ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК F01C1/63 F02B53/00 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами, и может быть использовано на сухопутных, морских и воздушных транспортных средствах и в других областях.

Из уровня техники известен двигатель, содержащий ротор, рабочие камеры в виде гармошек, расположенных между стенками камер, выполненными с возможностью вращения по окружности вокруг оси вращения ротора и обеспечения увеличения и уменьшения объема рабочих камер (см. RU 2491438 С2, 27.08.2013, F01C 9/00).

Недостатки известного устройства заключаются в том, что стенки рабочих камер, движущиеся по окружности вокруг оси вращения ротора, осуществляют разнонаправленное движение и имеют мертвые точки инерции движения, что приводит к неэффективным нагрузкам и потерям энергии.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в обеспечении сбалансированности механизмов, уравновешивании угловых моментов вращения и обеспечении более эффективной работы.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что двигатель, содержащий ротор, рабочие камеры в виде гармошек, расположенных между стенками камер, выполненными с возможностью вращения по окружности вокруг оси вращения ротора и обеспечения увеличения и уменьшения объема рабочих камер, снабжен шарнирами, закрепленными на стенках камер или на роторе, причем оси вращения ротора и стенок камер соединены коленом, стенки камер установлены на подшипниках, обеспечивающих независимое друг от друга вращение стенок, при этом внутри ротора выполнены зоны приложения для шарниров, обеспечивающие вращение стенок камер с переменной угловой скоростью, а стенки камер соединены пружинными механизмами, которые совместно с камерами в виде гармошек выполнены с возможностью аккумулирования усилий торможения и передачи этих усилий при разгоне. Рабочая камера может быть закреплена между двумя соседними стенками камер с разным радиусом воздействия.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется иллюстрациями, которые не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

Фигура 1 - схематично двигатель при расположении шарниров на роторе, а зоны приложения для шарниров внутри стенок камер (в объеме).

Фигура 2 - схематично двигатель при расположении шарниров на роторе (в поперечном разрезе).

Фигура 3 - схематично стенки камер с указанием сил, формирующих вращающий момент.

Фигура 4 - схематично расположение стенок камер по окружности.

Фигура 5 - схематично двигатель при расположении шарниров на стенках камер, а зоны приложения для шарнира внутри ротора (в поперечном разрезе).

Фигура 6 - схематично двигатель при расположении шарниров на стенках камер, а зоны приложения для шарнира внутри ротора (в объеме).

Фигура 7 - схематично двигатель при крепление рабочих камер, между двумя соседними стенками камер, с разным радиусом воздействия (в поперечном разрезе).

Условный обозначения:

1 - центральная ось; 2 - дополнительная ось; 3 - колено (соединяющее центральную ось и дополнительную ось); 4 - статичный коленчатый вал; 5 - ротор; 6 - стенка камеры; 7 - подшипники; 8 - шарнир; 9 - зона приложения для шарнира; 10 - рабочая камера (в виде гармошки); 11 - пружинистый механизм; 12 - сила F; 13 - вращательный момента М; 14 - постоянный радиус R; 15 - переменный радиус r_x; 16 - радиус l; 17 - расстояний между стенок камер L.

Двигатель (фигуры 1, 2) по пункту 1 - устройство в статичном состоянии:

1 - центральная ось; 2 - дополнительная ось; 3 - колено (соединяющее центральную ось и дополнительную ось); 4 - статичный коленчатый вал; 5 - ротор; 6 - стенка камеры; 7 - подшипники; 8 - шарнир; 9 - зона приложения для шарнира; 10 - рабочая камера (в виде гармошки); 11 - пружинистый механизм.

Работа двигателя по пункту 1

В представленном изобретении (фигуры 1, 2) двигатель имеет статичный коленчатый вал 4, который состоит из центральной оси 1, соединенный с дополнительной осью 2 через колено 3. На дополнительной оси расположены стенки камер 6. Каждая стенка прикреплена к дополнительной оси 2 вращающимися подшипниками 7, позволяющие стенкам камер 6 вращаться вокруг дополнительной оси 2 независимо друг от друга, но угол поворота стенки камер 6 зависит от угла поворота шарнира 8, закрепленного на роторе 5, который вращается вокруг центральной оси 1. Пространство между двумя стенками камер 6 используется рабочей камерой 10. При этом, вращаясь рабочие камеры изменяет объем: минимальный-максимальный-минимальный.

Схема вращающего момента (стенки камер) на шарнир, имеющий постоянный радиус до оси вращения ротора, и переменный радиус до оси вращения стенки камеры (фигура 3), где: 1 - центральная ось; 2 - дополнительная ось; 5 - ротор; 6 - стенка камеры; 8 - шарнир; 9 - зона приложения для шарнира; 12 - сила F; 13 - вращательный момент М; 14 - постоянный радиус R; 15 - переменный радиус r_x; 16 - радиус l; 17 - расстояние между стенок камер L.

При давлении внутри рабочей камеры на стенках камер 6 воздействует сила F (12), создавая силу вращательного момента М на шарнире 8 (вращающий ротор 5). Сила вращающего момента М(13) от стенки камер 6 на шарнир 8 передается при их взаимодействии в зоне приложения для шарнира 9 - имеющей постоянный радиус R (14) до оси вращения ротора 5 на центральной оси 1 и переменный радиус r_x (15) до оси вращения стенки камеры 6 вокруг дополнительной оси 2.

При данной зависимости закрепленные на роторе 5 шарниры 8 делают одинаковый угол поворота, но при этом принуждают стенки камер 6 поворачиваться на разные углы, при этом по окружности расстояние между камерами изменяется. Тем самым изменение расстояний между стенок камер L (фигура 6) закономерно условиям:

- расстояние между стенками камер L_max(17) максимально, при этом радиус от шарнира 8 и прилегающей точке в зоне приложения 9 (одна и та же точка) до дополнительной оси 2 будет минимальным r_min (15), а радиус l (16) от края стенки камер 6 до прилегающей точке в зоне приложения 9 (и шарнир 8) будет максимальным l_max(16).

-расстояние между стенками камер L_min (17) минимально, при этом радиус от шарнира 8 и прилегающей точке в зоне приложения для шарнира 9 (одна и та же точка), будет максимальным r_max(15), а радиус l (16) от края стенки камер 6 до прилегающей точке в зоне приложения для шарнира 9 (и шарнир 8) будет минимальным l_min (16). Учитывая изменения радиуса l (16), от края стенки камер 6 до прилегающей точке в зоне приложения для шарнира 9 (и шарнир 8), сила вращательного момента М имеет зависимость:

- максимальным M_max(13), при максимальном радиусе l_max (16), от края стенки камер 6 до шарнира 8.

- минимальным M_min (13), при минимальном радиусе l_min (16), от края стенки камер 6 до шарнира 8.

Таким образом при одинаковой силе воздействия F (12) на стенки камер 6, вращающий момент М(13) на шарнирах 8 возрастает прямо пропорционально увеличению радиуса l (16), радиусу от края стенки камер 6 до шарнира 8, и как следствие, стенки камер 6 передают вращательный момент М (13) на ротор 5, вращающийся на центральной оси 1.

Масса рабочих камер и стенок камер 6 вращаются вокруг дополнительной оси 2, как дисбалансы, вызывающие потери силы вращательного момента, при разгоне и торможении во время вращения по окружности. Для аккумулирования усилий торможения и передачи этих усилий при разгоне соединяем сектора стенок камер 6 пружинистыми механизмами 11. Сама рабочая камера 10 конструктивно, в виде гармошки выполняет эту функцию.

При этом направление вращения рабочих камер одинаково изменяет объем: минимальный-максимальный-минимальный.

В двигателе важным свойством двигателя является максимальное сжатие рабочей камеры и объем при расширении рабочей камеры. Так как в представленной модели двигателя расширение камеры от минимального объема до максимального объема не линейно - конструктивно можно уменьшить объем камеры до минимального, утолщением стенок камер для наименьшего расстоянии между ними (фигура 4, где: 2 - дополнительная ось; 5 - ротор; 6 - стенки камер; 8 - шарниры; 17 - расстояние между стенок камер L).

Двигатель (фигуры 5, 6) по пункту 1, при расположении шарниров на стенках камер, а зоны приложения для шарнира внутри ротора - устройство в статичном состоянии:

1 - центральная ось; 2 - дополнительная ось; 3 - колено (соединяющее центральную ось и дополнительную ось); 4 - статичный коленчатый вал; 5 - ротор; 6 - стенка камеры; 7 - подшипники; 8 - шарнир; 9 - зона приложения для шарнира.

Работа двигателя по пункту 1, при расположении шарниров на стенках камер, а зоны приложения для шарнира внутри ротора (фигуры 5, 6).

Одним из основных механизмов в двигателе предлагаемого изобретения является взаимодействие шарнира 8 и прилегающей точке в зоне приложения для шарнира 9.

В предлагаемом двигателе шарнир 8 закреплен к стенкам камер 6 и передает силу вращательного момента в прилегающей точке в зоне приложения для шарнира 9, находящейся на роторе 5, вращающемся вокруг центральной оси 1, фигуры 7 и 8, где: 2 - дополнительная ось, 3 - колено, 4 - коленчатый вал, 7 - подшипники стенок камер.

Двигатель по пункту 2 (фигура 7) - устройство в статичном состоянии:

1 - центральная ось; 2 - дополнительная ось; 5 - ротор; 6 - стенка камеры; 7 - подшипники; 8 - шарнир; 9 - зона приложения для шарнира; 10 - рабочая камера (в виде гармошки); 11 - пружинистый механизм; 12 - сила F; 16 - радиус l.

Работа двигателя по пункту 2 (фигура 7).

Увеличив площадь воздействия на стену по направлению движения и уменьшив площадь воздействия на стену в противоположном направлении можно уменьшить радиус l (16) - l_min, точки приложения силы F (12) к стенке, противоположной направлению вращения, и увеличить радиуса l (16) - l_max, точки приложения силы F (12) к стенке (той же камеры) по направлению вращения - результирующая сила вращательного момента М (которая прямо пропорционально радиусу l (16)) возрастет по направлению вращения.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися рабочими органами, и может быть использовано на сухопутных, морских и воздушных транспортных средствах. Двигатель содержит ротор 5, рабочие камеры в виде гармошек, расположенных между стенками 6 камер, выполненными с возможностью вращения по окружности вокруг оси вращения ротора 5 и обеспечения увеличения и уменьшения объема рабочих камер. Двигатель снабжен шарнирами 8, закрепленными на стенках 6 камер или на роторе 5. Оси вращения ротора 5 и стенок 6 камер соединены коленом. Стенки 6 камер установлены на подшипниках 7, обеспечивающих независимое друг от друга вращение стенок 6. Внутри ротора 5 выполнены зоны приложения для шарниров 8, обеспечивающие вращение стенок 6 камер с переменной угловой скоростью. Стенки 6 камер соединены пружинистыми механизмами, которые совместно с камерами в виде гармошек выполнены с возможностью аккумулирования усилий торможения и передачи этих усилий при разгоне. Изобретение направлено на обеспечение сбалансированности механизмов, уравновешивание угловых моментов вращения и обеспечение более эффективной работы. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двигатель, содержащий ротор, рабочие камеры в виде гармошек, расположенных между стенками камер, выполненными с возможностью вращения по окружности вокруг оси вращения ротора и обеспечения увеличения и уменьшения объема рабочих камер, отличающийся тем, что двигатель снабжен шарнирами, закрепленными на стенках камер или на роторе, причем оси вращения ротора и стенок камер соединены коленом, стенки камер установлены на подшипниках, обеспечивающих независимое друг от друга вращение стенок, при этом внутри ротора выполнены зоны приложения для шарниров, обеспечивающие вращение стенок камер с переменной угловой скоростью, а стенки камер соединены пружинистыми механизмами, которые совместно с камерами в виде гармошек выполнены с возможностью аккумулирования усилий торможения и передачи этих усилий при разгоне.

2. Двигатель по п. 1, характеризующийся тем, что рабочая камера закреплена между двумя соседними стенками камер с разным радиусом воздействия.