуском ему было придано положение, в котором общая геометрическая ось барабана 2 и шипов коленчатого вала 4 была близка к вертикали.

В случаях, когда роторный ДВС имеет механизм 5 отбора мощности с единственным выходным валом 7, необходимо, чтобы этот вал 7 перед включением стартера 9 был либо заторможен подачей тока во вторую обмотку 42 электромагнитной тормозной муфты, что приводит к стопорению второго тормозного диска 40 и выходного вала 7 (при выполнении механизма 5 отбора мощности так, как он показан на фиг.1 и 2), либо переведен в подробно описанный далее режим мультипликации включением механического тормоза 102, действующего на тормозной диск 96 (при выполнении механизма отбора мощности так, как он показан на фиг.16).

Если же роторный ДВС будет оснащен двумя соосными выходным валами, оба они при запуске должны вращаться свободно.

При заторможенном выходном вале 7 крутящий момент от стартера 9 через барабан 2 передается, во-первых, непосредственно на ротор 3 через цилиндрические зубчатые венцы 28 и 19 и, во-вторых, через зубчатый венец 18 на коленчатый вал 4.

Применительно к конструкции механизма 5 отбора мощности, показанной на фиг.1 и 2, процесс раскрутки протекает как минимум с участием сдвоенных, как описано выше, конических сателлитных шестерен 34. Отталкиваясь одной из своих частей от застопоренного выходным валом 7 зубчатого колеса 33 и взаимодействуя другими частями с "нижним" коническим зубчатым венцом 18, указанные шестерни 34 свободно вращаются на пальцах крестовины 31 и передают на коленчатый вал 4 крутящий момент.

Применительно к конструкции механизма 5 отбора мощности, показанной на фиг. 16, процесс раскрутки функционально аналогичен вышеописанному, но происходит с использованием конструктивно отличающихся средств, в особенности блоков из трех соосных жестко связанных сателлитных шестерен 93, 94 и 95. Действительно, отталкиваясь крайними сателлитными шестернями 93 от застопоренного тормозом 102 тормозного диска 96 и взаимодействуя крайними сателлитными шестернями 94 с внутренним ведомым планетарным зубчатым колесом 99 и обгонной муфтой 100, а промежуточными сателлитными шестернями 95 с ведущим (в этом случае цилиндрическим) зубчатым венцом 18 барабана 2 с одной стороны и внешним ведомым планетарным зубчатым колесом 97 и обгонной муфтой 98 с другой стороны, блоки сателлитных шестерен, свободно вращаясь на пальцах крестовины 31, передают крутящий момент на коленчатый вал 4.

После включения стартера 9 и раскрутки барабана 2, ротора 3 и коленчатого вала 4 в полость барабана 2 должна быть залита порция уплотнительно-компрессионной жидкости, достаточная для формирования устойчивого жидкостного кольца 8.

В простейшем случае такая заливка может быть проведена из канистры через периферийную часть окна 14 в "верхней" торцевой стенке 13 барабана 2. Если же ДВС будет оснащен описанной выше системой заливки уплотнительно-компрессионной жидкости (см. фиг. 2), то при включении стартера 9 через вал 89 будет приведен в действие воздушный компрессор 48. Часть сжимаемого в нем воздуха через воздушный патрубок 47 будет поступать в воздушную полость бака 43 и вытеснять жидкость из него в трубопровод 44. Далее жидкость через нагнетательное сопло 45, заливочную кольцевую полость в аксиальном выступе 20 барабана 2 и не обозначенный особо байпасный патрубок будет поступать в полость барабана 2 на формирование жидкостного кольца 8.

Когда толщина этого кольца 8 станет достаточной для перелива избытка жидкости в гидроразгрузочную полость в том же аксиальном выступе 20 на "верхней" торцевой стенке 13 полого барабана 2, включится подпорное сопло 46 и при устойчивом вращении барабана 2 установится динамическое равновесие между притоком и оттоком жидкости. Это равновесие после отключения стартера 9 будет поддерживаться при вращении вала компрессора 48 через указанный вал 89 от "верхнего" конического зубчатого венца 17 барабана 2.

Одновременно с системой формирования жидкостного кольца 8 при запуске включаются также системы смазки и охлаждения.

В системе смазки (фиг.2) масляный насос 85 при вращении вала 89 всасывает масло из масляного бака 82 через питающий маслопровод 86 и через нагнетательный маслопровод 87 и распылитель 88 подает его в виде микрокапель в замкнутой контур воздушного охлаждения роторного ДВС (в частности, в полость "верхнего" шипа коленчатого вала 4). Циркулирующая в этом контуре воздушномасляная эмульсия омывает подшипниковые узлы барабана 2 и ротора 3 и трущиеся детали механизма 5 отбора мощности, образуя на них масляную пленку. Далее масло стекает в донную часть картера 32 и через сливной патрубок 83 и масляный фильтр 84 возвращаются в масляный бак 82. После запуска ДВС описанный процесс протекает в установившемся режиме.

В замкнутом контуре системы охлаждения (фиг. 9) хладагент в виде воздушно-масляной эмульсии побуждается к циркуляции при вращении барабана 2 крыльчаткой 71. Этот хладагент всасывается из полости картера 32 через центральное окно улитки 72 и далее по ее нагнетательному тангенциальному патрубку подается в радиатор 73 для охлаждения. Затем хладагент через байпасный воздухопровод 74 поступает в "верхний" шип полого коленчатого вала 4, выходит сквозь выпускное окно 75 этого вала 4 в кольцевой канал между коленом коленчатого вала 4 и внутренней дополнительной стенкой 77 ротора 3, омывая подшипниковые узлы, и, наконец, сквозь всасывающее окно 76 в полом коленчатом валу 4 и "нижний" шип этого вала 4 возвращается в полость картера 32.

Аналогично в разомкнутом контуре системы охлаждения (фиг.9) многолопастные крыльчатки 78 на "нижней" и "верхней" торцевых стенках 13 барабана 2 побуждают атмосферный воздух к движению под кожухом 79. Этот воздух омывает барабан 2 и через кольцевой сборный выхлопной коллектор 80 и выхлопную трубу 81 возвращается в атмосферу. Естественно, что проходное сечение кольцевого воздухозаборного проема между кожухом 79 и барабаном 2 может регулироваться в зависимости от температуры окружающего воздуха и нагрузки на двигатель. Очевидно и то, что описанные процессы продолжают протекать в системе охлаждения и после отключения стартера 9 и приводе указанных крыльчаток 71 и 78 непосредственно от барабана 2.

Описанные процессы охлаждения таким же образом протекают и во время работы ДВС в установившемся режиме.

После того, как стартер 9 обеспечит устойчивость жидкостного кольца 8 в барабане 2, включается система питания, которая может работать в разных режимах в зависимости от вида используемого горючего.

Так, в режиме внешнего смесеобразования в карбюраторе (или карбюраторе-смесителе) 49 из атмосферного воздуха и бензина (или горючего газа, или смеси бензина и газа) приготовляется рабочая топливная смесь, которая засасывается при вращении ротора 3 в компрессорную зону.

В режиме же внутреннего смесеобразования в указанную зону засасывается только воздух (непосредственно из атмосферы, или от компрессора 48 при работе с наддувом).

При вращении ротора 3 его "верхние" торцевые радиальные выступы (гребни) 22 переменной высоты отсекают порции топливной смеси или воздуха, которые сжимаются в периодически возникающих в компрессорной зоне перед лопатками 26 камерах сжатия. Эти камеры в переменном по величине радиальном зазоре между периферийной поверхностью ротора 3 и жидкостным кольцом 8 ограничены с торцев указанными гребнями 22 "сверху" и промежуточным кольцевым разделительно-уплотнительным выступом-гребнем 24 "сверху". Эффективность сжатия порций топливной смеси или воздуха может быть повышена при использовании показанных на фиг.4 продольных ребер.

В случаях, когда лопатки 26 и 27 (см.фиг.3) выполнены частично отогнутыми соответственно по направлению и против направления вращения ротора 3, за счет "карманов" в компрессорной зоне удлиняется такт впуска и улучшается наполнение камер сжатия топливной смесью или воздухом, а в расширительной зоне снижаются потери на трение в потоках продуктов сгорания и облегчается продувка при выхлопе отработавших газов.

Сжатые порции топливной смеси или воздуха поступают в перепускные каналы (камеры сгорания) 25. Если на входах в них установлены впускные клапаны 60, то в течение всего такта впуска и большей части такта сжатия они прижаты центробежной силой к седлам, а в момент завершения сжатия под давлением жидкостного кольца 8 открываются для прохода сжатой топливной смеси или сжатого воздуха. Если же камеры сжатия постоянно сообщаются с полостями перепускных каналов (камер сгорания) 25, то интенсивное перетекание основной массы топливной смеси или воздуха из камер сжатия в эти каналы происходит в конце такта сжатия, когда объем "газовых клиньев" между ротором 3 и жидкостным кольцом 8 стремится к нулю и давление в них становится максимальным, а противодавление в каналах 25, обусловленное сгоранием в них предыдущих зарядов топливной смеси, падает из-за выхода продуктов сгорания из этих каналов 25 в расширительную зону и пневмосопротивление впускных отверстий в каналы 25 перестает играть заметную роль.

В зависимости от используемого принципа смесеобразования зажигание топливной смеси быть произведено по-разному.

При внешнем смесеобразовании зажигание происходит в перепускных каналах (камерах сгорания) 25 от калильных или искровых свечей. В случаях использования автономных пьезоэлектрических устройств зажигания (см. фиг. 8) свеча 63 срабатывает на массу ротора 3 от пьезогенератора 64, электрострикционный элемент которого генерирует электрический импульс при каждом нажиме поворотного рычага 65. Этот рычаг 65 поворачивается при воздействии жидкостного кольца 8 на упругий золотник 69 воздушного клапана и шток-толкатель 67 синхронно с завершением такта сжатия и началом впуска топливной смеси в перепускной канал 25. После опорожнения стакана 70 от уплотнительно-компрессионной жидкости возвратная пружина 66 распрямляется и рычаг 65 возвращается в исходное положение.

Возможен такой вариант работы системы зажигания при внешнем смесеобразовании, когда свечи 63 будут использованы только при запуске, а в остальные периоды работы предложенного роторного ДВС зажигания будет происходить от сжатия. Этот вариант обусловлен тем, что при работе в установившемся режиме частота вращения ротор 3 оказывается существенно (в два-три раза) больше, чем при запуске. Соответственно жидкостное кольцо 8 приобретает наибольшую жесткость и степень сжатия оказывается достаточной для самовоспламенения топливной смеси.

Поэтому подбором массы золотника 69 и упругости возвратной пружины 66 можно обеспечить работу воздушного клапана в режиме "открытие-закрытие" только до определенного порогового значения частоты вращения ротора 3, при превышении которого этот клапан под действием центробежных сил будет постоянно открыт, а упругий золотник 69 перестанет деформироваться и воздействовать на рычаг 65.

Переход от искрового зажигания к воспламенению от сжатия может быть облегчен при использовании приспособления, показанного на фиг. 7. Поскольку золотники 61 форкамер 62 в таких приспособлениях расположены заметно дальше от геометрической оси ДВС, чем впускные клапаны 60, постольку при герметизации форкамер 62 жидкостным кольцом 8 степень сжатия отсеченной части заряда топливной смеси оказывается существенно выше степени сжатия основной части указанного заряда, и самовоспламенение начинается внутри форкамер 62. Возникающие при этом высокотемпературные газообразные продукты неполного сгорания, смешиваясь в турбулентном режиме с основной массой заряда топливной смеси в перепускных каналах (камерах сгорания) 25, инициируют ее воспламенение и интенсифицируют горению, способствуя более полному сгоранию горючего.

При внутреннем смесеобразовании зажигание происходит непосредственно в перепускных каналах (камерах сгорания) 25 при впрыске в сжатый и нагретый от сжатия воздух порций распыленного жидкого горючего в конце каждого очередного такта сжатия.

Как было указано выше, для такой порционной подачи горючего используют встроенные топливные насосы (см. фиг.5 и 6), действие которых основано на зависимости давления в коленах 54 и 55 от их положения относительно жидкостного кольца 8.

Питающие "центробежные" колена 54 таких насосов постоянно сообщаются с топливным баком через топливопровод 50, радиальный канал 51 в теле коленчатого вала 4 и кольцевую распределительную камеру 52.

В начале такта впуска воздуха в компрессорную зону роторного ДВС оба колена 54 и 55 насосов на большей части свой длины находятся вне жидкостного кольца 8 и только перфорированные чашки 56 постоянно погружены в жидкость. Поэтому под действием центробежной силы золотники 58 обратных клапанов находятся в противоположных положениях: "открыто" в питающем колене 54 и "закрыто" в нагнетательном колене 55. Соответственно жидкое горючее заполняет подклапанную полость в питающем колене 54 и значительную часть полости чашки 56, остальной объем которой заполнен несмешивающейся с жидким горючим уплотнительно-компрессионной жидкостью.

По мере продолжения впуска и почти во всем такте сжатия жидкостное кольцо 8 вследствие эксцентричного расположения ротора 3 в барабане 2 постепенно все глубже вдавливается в полость чашки 56 и через слой топлива закрывает клапан в питающем колене 54 и открывает клапан в нагнетательном колене 55, вытесняя горючее в конце такта сжатия в форсунку 53 и далее в сжатый и нагретый от сжатия воздух. Надежному впрыску способствует существенное (в три-четыре раза) превышение плотности уплотнительно-компрессионной жидкости над плотностью углеводородного горючего.

Возможен также вариант запуска роторного ДВС при внешнем смесеобразовании с переходом после прогрева на внутреннее смесеобразования.

В результате запуска все системы роторного ДВС выходят на рабочий режим. При наличии двух соосных выходных валов запуск завершается переходом на режим холостого хода или подключением обоих валов к внешней нагрузке. При использовании же одного выходного вала 7 запуск завершается его включением в кинематическую цепь ДВС либо путем отключения электропитания второй обмотки 42 электромагнитной тормозной муфты с расстопорением второго тормозного диска 40 (при выполнении механизма 5 отбора мощности так, как он показан на фигурах 1 и 2), либо путем выключения механического тормоза 102 и переводом тормозного диска 96 в режим свободного вращения (при выполнении механизма отбора мощности так, как он показан на фиг.16) с последующей работой ДВС на холостом ходу или под внешней нагрузкой.

В установившемся режиме работы роторного ДВС поток топливной смеси или воздуха на ее приготовление и поток отработавших газов постоянно разделены погруженным в жидкостное кольцо 8 промежуточным разделительно-уплотнительным кольцевым выступом (гребнем 24) на роторе 3 (см. фиг.1 и 2).

При этом материальные потоки в предложенном ДВС от впуска и до зажигания были описаны выше. Сгорание зарядов топливной смеси происходит преимущественно в перепускных каналах (камерах сгорания) 25, откуда продукты сгорания вытесняются в расширительную зону для совершения там полезной работы.

Отработавшие газы из расширительной зоны в полости барабана 2 через выхлопные патрубки 21 попадают в кольцевой сборный выхлопной коллектор 80 разомкнутого контура системы охлаждения и совместно с отработанным хладоагентом-воздухом через выхлопную трубу 81 выходят в атмосферу.

Поскольку объем расширительной зоны существенно превышаем объем компрессорной зоны, постольку в сравнении с поршневыми и роторно-поршневыми ДВС в предложенном роторном ДВС теплота продуктов сгорания более полно преобразуется в механическую энергию, а давление и температура отработавших газов на выхлопе оказываются более низкими (см. индикаторную диаграмму на фиг.15). Обозначения на этой PV-диаграмме имеют следующий смысл:
a точка, соответствующая начальному объему заряда топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или порции воздуха (при внутреннем смесеобразовании) после завершения такта впуска;
c точка, соответствующая конечному объему заряда топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или порции воздуха (при внутреннем смесеобразовании) после завершения такта сжатия;
z' -точка соответствующая минимальному объему и максимальному давлению при зажигании заряда топливной смеси;
z точка, соответствующая максимальному объему при максимальном постоянном давлении в начале адиабатического расширения продуктов сгорания в расширительной зоне;
b' точка, соответствующая объему продуктов сгорания в момент начала такта сжатия (т.е. точка, расположенная на изохоре с точкой "а");
b точка, соответствующая максимальному объему и фактическому давлению отработавших газов в конце рабочего такта при расширении продуктов сгорания в расширительной зоне;
f точка, соответствующая максимальному объему и минимальному давлению отработавших газов в конце рабочего такта (выхлоп);
Q' теплота, подводимая при постоянном объеме к рабочему телу (заряду топливной смеси при ее воспламенении при принудительном зажигании или от горения топлива при его воспламенения от сжатия);
Q'' теплота, подводимая при постоянном давлении к рабочему телу (в ходе горения топливной смеси или топлива);
Q''' теплота, отводимая от рабочего тела при постоянном объеме с отработавшими газами (на их выхлопе);
Q'''' теплота, отводимая от рабочего тела при постоянном давлении (т.е. продувка сегментов расширительной зоны от отработавших газов);
ac линия, соответствующая сжатию рабочего тела;
cz' линия, характеризующая повышение давления рабочего тела в перепускных каналах (камерах сгорания) 25 при постоянном объеме постоянном объеме вследствие выделения теплоты при сгорании топлива;
z'z линия, соответствующая предварительному расширению рабочего тела при подводе теплоты при постоянном давлении в камерах сгорания 25;
zb линия, соответствующая адиабатическому расширению продуктов сгорания;
bf линия, соответствующая отводу теплоты рабочего тела во внешнюю среду при постоянном объеме (при выхлопе отработавших газов);
fa линия, соответствующая отводу теплоты во внешнюю среду при постоянном давлении в ходе продувки расширительной зоны.

Действительно, на индикаторной диаграмме видно, что цикл работы предложенного роторного ДВС характеризуется "пролонгированным" тактом расширения (см. крестообразно заштрихованный участок в "правой" части индикаторной диаграммы). Тем самым обеспечивается более полная утилизация теплоты продуктов сгорания с соответствующим повышением КПД.

Полезный крутящий момент на выходе предложенного роторного ДВС возникает следующим образом.

В компрессорной зоне, которой соответствует "левая" сторона схемы на фиг. 10, часть механической энергии ротора 3 затрачивается на засасывание и сжатие топливной смеси или воздуха и (в некоторых случаях) на зажигание, а в расширительной зоне, которой соответствует "правая" сторона схемы на фиг.10, продукты сгорания через лопатки 27 отдают механическую энергию ротору 3. Поскольку лопатки 27 превышают по площади лопатки 26, постольку обозначенные на фиг.10 тонкими стрелками силы, действующие на лопатки 27, превышают силы, развиваемые лопатками 26, и на роторе 3 возникает обозначенный на фиг. 10 толстой стрелкой активный рабочий крутящий момент Мкр.р.

Этот крутящий момент внутри корпуса 1 роторного ДВС преобразуется в направленный в ту же сторону активный крутящий момент барабана 2 (далее - Mкр. б. ) вследствие взаимодействия цилиндрических зубчатых венцов 28 и 19 (см. фиг.2).

Кроме лопаток 26 и 27 в динамических процессах в предложенном роторном ДВС участвует и поверхность ротора 3. Как видно на фиг.11, на эту поверхность в показанной "слева" компрессорной зоне оказывают давление топливная смесь (или воздух для ее приготовления), а в показанной "справа" расширительной зоне продукты сгорания (соответствующие распределенные по площади ротора 3 нагрузки обозначены радиально направленными к ротору 3 тонкими стрелками).

Давление на ротор 3 в компрессорной зоне и ее площадь меньше соответственно давления в расширительной зоне и ее площади. Поэтому равнодействующая "F" всех обозначенных на фиг.11 сил, проходящая через ось вращения ротора 3 на колене коленчатого вала 4, оказывается направленной в сторону компрессорной зоны. Поскольку ротор 3 расположен относительно внутреннего контура жидкостного кольца 8 с эксцентриситетом "e", постольку на коленчатом валу 4 возникает обозначенный контурной стрелкой реактивный крутящий момент
Mкр.кв. F • L,
где L длина плеча, на которое действует сила F при вращении ротора 3 в установившемся режиме работы ДВС.

Этот реактивный крутящий момент Mкр.кв. направлен противоположно указанному выше активному крутящему моменту Mкр.б.

Давление топливной смеси или воздуха и продуктов сгорания, не показанные на фиг. 2 "верхние" торцевые радиальные выступы (гребни) 22, промежуточный радиальный кольцевой разделительно-уплотнительный выступ-гребень 24 и "нижний" торцевой радиальный кольцевой выступ (гребень) 23, направленное вдоль оси ротора 3, и давление указанных материальных сред, равномерно направленное по нормали к внутренней поверхности жидкостного кольца 8 и ротора 3 ( обозначено длинными тонкими стрелками на фиг.10), не влияют на формирование и величину полезного крутящего момента на роторе 3.

При отборе мощности на два соосных выходных вала активный Mкр.б.и реактивный Mкр.кв. крутящие моменты раздельно выполняют полезную работу на подходящих для этого движителя (например, на соосных воздушных винтах).

При отборе же мощности на общий выходной вал 7 указанные крутящие моменты складываются.

Это сложение при использовании механизма 5 отбора мощности на основе дифференциального механизма, показанного на фиг. 1 и 2, в простейшем случае, т. е. без редуцирования или мультипликации, происходит следующим образом (см. фиг.12).

Под действием нагрузки на выходном валу 7 ведомое зубчатое колесо 33 оказывает тормозящее действие на сателлитные шестерни 34.

При этом возможным два основных режима работы ДВС:
крутящий момент на сателлитных шестернях 34 достаточен для преодоления нагрузки и выходной вал 7 вращается;
крутящий момент на тех же шестернях 34 недостаточен для преодоления нагрузки и выходной вал 7 неподвижен.

С целью упрощения пояснений допустим, что скорость вращения барабана 2 и его "нижнего" ведущего зубчатого конического венца 18 постоянна. Тогда постоянной будет и мгновенная линейная скорость Vб на периферии указанного венца 18.

В первом случае будут происходить следующие процессы.

Поскольку выходной вал 7 проворачивается, постольку на периферии ведомого конического зубчатого колеса 33 мгновенная линейная скорость Vн по абсолютной величине будет отличаться от нуля.

Из теоретической механики известно правило распределения линейных скоростей относительно мгновенного центра вращения пропорционально длине радиуса относительно этого центра.

Поэтому при Vб=const изменение (увеличение или уменьшение) Vн будет изменять линейную скорость Vкв осей вращения сателлитных шестерен 34 (т.е. концов пальцев крестовины 31) и их (равную частоте вращения коленчатого вала 4) угловую скорость Wкв (которая может изменяться не только по величине, но и по направлению). При этом, чем больше будет частота вращения выходного вала 7, тем больше будет и различие угловых скоростей ротора 3 и барабана 2 с одной стороны и коленчатого вала 4 с другой.

Соответственно через перепускные каналы (камеры сгорания) 25 будет проходить больше топливной смеси и больше будет развиваемая роторным ДВС мощность при номинальном крутящем моменте и постоянной скорости вращения ротора 3. Таким образом происходит адаптация скоростного режима работы роторного ДВС к нагрузке.

При необходимости изменением подачи горючего можно регулировать частоту вращения ротора 3 и величину крутящего момента ДВС.

В зависимости от конкретного назначения роторного ДВС выбором соответствующей степени редуцирования на сателлитных шестернях 34 и дифференциальном механизме в целом или на зубчатых венцах 19 и 28 может быть достигнута оптимизация величин крутящих моментов и угловых скоростей ротора 3 и коленчатого вала 4.

Во втором случае (при заторможенном выходном вале 7) угловая скорость Wн ведомого конического зубчатого колеса 33 и линейная скорость Vн на ее периферии будут равны нулю. Тогда согласно упомянутому выше правилу распределения линейных скоростей в простейшем случае (без редуцирования) линейная скорость осей сателлитных шестерен 34 будет равна половине Vб. Следовательно, угловая скорость Wкв крестовины 31 и коленчатого вала 4 будет равна 1/2 Wб и направлена в ту же сторону, что и Wб, то есть "по часовой стрелке". Так как в этом случае направления скоростей вращения ротора 3 и коленчатого вала 4 совпадают, то через перепускные каналы (камеры сгорания) 25 будет проходить минимальное количество топливной смеси. Это означает, что при чрезмерной нагрузке роторный ДВС будет развивать лишь номинальный крутящий момент и работать в экономичном режиме.

При необходимости (например, при трогании транспортного средства, оснащенного роторным ДВС, с места) крутящий момент на выходном валу 7 может быть увеличен включением мультипликатора 6. Принцип его действия поясняется фиг. 13 и 14.

Этот мультипликатор 6 при эксплуатации роторного ДВС обычно выключен из кинематической цепи, ведущей от ротора 3 и коленчатого вала 4 к выходному валу 7. Для этого оба ферромагнитных тормозных диска 39 и 40 отключают, обесточивая обе тормозные электромагнитные обмотки 41 и 42. Действительно, в таком режиме, когда оси 38 цилиндрических сателлитных шестерен 37 и выходной вал 7 расторможены (см. фиг. 2):
ведущее планетарное зубчатое колесо 35, жестко связанное с пальцами крестовины 31 коленчатого вала 4, и ведомое планетарное зубчатое колесо 36, жестко связанное с ведомым коническим зубчатым колесом 33 дифференциального механизма 5 отбора мощности, вращаются одно относительно другого свободно;
указанные цилиндрические сателлитные шестерни 37 также вращаются свободно, увлекая за собой оси 38 и жестко связанный с ними первый ферромагнитный тормозной диск 39, который проскальзывает относительно выходного вала 7;
естественным следствием указанных кинематических особенностей является то, что геометрическая ось выходного вала 7 служит общей осью вращения всех, кроме ротора 3, вращающихся частей роторного ДВС и центр мгновенных скоростей сателлитных шестерен 37 расположен на этой общей оси.

При этом сила Fкв (фиг.13), прилагаемая коленчатым валом 4 к оси вращения конической сателлитной шестерни 34 дифференциального механизма 5 отбора мощности, уравновешивается силой Fб, прилагаемой к периферии той же шестерни 34 барабаном 2 через зубчатый венец 18 с одной стороны, и силой Fн сопротивления нагрузке, прилагаемой к периферии той же шестерни 34 с другой стороны от выходного вала 7 через коническое зубчатое колесо 33, жестко связанное с планетарным зубчатым колесом 36;
линейная скорость Vн (фиг.14) нагрузки на периферии конического зубчатого колеса 33, жестко связанного с планетарным зубчатым колесом 36, определяется соотношением линейных скоростей Vб периферийной части зубчатого венца 18 барабана 2 и Vкв коленчатого вала.

Мультипликатор 6 включают подачей тока в первую тормозную электромагнитную обмотку 41, которая стопорит первый ферромагнитный тормозной диск 39 и жестко связанные с ним оси 38 цилиндрических сателлитных шестерен 37.

В таком режиме (см.фиг.2):
реактивный крутящий момент Mкр. кв. от коленчатого вала 4 передается через крестовину 31 и ведущее планетарное зубчатое колесо 35 на ведомое планетарное зубчатое колесо 36, жестко связанное с ведомым коническим зубчатым колесом 33 дифференциального механизма 5 отбора мощности и, следовательно, на выходной вал 7 только через сателлитные шестерни 37;
указанные цилиндрические сателлитные шестерни 37 вращаются только вокруг своих застопоренных осей 38;
естественным следствием указанных кинематических особенностей является то, что изменяется положение центра мгновенных скоростей сателлитных шестерен 37.

При этом сила Fкв (см. фиг.13), которая может быть представлена как частное от деления развиваемого коленчатым валом 4 реактивного крутящего момента Mкр. кв. на переменную величину радиуса (varR), будучи приложена через крестовину 31 и ведущее планетарное зубчатое колесо 35 на вращающиеся на неподвижных осях 38 сателлитные шестерни 37 мультипликатора 6, преобразуется в силу Fмп, которая посредством шестерен 37 передается на ведомые зубчатые колеса 33, 36 в качестве дополнительного тягового усилия Fн.мп. резко увеличивающего силу Fн, сопротивления нагрузке и полезный крутящий момент на выходном валу 7;
линейная скорость Vн.мп. (см. фиг.14) нагрузки на периферии конического зубчатого колеса 33, жестко связанного с планетарным зубчатым колесом 36, определяется соотношением линейной скорости Vкв на концах пальцев крестовины 31 и линейной скорости Vмп зубьев ведущего планетарного зубчатого колеса 35 и оказывается существенно меньше линейной скорости Vн.

Обесточиванием первой тормозной электромагнитной обмотки 41 мультипликатор 6 возвращают в исходное положение.

При оснащении предложенного роторного ДВС механизмом 5 отбора мощности в том виде, как он показан на фиг. 16, преобразование активного Mкр.б. и реактивного Mкр. кв. крутящих моментов и передача механической энергии на выходной вал 7 будут происходить следующим образом.

В зависимости от того, какие именно тормоза 101, 102, 103 будут включены или выключены, возможны четыре режима работы механизма 5 отбора мощности, а именно
а) нормальный режим, когда все указанные тормоза выключены (фиг.17);
б) режим мультипликации крутящего момента, когда включен только тормоз 102 (фиг.18);
в) режим "займа" кинетической энергии барабана 2, когда включен только тормоз 101 (фиг. 19);
г) режим реверса крутящего момента на выходном валу 7, когда включен только тормоз 103 (фиг.20).

В нормальном режиме (фиг.16 и 17) активный и реактивный крутящие моменты складываются следующим образом:
активный крутящий момент Mкр.б. зубчатым венцом 18 барабана 2 передается на промежуточные шестерни 95 всех блоков сателлитных шестерен и далее через сцепленное с указанными шестернями 95 внешнее ведомое планетарное зубчатое колесо 97 и первую обгонную муфту 98 ее прямым ходом передается большей частью на выходной вал 7;
реактивный крутящий момент Mкр.кв. через водило в виде крестовины 31 и жестко связанных с ее пальцами осей 91 передается на блоки сателлитных шестерен 93, 94 и 95 и далее через промежуточную сателлитную шестерню 95, внешнее ведомое планетарное зубчатое колесо 97 и первую обгонную муфту 98 ее прямым ходом передается большей частью также на выходной вал 7.

При этом незначительная часть кинетической механической энергии через крайние сателлитные шестерни 93 и 94, сблокированные с указанными шестернями 95, расходуется на свободное вращение соответственно тормозного диска 96, и ведомого планетарного зубчатого колеса 99 и второй обгонной муфты 100, работающей в режиме прокрутки.

Эти свободно вращающиеся массы служат аккумуляторами потенциальной механической энергии и стабилизируют крутящий момент на выходном валу 7 при случайных кратковременных колебаниях внешней нагрузки.

На фиг. 17 ясно видна зависимость мгновенных линейных скоростей Vвых на внешнем ведомом планетарном зубчатом колесе 97 от линейных скоростей Vб на зубчатом венце 18 барабана 2 и промежуточной сателлитной шестерне 95 и Vкв на осях 91 блоков сателлитных шестерен 93, 94, 95 (при этом для упрощения иллюстрации принципа преобразования Vб принята постоянной по величине и направлению).

Римскими цифрами на фиг.17 обозначены
I взаимозависимость указанных скоростей при преобладании внешней нагрузки над крутящим моментом выходного вала 7, и
II, III, IV взаимозависимость указанных скоростей при последовательно возрастающих значениях частоты вращения выходного вала 7.

Соответственно
в случаях I линейная скорость на зубьях внешнего ведомого планетарного зубчатого колеса 97 равна нулю, а Vкв0,5Vб;
в случаях II, III, IV по мере увеличения мгновенных линейных скоростей Vвых на внешнем ведомом планетарном зубчатом колесе 97 и соответственно частоты вращения выходного вала 7 мгновенные скорости Vкв вначале уменьшаются до нуля, а затем вновь начинают возрастать, но уже в противоположном направлении. Соответственно изменяется и направление вращения коленчатого вала 4. Это приводит к подтормаживанию ротора 3, уменьшению расхода топливной смеси и автобалансировке крутящего момента на выходном валу 7 и внешней нагрузки.

В режиме мультипликации крутящего момента ( фиг.16 и 18) тормоз 102 через тормозной диск 96, сцепленный с крайними сателлитными шестернями 93, вынуждает все блоки сателлитных шестерен 93, 94 и 95 вращаться вокруг осей 91 таким образом, что центры мгновенных скоростей переносятся с точек зацепления внешнего ведомого планетарного зубчатого колеса 97 с промежуточными сателлитными шестернями 95 на точки зацепления тормозного диска 96 с крайними сателлитными шестернями 93 существенно меньшего диаметра.

На фиг.18 ясно видно, что степень редуцирования скорости Vб и увеличения крутящего момента на выходном валу 7 в этом случае зависит от разности диаметров сателлитных шестерен 95 и 93: чем эта разность меньше, тем заметнее редуцирование, и наоборот.

Этот режим может использоваться в случаях, когда от роторного ДВС необходимо получить наибольший крутящий момент, например, при трогании транспортного средства с места.

В режиме "займа" кинетической энергии барабана 2 (фиг. 16 и 19) тормоз 101 через тормозной диск 92 и жестко связанные с ним оси 91 и крестовину 31 стопорит коленчатый вал 4. В итоге центры мгновенных скоростей оказываются на осях 91 вращения блоков сателлитных шестерен 93, 94, 95 и Vвых на зубьях внешнего ведомого планетарного зубчатого колеса 97 уравнивается по абсолютной величине со скоростью Vб барабана 2, что ясно видно на фиг.19.

Этот режим может быть использован (предпочтительно случаях, когда роторный ДВС будет оснащен системой автоматического управления) для кратковременного ускорения транспортного средства путем передачи на выходной вал 7 кинетической энергии, накопленной барабаном 2, и для ограничения скорости вращения под нагрузкой этого барабана 2.

В режиме реверса (фиг. 16 и 20), когда включен только тормоз 103, затормаживается внешнее ведомое планетарное зубчатое колесо 97 и первая обгонная муфта 98 работает в режиме прокрутки, а крутящий момент на выходной вал 7 передается через сцепление с крайними сателлитными шестернями 94 внутреннее ведомое планетарное зубчатое колесо 99 и вторую обгонную муфту 100.

На фиг. 20 ясно видно, что при реверсировании роторного ДВС центры мгновенных скоростей расположены на периферии внешнего ведомого планетарного зубчатого колеса 97 и что Vвых в этом случае совпадает по направлению с Vб и значительно меньше ее по величине.

Для остановки роторного ДВС прекращают подачу горючего либо в карбюратор (карбюратор-смеситель) 49 при внешнем смесеобразовании, либо в топливопровод 50. Соответственно в перепускных каналах (камерах сгорания) 25 прекращается горение, а на роторе 3 исчезает полезный крутящий момент.

По мере торможения барабана 2 жидкостное кольцо 8 теряет жесткость, уплотнительно компрессионная жидкость стекает в "нижнюю" часть барабана 2 и либо вытекает из него, либо при наличии упругой манжеты 104 остается внутри барабана 2 и используется на формирование жидкостного кольца 8 при последующем запуске.

При повторном запуске описанные процессы повторяются.

Промышленная применимость предложенного роторного ДВС обоснована и в производственном, и в потребительском аспектах.

Действительно, испытывающий основные термомеханические нагрузки ротор работает преимущественно в режиме жидкостного трения и опирается на обычные подшипники. Поэтому он может быть изготовлен из хорошо известных и доступных жаростойких и в части камер сгорания жаропрочных материалов. Прочие же части ДВС испытывают преимущественно механические нагрузки и потому также могут быть изготовлены с использованием известных и доступных технологий из известных материалов.

В потребительском же аспекте следует еще раз обратить внимание на неудовлетворенную потребность общества в малогабаритных обладающих высокой удельной мощностью и надежностью относительно экологически чистых многотопливных ДВС для малогабаритных же транспортных средств. Предложенный роторный ДВС способен удовлетворить такую потребность потому, что он
во-первых, характеризуется более компактным, чем прототип, взаиморасположением основных частей (особенно в аксиальном направлении);
во-вторых, обеспечивает работу наиболее термомеханически нагруженных частей в режиме только жидкостного трения;
в-третьих, имеет термодинамический цикл с "пролонгированным" тактом расширения;
в-четвертых, способен работать на разных жидких или газообразных горючих и их произвольных смесях в разных режимах смесеобразования;
в-пятых, устойчив к колебаниям внешней нагрузки и,
в-шестых, обеспечивает более полное сгорание горючего.

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: двигатель содержит полый корпус, полый барабан для размещения кольца из уплотнительно-компрессорной жидкости, осесимметрично установленный на валу внутри корпуса, ротор с радиальными выступами на торцах и лопатками в промежутке между указанными выступами, эксцентрично установленный на валу в полости барабана, камеры сгорания и системы питания, охлаждения, смазки трущихся частей и съема трущихся частей и съема крутящего момента с ротора. Барабан и ротор кинематически взаимосвязаны и установлены в корпусе на общем коленчатом валу, который совместно с барабаном кинематически подключен к общей системе отбора мощности. В торцевых стенках барабана выполнены окна для подключения к системе питания, охлаждения и подачи жидкости. Ротор с одного торца имеет радиальный выступ в виде сплошного кольцевого гребня, а с противоположного торца - радиальные выступы в виде по меньшей мере двух дискретных гребней переменной высоты, и секционирован по длине промежуточным кольцевым радиальным гребнем на относительно короткую компрессорную зону и более протяженную сообщающуюся с выхлопным трактом расширительную зону, причем в каждой из указанных зон размещен по меньшей мере по две радиальные лопатки, а в теле ротора выполнены по меньшей мере два перепускных канала, соединяющих указанные зоны и служащих камерами сгорания. 19 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, имеющий полый в средней части корпус, барабан с кольцевой полостью для размещения уплотнительного жидкостного кольца, осесимметрично установленный на валу внутри корпуса, полый ротор с радиальными выступами на торцах и лопатками в промежутке между указанными выступами, эксцентрично установленный на валу в полости барабана, по меньшей мере одну камеру сгорания и системы приготовления топливной смеси, охлаждения, смазки трущихся частей и отбора мощности, отличающийся тем, что барабан и ротор кинематически связаны и установлены в корпусе на общем коленчатом валу, который совместно с барабаном кинематически подключен к общей для них системе отбора мощности, при этом в торцевых стенках барабана выполнены окна, из которых первое окно сообщает с атмосферой кольцеобразный зазор между стенкой ротора и коленом коленчатого вала, являющийся частью воздушного тракта системы охлаждения, а второе окно снабжено кольцевой перегородкой, отделяющей воздушный тракт системы охлаждения от тракта подачи топливной смеси или воздуха на приготовление топливной смеси с одной стороны и тракта подачи жидкости для формирования и поддержания уплотнительного жидкостного кольца с другой стороны, ротор с торца, обращенного к первому окну, имеет радиальный выступ в виде сплошного кольцевого гребня постоянного диаметра, а с противоположного торца имеет торцевые радиальные выступы в виде по меньшей мере двух дискретных гребней переменной высоты и секционирован по длине промежуточным кольцевым радиальным гребнем постоянного диаметра на относительно короткую сообщающуюся с системой питания компрессорную зону и более протяженную сообщающуюся с выхлопным трактом расширительную зону, причем в каждой из указанных зон на роторе размещены по меньшей мере по две радиальные лопатки, а в теле ротора выполнены по меньшей мере два перепускных канала, соединяющих указанные зоны и служащих камерами сгорания. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на выходах из компрессорной зоны в служащие камерами сгорания перепускные каналы установлены впускные клапаны. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система отбора мощности выполнена на основе дифференциального механизма с одним выходным валом. 4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что дифференциальный механизм имеет ведущий конический зубчатый венец, жестко связанный с одной из торцевых стенок барабана, ведомое коническое зубчатое колесо, жестко связанное с выходным валом, ведущую крестовину, жестко связанную с одним из шипов коленчатого вала, и конические сателлитные шестерни, посаженные на пальцы указанной крестовины и сцепленные с ведущим коническим зубчатым венцом барабана и с ведомым коническим зубчатым колесом на выходном валу. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что на каждом из пальцев дифференциального механизма отбора мощности установлены пары жестко связанных между собой конических сателлитных шестерен, при этом в каждой паре одна из таких шестерен сцеплена с ведущим коническим зубчатым венцом барабана, а вторая с ведомым коническим зубчатым колесом на выходном валу. 6. Двигатель по п. 5, отличающийся тем, что дифференциальный механизм отбора мощности снабжен мультипликатором крутящего момента с тормозной электромагнитной муфтой, которые установлены совместно в общем жестко связанном с корпусом картере, по меньшей мере нижняя часть которого выполнена на ферромагнитного материала, при этом указанный мультипликатор имеет ведущее жестко связанное с пальцами ведущей крестовины дифференциального механизма и ведомое жестко связанное с ведомым коническим зубчатым колесом дифференциального механизма планетарные зубчатые колеса, сцепленные с сателлитными шестернями, которые установлены на осях, а указанная тормозная муфта имеет жестко связанный с указанными осями саттелитных шестерен указанного мультипликатора первый ферромагнитный тормозной диск, который установлен по скользящей посадке на выходном валу, второй ферромагнитный тормозной диск, который зафиксирован от проворота относительно выходного вала и установлен под картером с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль этого вала, первую и вторую тормозные электромагнитные обмотки, подключенные к источнику электропитания. 7. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что дифференциальный механизм имеет ведущий цилиндрический зубчатый венец, жестко связанный с одной из торцевых стенок барабана, водило, имеющее крестовину, жестко связанную с коленчатым валом, и по меньшей мере две оси, жестко связанные с одной стороны с пальцами крестовины, а с другой с тормозным диском, два ведомых планетарных цилиндрических зубчатых колеса разного диаметра, кинематически связанные с выходным валом через встречно включенные обгонные муфты, по меньшей мере два блока сателлитных шестерен, которые посажены с возможностью вращения на указанные оси водила и содержат каждый одну крайнюю шестерню, сцепленную с тормозным диском, одну промежуточную шестерню, сцепленную с одной стороны с указанным ведущим цилиндрическим зубчатым венцом барабана, а с другой с ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом большого диаметра, и вторую крайнюю шестерню, сцепленную с ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом меньшего диаметра, и независимые приводы тормозов, установленные с возможностью взаимодействия с указанными тормозными дисками и с указанным ведомым планетарным цилиндрическим зубчатым колесом большего диаметра. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система отбора мощности выполнена с двумя соосными выходными валами, один из которых кинематически связан с коленчатым валом, а второй с полым барабаном. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен баком для хранения запаса жидкости, используемой для формирования и поддержания уплотнительного жидкостного кольца, причем указанный бак сообщается с полостью барабана трубопроводом. 10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что барабан снабжен аксиальным выступом с кольцевыми полостями, из которых одна заливочная подключена к основной полости барабана байпасным трубопроводом, а вторая - гидроразгрузочная непосредстенно сообщается с той же полостью барабана, и трубопровод для подачи жидкости из бака на выходе снабжен двумя соплами, из которых одно (нагнетательное) открыто в заливочную кольцевую полость, а второе (подпорное) открыто в гидроразгрузочную кольцевую полость в указанном выступе. 11. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что воздушная часть полости указанного бака подключена воздушным патрубком к компрессору. 12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он в каждом служащем камерой сгорания перепускном канале между компрессорной и расширительной зонами снабжен автономным приспособлением для зажигания топливной смеси. 13. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что автономное приспособление для зажигания топливной смеси выполнено в виде расположенной вблизи впускного клапана нормально закрытой при вращении ротора преимущественно сферическим золотником форкамеры. 14. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что автономное приспособление для зажигания топливной смеси выполнено в виде пьезоэлектрического устройства искрового зажигания, которое имеет свечу, по меньшей мере электродная часть которой расположена в перепускном канале, пьезогенератор, электрически связанный с указанной свечой, и механический привод пьезогенератора. 15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система охлаждения выполнена двухконтурной, при этом первый контур, предназначенный для охлаждения коленчатого вала, подшипников ротора и механизма отбора мощности выполнен замкнутым, а второй контур, предназначенный для охлаждения барабана, выполнен разомкнутым. 16. Двигатель по п.15, отличающийся тем, что замкнутый контур охлаждения содержит побудитель движения хладагента (воздуха с частицами масла) в виде крыльчатки, которая закреплена на аксиальном выступе барабана, улитку, всасывающее окно которой открыто в полость картера механизма отбора мощности, радиатор, на вход которого подключен нагнетательный тангенциальный патрубок указанной улитки, байпасный трубопровод, подключенный на выход указанного радиатора и на вход в зону расположения коленчатого вала, и кольцевой замыкающий канал между коленом коленчатого вала и внутренней дополнительной стенкой ротора. 17. Двигатель по п. 16, отличающийся тем, что коленчатый вал выполнен полым и одним концом обращен к выходу из байпасного трубопровода, а вторым в полость картера, а в стенке его колена в зонах минимума напряжений изгиба выполнены выпускные и всасывающие окна, сообщающиеся с указанным кольцевым замыкающим каналом. 18. Двигатель по п.15, отличающийся тем, что разомкнутый контур охлаждения содержит побудители движения хладоагента (атмосферного воздуха) в виде преимущественно многолопастных крыльчаток, которые закреплены на торцевых стенках барабана, открытый с торцов кожух, закрепленный в корпусе и охватывающий барабан, кольцевой сборный выхлопной коллектор с по меньшей мере одним выхлопным патрубком. 19. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой порционного впрыска жидкого горючего в служащие камерами сгорания перепускные каналы в роторе, при этом указанная система имеет топливопровод, проходящий сквозь один из шипов коленчатого вала, кольцевую распределительную камеру, выполненную в теле ротора, охватывающую указанный шип и сообщающуюся с указанным топливопроводом, встроенные топливные насосы, которые гидравлически подключены к указанной камере, количество которых равно количеству перепускных каналов в роторе и каждый из которых снабжен на выходе распылителей. 20. Двигатель по п.19, отличающийся тем, что каждый встроенный насос имеет коленчатый топливопровод, состоящий из питающего "центробежного" и нагнетательного "центростремительного" колен, соединенных перфорированной чашкой, полость которой сообщается с кольцевой полостью барабана, и встречно включенные обратные клапаны, из которых первый расположен перед выходом в указанную перфорированную чашку из питающего колена, а второй во входной части нагнетательного колена.