ВРАЩАТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B53/00 F01C1/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, работающим на газах и химических топливах.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания получит широкое применение в народном хозяйстве, транспорте, авиации и космосе.

Известно устройство (патент США N 2985154, 1961), представляющее собой вращательный двигатель внутреннего сгорания для обеспечения высокой производительности как на высоких, так и на низких скоростях, с малым обратным давлением на выхлопе, который может быть изготовлен в любом размере, пригодном для любой ситуации.

Однако указанный прототип имеет целый ряд недостатков:
ротор установлен на горизонтальный вал, что вызывает отрицательное действие сил тяжести;
устройство поршней в виде роликов в комплексе с двумя камерами: камерой сжатия и камерой расширения, расположенными независимо по окружности статора, что во время работы вызывает смещение центра тяжести ротора с оси вращения, чем нарушает балансировку ротора, вызывает биение и преждевременный износ;
при последовательном расположении по окружности статора камер сжатия и расширения прототипа неэффективно используется период времени одного оборота вращения ротора, за один оборот поршень производит только один рабочий цикл, нерационально используется орбита поршней-роликов;
не обладает способностью запасать рациональную центробежную потенциальную энергию;
в поршнях прототипа, имеющих форму роликов, нерационально используется боковая поверхность объема цилиндров;
нерационально распределены массы ротора относительно его оси вращения.

Техническим результатом является снижение износа и повышение динамических качеств двигателя.

Достижение данного результата осуществляется следующими средствами:
для уменьшения влияния гравитационных сил ротор двигателя изобретения установлен на вертикальный вал;
для качественной балансировки и хорошей уравновешенности ротора, поршни-каретки подвижно устанавливаются на симметрично расположенные направляющие спицы ротора-ворота;
параллельно расположенные камеры сжатия и расширения за одинаковый период времени в сравнении с прототипом производят большее число рабочих циклов, что придает двигателю дополнительное качество динамичности;
симметрично, по кругу статора, расположенные выемки камер расширения в виде сегментов тора позволяют двигателю изобретения вырабатывать большую центробежную потенциальную энергию;
для рационального использования тепловой энергии рабочего тела поршни ротора имеют форму шара в виде каретки, ползающей возвратно-поступательно по направляющей спице ворота-ротора двигателя изобретения;
для повышения угловой скорости вращения ротора вороту-ротору придана форма, перераспределяющая массы ворота-ротора относительно оси вращения за счет того, что центр вращения его находится выше центра тяжести.

Перечисленные качественные изменения прототипа позволяют решить поставленную задачу.

Нижеописанный вариант осуществления изобретения изображен на фиг. 1 8.

На фиг. 1 дан горизонтальный разрез двигателя; на фиг. 2 - каретка-поршень, имеющая форму шара, внутренним цилиндрическим отверстием ползунково-подвижно установленная на направляющую спицу ротора-ворота; на фиг. 3 вид каретки с конца спицы; на фиг. 4 разрез устройства машины сжатия, меняющей свойства топлива; на фиг. 5 вертикальный разрез двигателя; на фиг. 6 разрез каретки и машины, установленной на спицу 6 6 на фиг. 3; на фиг. 7 вертикальный разрез каретки 7 7 на фиг. 6; на фиг. 8 - продольный под углом разрез машины 8 8 на фиг. 7.

Корпус 1 двигателя отличается от прототипа тем, что в полости снабжен орбитой поршней-шаров в виде криволинейного замкнутого круга-желобка разного сегмента с углублениями-выемками в количестве 12 шт /камер расширения 8/ в виде сегментов тора, по внешнему центру орбиты поршней проходит замкнутый круг-паз 9, в который входят концы спиц 5, ротора-ворота 4. Имеется выхлопное отверстие 23.

Двигатель изобретения включает ротор-ворот 4, отличающийся от прототипа тем, что установленный на вертикальный вал 3 (фиг. 5) он содержит симметрично расположенные в направлении от центра к внешнему кругу выступающие от кабестана 6 спицы 5, на которые в гнезда 8 ротора установлены свободно ползающие возвратно-поступательно каретки-поршни 7, имеющие внешнюю поверхность шара.

Двигатель отличается тем, что спицы 5 ротора-ворота 4 на концах (фиг. 4) содержат машины поршневые, связанные с кареткой 7. Машина состоит из цилиндра 10, размещенного в полости спицы 5, поршня 11, цилиндрического, небольшого диаметра, соединенного штоком 12 с внутренней диаметральной стойкой 13 каретки (фиг. 7), в цилиндре перед машиной находится клапан 14, который полностью перекрывает сечение цилиндра полости спицы, по окружности в теле на концах спиц 5 содержатся каналы 15 (фиг. 4, 8) подачи рабочего тела, с двумя клапанами 18, коллектор 16 и сопло 17 (фиг. 2), в камеру 2 двигателя изобретения.

Отличается тем, что ротор 4 установлен на вал 3 с центром вращения, находящимся выше центра тяжести его масс, поэтому он внешне имеет форму, представляющую купол.

Отличается тем, что концы спиц 5 ротора входят в паз 9 (фиг. 1, 4). Каретки 7 передвигающиеся возвратно-поступательно по направляющим спицам 5 ротора-ворота 4, входят в желобкообразные выемки камер расширения 2.

При вращении ротора-ворота 4 каретки-поршни 7, ползя по направляющей спице 5, выдвигаясь из гнезда 8, входят в вогнутую часть выемки камеры расширения 2. Через впрыскиватель 22 и из сопла 17 подается сжатое рабочее тело, происходит термодинамический процесс, поршень-каретка высоким давлением выталкивается из камеры 2, двигаясь по направляющей кривой камеры, он одновременно по направляющей спице 5 ползет в радиальном направлении к центру вращения ротора-ворота, возвращаясь в гнездо 8.

Центробежная сила, действующая на поршень при его движении из вогнутой части, выравнивается с противодействующим усилием направляющей кривой камеры 2. Усилие рабочего тела толкает поршень-каретку 7 по окружности, который через плечо спицы 5 поворачивает ворот-ротор 4. Чем больше по длине спица, тем меньшее усилие требуется на поршень со стороны рабочего тела.

Чем больше количество поршней, тем большее усилие оказывается на ворот-ротор.

В отличие от прототипа камеры расширения изобретения в виде сегмента тора с радиусом образующей, немного большим радиуса поршня-шара, при движении поршней под действием кинетической энергии рабочего тела из вогнутой части камеры на выпуклую создают запас потенциальной энергии.

С выпуклой части камеры поршни-каретки под действием инерционной центробежной потенциальной энергии, совершая работу, возвращаются снова в вогнутую часть, таким образом в отличие от прототипа поршень за один оборот вращения ротора совершает двенадцать рабочих циклов, всего за один оборот вращения ротора совершаемое количество циклов равно произведению числа поршней на число камер расширения. Общая рабочая поверхность поршней равна сумме рабочих площадей поверхности шаров ротора.

В отличие от прототипа поршни-каретки, установленные на направляющие спицы, закрепляют за собой качество балансировки, уменьшают вибрацию, сохраняют уравновешенность, что в целом снижает износ двигателя.

В отличие от прототипа изобретение содержит для изменения свойств топлива машины, установленные на спицах 5 /технологические машины/, позволяющие рационально использовать период одного оборота вращения ротора для выработки энергии и качественного, эффективного ее использования для выполнения работы.

Сжатие рабочего тела производится во внутренней цилиндрической части спицы 5.

Поршень-каретка 7, входя в вогнутую часть камеры расширения 2, увлекает за собой через шток 12 поршень 11 машины, в этот момент открывается клапан 14, клапана 18 закрыты, топливо под действием центробежных сил по каналу 10 попадает в камеру сжатия 24, после чего клапан 14 закрывается.

Поршень-каретка 7, являясь двигателем технологической машины, передвигаясь из вогнутой части камеры расширения 2 к выпуклой, сжимает поршнем 11 топливо, находящееся в камере сжатия 24, после чего при передвижении каретки 7 с выпуклой части камеры расширения 2 в вогнутую на короткий момент открываются клапана машины 18, сжатое топливо через каналы 15 (фиг. 4, 8), коллектор 16 и сопло 17 (фиг. 2) впрыскивается в камеру расширения 2. После закрывания клапанов 18 машины открывается клапан 14, заполняется топливом камера сжатия 24, после чего цикл работы вторичной технологической машины (дополнительного изменения свойств топлива) повторяется.

Первичная же технологическая подготовка топлива производится во вращающемся баке в виде центрифуги, находящемся в центральной части ротора.

В устройстве камер и поршней прототипа рабочая поверхность поршней-роликов в основном работает на трение, а не на момент вращения.

Двигатель отличается от прототипа тем, что придав ротору форму купола перераспределяется масса ротора относительно оси вращения, центр вращения находится выше центра масс, что значительно повышает угловую скорость ротора за счет увеличения момента силы его вращения.

Эти новые отличительные признаки, придают двигателю предлагаемого изобретения, возможность получения большей скорости вращения ротора, уравновешенность, лучшую балансировку, более гибкую динамику, что значительно сократит износ двигателя, откроет возможности применения в нем в качестве топлива нетрадиционных веществ с высокой дисперсностью, наличие технологического вращающегося центрального бака создаст механическую абсорбцию эффективных компонентов, усовершенствуются экологические качества, в зависимости от характеристик двигатель в будущем получит широкое применение в летательных аппаратах атмосферы, космоса, а также в народном хозяйстве.

Применение предлагаемого изобретения в летательных и космических аппаратах откроет возможность заправки их от природных образований.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: в двигателе ротор-ворот с центром вращения, расположенном выше центра его масс, содержит спицы с поршнями-каретками в виде шаров и технологическими машинами, корпус содержит камеры расширения, имеющие форму сегментов тора, двигатель работает на газообразных и химических топливах. 8 ил.

Вращательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, ротор, поршни, камеры сгорания, отличающийся тем, что ротор-ворот, имеющий форму геометрического тела, центр вращения которого смещен по вертикальной оси от центра тяжести его масс, содержит подвижно установленные на его спицах поршни-каретки, включающий в себя топливную технологическую с машинами сжатия установку, установлен в полости корпуса, содержащего симметрично расположенные камеры расширения в виде сегментов тора или другого геометрического тела.