Изобретение относится к роторно-поршневому двигателю, включающему в себя ступень сжатия и ступень расширения, соответственно содержащие вращающийся рабочий поршень для сжатия или же расширения рабочего газа.
Типовой роторно-поршневой двигатель известен из WO 2008/071326 А1.
Роторно-поршневым двигателем является двигатель внутреннего сгорания на основании вращающихся и функционально взаимодействующих друг с другом вращающихся поршней для компрессии или же сжатия горючих газов и расширения сгоревших газов. В рамках настоящего описания горючий газ и сгоревший газ упрощенно обозначены как рабочий газ. В роторно-поршневом двигателе сжатие рабочего газа и переход рабочего газа из ступени сжатия в ступень расширения являются решающими для коэффициента полезного действия двигателя. Роторно-поршневые двигатели имеют значительно более высокую частоту вращения, чем двигатели с поступательно движущимися поршнями, например, бензиновые двигатели, содержащие поршень, шатун и коленчатый вал, однако выполняют те же самые рабочие такты, а именно, всасывание, сжатие, воспламенение и расширение. Так как объем сжатия в роторно-поршневых двигателях существенно меньше, чем в двигателях с поступательно движущимися поршнями, то происходит существенно большее количество переходов газа между отдельными рабочими тактами, и удельная мощность является значительно более высокой.
Важным требованием является реализация от коротких до чрезвычайно коротких газовых каналов или же проводящих участков для транспортировки рабочего газа между отдельными рабочими тактами.
В основании изобретения лежит задача обеспечить создание роторно-поршневого двигателя, который обеспечивает возможность реализации еще более коротких газовых каналов, чем традиционный роторно-поршневой двигатель.
Для решения задачи, лежащей в основании изобретения, предложен роторно-поршневой двигатель по п. 1 формулы изобретения, который включает в себя ступень сжатия, имеющую вращающийся рабочий поршень для сжатия рабочего газа, и ступень расширения, имеющая вращающийся рабочий поршень для расширения рабочего газа, причем камера воспламенения выполнена с возможностью сообщения со ступенью сжатия и/или со ступенью расширения в регулируемом диапазоне угла поворота соответствующего рабочего поршня
Предпочтительные варианты изобретения заявлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно рабочие поршни ступени сжатия и ступени расширения расположены в осевом направлении друг за другом и предпочтительно выполнены с возможностью вращения вокруг общей оси. Таким образом, рабочие поршни ступени сжатия и ступени расширения могут быть прилегающими, непосредственно расположенными по соседству друг с другом в осевом направлении, то есть, вдоль оси вращения, так что газовые каналы между ступенями расширения и сжатия существенно укорочены по сравнению с традиционным решением, и задача, лежащая в основании изобретения, решена. Предпочтительно также друг за другом в осевом направлении и/или с возможностью вращения вокруг общей оси расположены вспомогательные поршни, которые взаимодействуют с рабочими поршнями с целью образования камер сжатия и расширения с переменным объемом, так что вращательные движения рабочих и вспомогательных поршней могут легко синхронизироваться.
Предпочтительно рабочие поршни ступени сжатия и ступени расширения расположены на общем валу. Предпочтительно рабочие поршни ступени сжатия и ступени расширения неподвижно соединены или выполнены как одно целое, или же в виде одного элемента. Благодаря этому ступень расширения может приводить ступень сжатия по принципу газовой турбины, почти без потерь, так что отсутствует необходимость расположения между ступенями расширения и сжатия муфты или силового передающего устройства.
Может оказаться полезным, если сжатый рабочий газ для воспламенения отводится в радиальном направлении внутрь, к оси вращения рабочих поршней. Благодаря этому объем внутри рабочего поршня ступени сжатия и/или ступени расширения может использоваться для воспламенения и сжигания рабочего газа, а газовые каналы между ступенями сжатия и расширения могут быть дополнительно укорочены по сравнению с традиционным решением.
В одном предпочтительном варианте изобретения ступень сжатия удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих требований.
- Сжатый рабочий газ проведен для воспламенения через рабочий поршень. Вследствие этого сжатый рабочий газ может быть введен по короткому пути в камеру воспламенения, расположенную внутри рабочего поршня. Благодаря коротким путям проведения образуются малые потери давления, а также высокая степень сжатия.
- Рабочий поршень содержит по меньшей мере одно отверстие, проходящее через него. Предпочтительно ступень сжатия, в частности, камера сжатия, образованная рабочим поршнем, корпусом и взаимодействующим с рабочим поршнем вспомогательным поршнем, может непосредственно сообщаться через отверстие с камерой воспламенения в определенном диапазоне угла поворота рабочего поршня. Чтобы предотвратить обратное протекание вытесняемого рабочего газа в камеру сжатия, между камерой сжатия и камерой воспламенения, предпочтительно в области отверстия, может быть расположен обратный клапан или же одноходовой клапан, который позволяет рабочему газу переходить лишь из камеры сжатия в камеру воспламенения, а не наоборот. Предпочтительно отверстие состоит из параллельных отверстий, которые находятся на расстоянии друг от друга в осевом направлении.
- Отверстие проходит через рабочий поршень, по существу, в радиальном направлении. Благодаря этому сжатый рабочий газ может вводиться в камеру воспламенения, расположенную внутри рабочего поршня, по кратчайшему пути. Вследствие этого образуются минимальные потери давления, а также особенно высокая степень сжатия.
- Рабочий поршень содержит боковую поверхность, которая вместе с корпусом роторно-поршневого двигателя образует по меньшей мере один участок кольцевой полости. В этом участке кольцевой полости во время непрерывного вращательного движения рабочего поршня рабочий газ может всасываться, перемешиваться и сжиматься.
- Боковая поверхность рабочего поршня является по существу цилиндрической. Благодаря этому участок кольцевой полости, образованный между корпусом и боковой поверхностью, может быть идеально уплотнен. Разумеется, боковая поверхность рабочего поршня может быть также выполнена вогнутой или выпуклой.
- Рабочий поршень включает в себя по меньшей мере одну заслонку, предпочтительно выступающую в радиальном направлении от боковой поверхности рабочего поршня. При непрерывном вращательном движении рабочего поршня заслонка обеспечивает то, что рабочий газ, вводимый в участок кольцевой полости, образованный между корпусом и боковой поверхностью, идеально всасывается, перемешивается и сжимается.
- Заслонка выполнена в поперечном сечении в форме эвольвенты. При этом боковые стороны заслонки образованы частями эвольвенты. Посредством этого может быть обеспечено, что рабочий поршень и вспомогательный поршень, если смотреть в поперечном сечении, особенно плотно расположены и хорошо уплотнены друг по отношению к другу в трех точках. Кроме того, образуются оптимальные условия протекания рабочего газа. Предпочтительно заслонка сужается от основания к вершине и образует в области гребня острый угол.
- Заслонка вместе с корпусом роторно-поршневого двигателя и боковой поверхностью рабочего поршня образует участок кольцевой полости, предпочтительно уплотненный со всех сторон. Благодаря этому рабочий объем ступени сжатия может быть разделен на несколько отдельных участков.
- Рабочий поршень содержит несколько заслонок, выступающих от боковой поверхности рабочего поршня с равномерными угловыми интервалами по отношению к оси вращения рабочего поршня. Благодаря этому может быть произвольно повышено количество рабочих циклов, протекающих за один оборот рабочего поршня.
- Рабочий поршень содержит три заслонки, выступающие от боковой поверхности рабочего поршня с угловыми интервалами 120° по отношению к оси вращения рабочего поршня. При наличии трех заслонок могут получаться особенно выгодные характеристики мощности двигателя.
- Отверстие оканчивается на боковой стороне заслонки, предпочтительно на боковой стороне заслонки, расположенной впереди по направлению вращения. Благодаря этому может оптимально использоваться объем камеры сжатия, и может быть достигнут особенно высокий коэффициент сжатия.
- Рабочий поршень выполнен в виде полого цилиндра с двойной стенкой, при этом внутренний цилиндр рабочего поршня предпочтительно имеет большую длину в осевом направлении, чем наружный цилиндр рабочего поршня. Благодаря такой конфигурации рабочий поршень имеет особенно стабильную конструктивную форму.
- Рабочий поршень взаимодействует с вспомогательным поршнем, чтобы образовать по меньшей мере одну камеру сжатия с переменным объемом. Предпочтительно рабочий поршень и вспомогательный поршень образуют вместе с корпусом камеру сжатия с уменьшающимся объемом, когда рабочий поршень и вспомогательный поршень обкатываются друг по другу в определенном направлении вращения.
- Рабочий поршень взаимодействует с вспомогательным поршнем, чтобы образовать по меньшей мере одну камеру всасывания с переменным объемом. Предпочтительно рабочий поршень и вспомогательный поршень образуют вместе с корпусом камеру всасывания с увеличивающимся объемом, когда рабочий поршень и вспомогательный поршень обкатываются друг по другу в определенном направлении вращения.
- Вспомогательный поршень содержит по существу цилиндрическую боковую поверхность.
- Вспомогательный поршень содержит выемки в количестве, согласованном с количеством заслонок рабочего поршня.
- при взаимной обкатке рабочего поршня и вспомогательного поршня по типу эвольвентного зацепления, предпочтительно без контакта, обеспечена возможность размещения заслонки в выемке с уплотнением.
- Рабочий поршень и вспомогательный поршень выполнены с возможностью вращения с принудительной синхронизацией.
- Ступень сжатия содержит регулируемый управляющий элемент, который периодически обеспечивает и предотвращает выпуск сжатого рабочего газа из ступени сжатия.
В еще одном предпочтительном варианте изобретения ступень расширения удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих требований.
- Воспламененный рабочий газ проведен для расширения в радиальном направлении наружу, от оси вращения рабочего поршня. Благодаря коротким путям проведения образуются малые потери давления и высокий коэффициент полезного действия роторно-поршневого двигателя.
- Воспламененный рабочий газ проведен для расширения через рабочий поршень ступени расширения. Благодаря этому воспламененный рабочий газ может направляться в камеру расширения по короткому пути. Вследствие этого образуются очень малые потери давления и очень высокий коэффициент полезного действия роторно-поршневого двигателя.
- Рабочий поршень содержит по меньшей мере одно отверстие, которое проходящее через него. Предпочтительно ступень расширения, в частности, камера расширения, образованная рабочим поршнем, корпусом и взаимодействующим с рабочим поршнем вспомогательным поршнем, может сообщаться через отверстие непосредственно с камерой воспламенения в определенном диапазоне угла поворота рабочего поршня. Предпочтительно отверстие, проходящее через рабочий поршень ступени расширения, имеет большую общую площадь поперечного сечения, чем отверстие, проходящее через рабочий поршень ступени сжатия.
- Отверстие проходит через рабочий поршень по существу в радиальном направлении. Благодаря этому воспламененный рабочий газ может проводиться в камеру расширения по кратчайшему пути. Вследствие этого образуются особенно малые потери давления и особенно высокий коэффициент полезного действия роторно-поршневого двигателя.
- Рабочий поршень содержит боковую поверхность, которая вместе с корпусом роторно-поршневого двигателя образует по меньшей мере один участок кольцевой полости. В этом участке кольцевой полости воспламененный рабочий газ может оптимально расширяться и выпускаться во время непрерывного вращательного движения рабочего поршня.
- Боковая поверхность рабочего поршня является по существу цилиндрической. Благодаря этому участок кольцевой полости, образованный между корпусом и боковой поверхностью, может быть идеально уплотнен. Разумеется, боковая поверхность рабочего поршня может быть также выполнена вогнутой или выпуклой.
- Рабочий поршень содержит по меньшей мере одну заслонку, предпочтительно выступающую от боковой поверхности рабочего поршня в радиальном направлении. При непрерывном вращательном движении рабочего поршня заслонка обеспечивает то, что энергия, высвобождаемая вследствие сгорания рабочего газа, оптимально воздействует на рабочий поршень и преобразуется в энергию вращения.
- Заслонка выполнена в поперечном сечении в форме эвольвенты. При этом боковые стороны заслонки образованы частями эвольвенты. Посредством этого может быть обеспечено, что рабочий поршень и вспомогательный поршень, если смотреть в поперечном сечении, особенно плотно расположены и хорошо уплотнены друг по отношению к другу в трех точках. Кроме того, образуются оптимальные условия протекания рабочего газа. Эта форма поперечного сечения благоприятствует условиям протекания расширяющегося рабочего газа в участке кольцевой полости, образованном между корпусом и боковой поверхностью.
- Заслонка вместе с корпусом роторно-поршневого двигателя и боковой поверхностью рабочего поршня образует участок кольцевой полости, предпочтительно уплотненный со всех сторон. Благодаря этому рабочий объем ступени расширения может быть разделен на несколько отдельных участков.
- Рабочий поршень содержит несколько заслонок, выступающих от боковой поверхности рабочего поршня с равномерными угловыми интервалами по отношению к оси вращения рабочего поршня. Благодаря этому может быть произвольно повышено количество рабочих циклов, протекающих за один оборот рабочего поршня.
- Рабочий поршень содержит три заслонки, выступающие от боковой поверхности рабочего поршня с угловыми интервалами 120° по отношению к оси вращения рабочего поршня. При наличии трех заслонок могут получаться особенно выгодные характеристики мощности двигателя.
- Отверстие оканчивается на боковой стороне заслонки, предпочтительно на боковой стороне заслонки, расположенной сзади по направлению вращения. Благодаря этому энергия расширения воспламененного рабочего газа может дополнительно использоваться в качестве привода для ускорения рабочего поршня. Предпочтительно отверстие, оканчивающееся на боковой стороне заслонки, действует в качестве сопла, так что на рабочий поршень при выпуске рабочего газа действует вращающий момент.
- Рабочий поршень выполнен в виде одностенного цилиндра. В этом конструктивном варианте рабочий поршень может быть экономично изготовлен.
- Рабочий поршень взаимодействует с вспомогательным поршнем, чтобы образовать по меньшей мере одну камеру расширения с переменным объемом. Предпочтительно рабочий поршень и вспомогательный поршень образуют вместе с корпусом камеру расширения с увеличивающимся объемом, когда рабочий поршень и вспомогательный поршень обкатываются друг по другу в определенном направлении вращения.
- Вспомогательный поршень содержит по существу цилиндрическую боковую поверхность.
- Вспомогательный поршень содержит выемки в количестве, согласованном с количеством заслонок рабочего поршня.
- при взаимной обкатке рабочего поршня и вспомогательного поршня по типу эвольвентного зацепления, предпочтительно без контакта, обеспечена возможность размещения заслонки в выемке с уплотнением.
- Рабочий поршень и вспомогательный поршень выполнены с возможностью вращения с принудительной синхронизацией.
- Ступень расширения содержит регулируемый управляющий элемент, который периодически обеспечивает и предотвращает проникновение воспламененного рабочего газа в ступень расширения.
Предпочтительно роторно-поршневой двигатель содержит камеру воспламенения, которая удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих требований.
- Камера воспламенения расположена по меньшей мере частично в радиальном направлении внутри рабочего поршня ступени сжатия и/или в радиальном направлении внутри рабочего поршня ступени расширения. Это расположение является особенно компактным.
- Камера воспламенения выполнена с возможностью сообщения со ступенью сжатия, в частности, с камерой сжатия, в предпочтительно регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня. Благодаря этому сжатый рабочий газ вводится в камеру воспламенения не моментально. В результате могут быть достигнуты лучшие характеристики сгорания. Оптимальный момент времени воспламенения и оптимальный интервал времени для введения рабочего газа в камеру воспламенения варьируют в соответствии с условиями работы роторно-поршневого двигателя. Предусмотренная согласно изобретению возможность регулирования интервала времени для введения рабочего газа в камеру воспламенения и/или предусмотренная согласно изобретению возможность регулирования момента времени воспламенения по отношению к угловому положению рабочего поршня ступени сжатия могут существенно улучшить мощность роторно-поршневого двигателя.
- Камера воспламенения выполнена с возможностью сообщения со ступенью расширения, в частности, с камерой расширения, в предпочтительно регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня. Благодаря этому воспламененный рабочий газ вводится в камеру расширения не моментально. В результате могут быть достигнуты лучшие характеристики расширения. В частности, заслонка рабочего поршня может нагружаться силой расширяющегося рабочего газа под прямым углом. Таким образом, может быть обеспечена возможность максимального использования энергии расширения рабочего газа. Оптимальный интервал времени для введения рабочего газа в камеру расширения варьируют в соответствии с условиями работы роторно-поршневого двигателя. Предусмотренная согласно изобретению возможность регулирования интервала времени для введения рабочего газа в камеру расширения по отношению к угловому положению рабочего поршня ступени расширения может существенно улучшить мощность роторно-поршневого двигателя.
- Камера воспламенения не выполнена с возможностью сообщения ни со ступенью сжатия, ни со ступенью расширения, в предпочтительно регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня. Благодаря этому сжатый рабочий газ может заключаться в камере воспламенения даже без особых клапанов.
- Камера воспламенения содержит подвод, выполненный с возможностью сообщения через отверстие с камерой сжатия в предпочтительно регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня ступени сжатия.
- Камера воспламенения содержит отвод, выполненный с возможностью сообщения через отверстие с камерой расширения в предпочтительно регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня ступени расширения.
- Камера воспламенения содержит свечу зажигания, которая ориентированную по существу параллельно оси вращения рабочих поршней.
- Камера воспламенения расположена по меньшей мере частично в осевом направлении внутри рабочего поршня ступени сжатия и/или по меньшей мере частично в осевом направлении внутри рабочего поршня ступени расширения.
- Камера воспламенения выполнена по меньшей мере частично внутри рабочего поршня ступени сжатия и/или по меньшей мере частично внутри рабочего поршня ступени расширения, при этом участки камеры воспламенения предпочтительно расположены со смещением друг по отношению к другу в радиальном направлении и/или в окружном направлении, и предпочтительно имеют различную величину.
- Камера воспламенения расположена эксцентрично по отношению к оси рабочего поршня ступени сжатия и/или эксцентрично по отношению к оси рабочего поршня ступени расширения, при этом расстояние от камеры воспламенения до оси рабочего поршня предпочтительно больше, чем расстояние от камеры воспламенения до боковой поверхности рабочего поршня.
- Выход камеры воспламенения расположен смещенным в радиальном и/или в окружном направлении по отношению к входу камеры воспламенения, предпочтительно в радиальном направлении снаружи входа камеры воспламенения, и/или смещенным по отношению к входу камеры воспламенения по направлению вращения рабочего поршня.
Предпочтительно роторно-поршневой двигатель имеет управляющую консоль, которая удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих требований.
Управляющая консоль расположена в корпусе роторно-поршневого двигателя с возможностью перестановки, предпочтительно с возможностью поворота.
- Управляющая консоль выполнена с возможностью поворота вокруг оси вращения рабочих поршней по отношению к корпусу роторно-поршневого двигателя на угол ±30°, предпочтительно ±20°, более предпочтительно ±10°, особенно предпочтительно ±5°.
- Камера воспламенения и/или впуск камеры воспламенения, и/или выпуск камеры воспламенения, и/или свеча зажигания расположены в управляющей консоли.
- Управляющая консоль включает в себя первый цилиндрический участок, расположенный в радиальном направлении внутри рабочего поршня ступени сжатия. Этот участок предпочтительно не выполняет функции опоры и находится на незначительном расстоянии от внутреннего цилиндра и/или от наружного цилиндра рабочего поршня ступени сжатия, так что соответственно образуется зазор. Однако при необходимости между первым цилиндрическим участком управляющей консоли и рабочим поршнем ступени сжатия может быть предусмотрен радиальный шарикоподшипник. Предпочтительно первый цилиндрический участок включает в себя впуск камеры воспламенения, который содержит проходящий по боковой поверхности в окружном направлении желобок или паз. Этот желобок или паз в соответствующем диапазоне угла поворота рабочего поршня ступени сжатия перекрывается отверстием в рабочем поршне ступени сжатия и может сообщаться с этим отверстием, так что сжатый рабочий газ может втекать в камеру воспламенения. Предпочтительно по направлению вращения рабочего поршня ступени сжатия в конце желобка или паза находится отверстие, через которое желобок или паз может сообщаться с каналом, ведущим в камеру воспламенения. Предпочтительно для каждого отверстия в заслонке на рабочем поршне ступени сжатия предусмотрен соответствующий желобок или паз.
- Управляющая консоль включает в себя второй цилиндрический участок, расположенный в радиальном направлении внутри рабочего поршня ступени расширения. Этот участок предпочтительно не выполняет функции опоры и находится на незначительном расстоянии от рабочего поршня ступени расширения, так что образуется зазор. Однако при необходимости между вторым цилиндрическим участком управляющей консоли и рабочим поршнем ступени расширения может быть предусмотрен радиальный шарикоподшипник. Предпочтительно управляющая консоль включает в себя на боковой поверхности второго цилиндрического участка выпуск камеры воспламенения, содержащий по меньшей мере одно проходящее в окружном направлении отверстие, которое в соответствующем диапазоне угла поворота рабочего поршня ступени расширения перекрывается отверстием в рабочем поршне ступени расширения и может сообщаться с этим отверстием. Предпочтительно для каждого выпуска камеры воспламенения предусмотрено соответствующее отверстие в заслонке на рабочем поршне ступени расширения.
Предпочтительно роторно-поршневой двигатель имеет корпус, который удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих требований.
- Корпус сооружен составным из элементов, имеющих по существу форму пластины. Модульная конструкция облегчает монтаж корпуса.
- Корпус содержит переднюю крышку корпуса, корпусную раму для ступени сжатия, корпусную раму для ступени расширения и заднюю крышку корпуса. Благодаря отдельным корпусным рамам для ступени сжатия и ступени расширения, а также расположенным по обеим сторонам крышкам корпуса соответствующие конструкционные элементы могут монтироваться оптимальным образом.
- По меньшей мере два корпусных элемента уплотнены друг по отношению к другу. Благодаря этому при работе роторно-поршневого двигателя образуются малые потери давления и высокий коэффициент полезного действия.
- Корпус имеет по существу прямоугольный контур. Эта конструкционная форма является особенно компактной и стабильной.
- Корпус имеет устройство сопряжения для подвода топлива и/или устройство сопряжения для циркуляционного контура охлаждения корпуса, и/или устройство сопряжения для циркуляционного контура охлаждения управляющей консоли, и/или выпуск отработавших газов, и/или устройства сопряжения для передачи данных и сигналов. Благодаря этому роторно-поршневой двигатель согласно изобретению может быль легко подключен к существующему оборудованию.
- Корпус содержит подвод топлива, в котором расположен шариковый обратный клапан.
Предпочтительно роторно-поршневой двигатель содержит по меньшей мере один вал, который удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих требований.
- Вал расположен в корпусе с возможностью вращения.
- Вал полностью проходит через корпус и выступает из него на противоположных сторонах.
- Вал выполнен в качестве рабочего вала, на котором жестко или с возможностью перестановки расположены рабочий поршень ступени сжатия и/или рабочий поршень ступени расширения.
- Вал выполнен в качестве вспомогательного вала, на котором жестко или с возможностью перестановки расположены вспомогательный поршень ступени сжатия и/или вспомогательный поршень ступени расширения.
- Рабочий и вспомогательный валы соединены друг с другом посредством передачи.
- Передача выполнена в виде зубчатой передачи.
- Зубчатые колеса зубчатой передачи расположены вне корпуса.
- Зубчатые колеса зубчатой передачи выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес, предпочтительно косозубых.
- Передаточное отношение передачи составляет 1:1.
Предпочтительно роторно-поршневой двигатель имеет по меньшей мере один циркуляционный контур охлаждения. Предпочтительно роторно-поршневой двигатель имеет по меньшей мере два отдельных циркуляционных контура охлаждения, например, для корпуса и/или для управляющей консоли.
Предпочтительно роторно-поршневой двигатель содержит карбюратор для приготовления рабочего газа.
Также предпочтительно роторно-поршневой двигатель имеет впрыскивающее устройство для впрыска рабочего газа в ступень сжатия или в камеру воспламенения.
Предпочтительно начало и/или конец диапазона угла поворота могут регулироваться, и/или диапазон угла поворота может сдвигаться в целом. В первом регулируемом диапазоне угла поворота камера воспламенения предпочтительно может сообщаться только со ступенью сжатия, во втором регулируемом диапазоне угла поворота она предпочтительно не может сообщаться ни со ступенью сжатия, ни со ступенью расширения, а в третьем регулируемом диапазоне угла поворота она предпочтительно может сообщаться только со ступенью расширения. Роторно-поршневой двигатель согласно этому аспекту изобретения может комбинироваться с любым из признаков, упомянутых в описании и в формуле изобретения.
Предпочтительно диапазон угла поворота соответствующего рабочего поршня, в котором камера воспламенения может сообщаться со ступенью сжатия и/или со ступенью расширения, выполнен с возможностью управления или регулирования им в зависимости от измеряемой величины, предпочтительно частоты вращения соответствующего рабочего поршня. Предпочтительно являются регулируемыми или управляемыми начало и/или конец диапазона угла поворота, и/или диапазон угла поворота может смещаться в целом.
Еще один следующий аспект изобретения относится к роторно-поршневому двигателю, включающему в себя ступень сжатия и ступень расширения, соответственно содержащие вращающийся рабочий поршень для сжатия или же расширения рабочего газа, а также камеру воспламенения для воспламенения и сжигания рабочего газа, при этом камера воспламенения по меньшей мере частично расположена в радиальном направлении внутри рабочего поршня ступени сжатия и/или в радиальном направлении внутри рабочего поршня ступени расширения. Роторно-поршневой двигатель согласно этому аспекту изобретения может комбинироваться с любым из признаков, упомянутых в описании и в формуле изобретения.
Согласно одному из вариантов выполнения роторно-поршневой двигатель выполнен в качестве двигателя с воспламенением от сжатия, работающего на бензине. Предпочтительно роторно-поршневой двигатель содержит спираль накаливания для воспламенения рабочего газа в камере воспламенения. Спираль накаливания предпочтительно расположена на корпусе с возможностью перестановки, чтобы обеспечить точное самостоятельное воспламенение. Предпочтительно роторно-поршневой двигатель содержит клапан впрыска, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру воспламенения. Клапан впрыска предпочтительно расположен на корпусе с возможностью перестановки. Благодаря этому может быть обеспечено, что момент времени впрыска и момент времени воспламенения происходят одновременно. Альтернативно топливо впрыскивают уже в ступени сжатия или же во всасывающем канале.
Согласно одному варианту выполнения для повышения коэффициента полезного действия роторно-поршневого двигателя предприняты мероприятия для обратного получения энергии из отработанных газов. Предпочтительно из отработанных газов роторно-поршневого двигателя при помощи по меньшей мере одного теплообменника и/или по меньшей мере по меньшей мере одной турбины энергию отбирают и возвращают в роторно-поршневой двигатель. Полученная из отработанных газов энергия может также использоваться для работы других компонентов, потребляющих энергию. Предпочтительно отработанный газ используют для нагревания и/или для предварительного сжатия всасываемого воздуха.
Следующие выгодные усовершенствования изобретения получаются вследствие комбинации признаков и частичных признаков, упомянутых в формуле изобретения и в описании.
Краткое описание чертежей
На чертежах изображено:
фиг. 1 - вид сбоку роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 2 - вид спереди роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 3 - сечение III-III согласно фиг. 2, которое проходит через рабочий и вспомогательный валы,
фиг. 4 - перспективный вид передней стороны роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 5 - другой перспективный вид передней стороны роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 6 - перспективный вид задней стороны роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 7 - вид сзади роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 8 - перспективный вид частично в сечении задней стороны роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 9 - перспективный вид частично в сечении рабочего вала роторно-поршневого двигателя согласно изобретению с управляющей консолью и без цилиндрического зубчатого колеса,
фиг. 10 - перспективный вид рабочего вала роторно-поршневого двигателя согласно изобретению с управляющей консолью и цилиндрическим зубчатым колесом,
фиг. 11 - другой перспективный вид рабочего вала роторно-поршневого двигателя согласно изобретению с управляющей консолью и цилиндрическим зубчатым колесом,
фиг. 12 - перспективный вид рабочего вала и вспомогательного вала роторно-поршневого двигателя согласно изобретению в соединенном состоянии,
фиг. 13 - перспективный вид управляющей консоли роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 14 - другой перспективный вид управляющей консоли роторно-поршневого двигателя согласно изобретению,
фиг. 15 - изображение в разобранном виде рабочего вала роторно-поршневого двигателя согласно изобретению с управляющей консолью,
фиг. 16 - перспективный вид частично в сечении рабочего вала и управляющей консоли роторно-поршневого двигателя согласно изобретению в надлежащем монтажном положении, без цилиндрического зубчатого колеса,
фиг. 17 - перспективный вид передней стороны роторно-поршневого двигателя согласно изобретению в надлежащем монтажном положении, без цилиндрических зубчатых колес и передней крышки корпуса,
фиг. 18 - роторно-поршневой двигатель согласно изобретению в надлежащем монтажном положении, без цилиндрических зубчатых колес и передней крышки корпуса, в рабочем состоянии ступени сжатия,
фиг. 19 - схематическое изображение роторно-поршневого двигателя согласно изобретению, без цилиндрических зубчатых колес и передней крышки корпуса, в первом рабочем состоянии ступени расширения,
фиг. 20 - схематическое изображение роторно-поршневого двигателя согласно изобретению, без цилиндрических зубчатых колес и передней крышки корпуса, во втором рабочем состоянии ступени расширения,
фиг. 21 - схематический вид в сечении части роторно-поршневого двигателя согласно второму варианту выполнения изобретения,
фиг. 22 - схематический вид в сечении части роторно-поршневого двигателя согласно третьему варианту выполнения изобретения,
фиг. 23 - схематический вид сбоку рабочего и вспомогательного валов роторно-поршневого двигателя согласно третьему варианту выполнения изобретения, при этом рабочие и вспомогательные поршни ступеней расширения и сжатия показаны наложенными друг на друга,
фиг. 24 - схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя согласно четвертому варианту выполнения изобретения,
фиг. 25 - схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения,
фиг. 26 - схематический вид сбоку рабочего и вспомогательного валов роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения, на котором рабочие и вспомогательные поршни ступеней расширения и сжатия частично показаны наложенными друг на друга,
фиг. 27 - схематический вид в сечении рабочего вала роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения,
фиг. 28 - схематический вид сбоку рабочего вала роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом рабочие поршни ступени расширения и ступени сжатия показаны наложенными друг на друга,
фиг. 29A-29B - схематические виды сбоку рабочего и вспомогательного поршней ступени сжатия роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг.29А показаны рабочий и вспомогательный поршни ступени сжатия при угловом положении в начале заполнения камеры воспламенения, в то время как на фиг.29 В показаны рабочий и вспомогательный поршни ступени сжатия в конце заполнения камеры воспламенения,
фиг. 30A-30B - схематические виды сбоку рабочего и вспомогательного поршней ступени расширения роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 30A показаны рабочий и вспомогательный поршни ступени расширения при угловом положении в начале выпуска из камеры воспламенения, в то время как на фиг. 30B показаны рабочий и вспомогательный поршни ступени расширения в конце выпуска из камеры воспламенения,
фиг. 31A, 31B и 31C - различные виды управляющего кольца ступени сжатия роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 31A показано сечение A-B согласно фиг. 31C, на фиг. 31B показан вид A согласно фиг. 31C, а на фиг. 31C показано сечение C-D согласно фиг.31 А,
фиг. 32A, 32B и 32C - различные виды управляющего кольца ступени расширения роторно-поршневого двигателя согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 32A показано сечение E-F согласно фиг. 32C, на фиг. 32B показан вид B согласно фиг. 32C, а на фиг. 32C показано сечение G-H согласно фиг. 32A,
фиг. 33 - схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя согласно шестому варианту выполнения изобретения.
Детальное описание предпочтительного варианта выполнения
Первый вариант выполнения:
Строение роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению вместе с его отдельными составными частями детально описано ниже со ссылками на фиг. 1-18.
Корпус
На фиг. 1 показан вид сбоку роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению. Корпус 10 роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению включает в себя переднюю крышку 101 корпуса, корпусную раму 102 для ступени 2 сжатия, корпусную раму 103 для ступени 3 расширения и заднюю крышку 104 корпуса. Элементы рамы совместно удерживаются посредством соединительных средств, например, в виде резьбовых пальцев 105, которые проходят через корпусные рамы 102, 103 и переднюю и заднюю крышки 101 и 104 корпуса. На корпусе находятся различные периферийные устройства сопряжения, например, присоединительные элементы 11 для подачи топлива (фиг. 2), присоединительные элементы 12 (фиг. 2) для циркуляционного контура охлаждения корпуса, присоединительные элементы 13 для циркуляционного контура охлаждения управляющей консоли, выхлопная труба или же выпуск 14, присоединительный элемент для свечей 15 зажигания, кабель 16 зажигания, а также регулирующее устройство 17 для управляющей консоли 6. Дополнительно могут быть предусмотрены присоединительные элементы для электронной передачи данных и/или сигналов. Через корпус проходят рабочий вал 4 и параллельно нему вспомогательный вал 5, которые находятся в зубчатом зацеплении посредством цилиндрических зубчатых колес 40, 50, находящихся снаружи корпуса 10, так что вращательные движения рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5 соответственно связаны и принудительно синхронизированы. В отверстии корпуса размещена так называемая управляющая консоль 6, которая выполнена с возможностью поворота по отношению к корпусу 10 вокруг оси вращения рабочего вала 4, при этом угловое положение управляющей консоли 6 по отношению к корпусу 10 может изменяться посредством регулирующего устройства 17.
На фиг. 2 показан вид спереди роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению. Видно, что корпус 10 имеет по существу прямоугольный контур со скругленными с верхней и нижней сторон углами, центры кривизны которых совпадают с осями вращения рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5. Глубина корпуса 10, измеренная вдоль осей вращения рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5 на соответствующих наружных сторонах передней и задней крышек 101, 104 корпуса, составляет, например, примерно 175 мм при общей высоте примерно 465 мм. Рабочий и вспомогательный валы 4, 5 выступают примерно на 87 мм за переднюю крышку 101 корпуса. Выхлопная труба 14 выступает примерно на 124 мм за наружную сторону задней крышки 104 корпуса. В соответствии с этим общая глубина роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению, измеренная вдоль осей вращения рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5 от выступающих за переднюю крышку 101 корпуса рабочего и вспомогательного валов 4, 5 до конца выхлопной трубы 14, составляет примерно 386 мм. Общая ширина корпуса без выхлопной трубы 14, измеренная перпендикулярно осям вращения рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5, составляет, например, 311 мм, а вместе с выхлопной трубой, например, 373 мм. Размеры корпуса 10 могут варьироваться в зависимости от требуемой номинальной мощности роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению.
На фиг. 3 показано сечение III-III согласно фиг. 2, которое проходит через рабочий и вспомогательный валы 4, 5 роторно-поршневого двигателя. В сечении снова изображены составные части корпуса 10, а именно, передняя крышка 101 корпуса, корпусная рама 102 для ступени 2 сжатия, корпусная рама 103 для ступени 3 расширения, а также задняя крышка 104 корпуса. Рабочий вал 4 установлен с возможностью вращения по отношению к корпусу 10, или же передней крышке 101 корпуса, и по отношению к управляющей консоли 6 посредством нескольких подшипников качения, предпочтительно радиально-упорных шарикоподшипников, и в соответствии с этим может вращаться относительно корпуса 10, а также управляющей консоли 6. На рабочем валу 4 жестко расположены рабочий поршень 20 ступени 2 сжатия и рабочий поршень 30 ступени 3 расширения. Вспомогательный вал 5 установлен с возможностью вращения по отношению к корпусу 10, или же передней и задней крышкам 101, 104 корпуса, посредством нескольких подшипников качения, предпочтительно радиально-упорных шарикоподшипников, и в соответствии с этим может вращаться по отношению к корпусу 10. На вспомогательном валу 5 жестко расположены вспомогательный поршень 25 ступени 2 сжатия и вспомогательный поршень 35 ступени 3 расширения. Благодаря применению радиально-упорных шарикоподшипников можно установить осевое расстояние рабочих поршней 20, 30 или же вспомогательных поршней 25, 35 в корпусе 10 таким образом, что они не касаются внутренней стороны стенки корпуса, и между рабочими поршнями 20, 30 или же вспомогательными поршнями 25, 35 и корпусом образуется минимальное расстояние.
Рабочий поршень ступени сжатия
Рабочий поршень 20 ступени 2 сжатия имеет по существу конфигурацию в форме полого цилиндра с двойной стенкой. Внутренний цилиндр рабочего поршня 20 проходит почти по всей ширине корпусных рам 102, 103 корпуса 10 и сидит непосредственно на рабочем валу 4, в то время как наружная боковая поверхность 22 наружного цилиндра образует вместе с корпусной рамой 102 ступени 2 сжатия несколько разделенных заслонками 23 камер 2a, 2b, 2c (фиг. 18) для всасывания, перемешивания и сжатия рабочего газа или же топливно-воздушной смеси. Камеры 2a, 2b, 2c (фиг. 18) выполнены в виде участков кольцевой полости. Рабочий поршень 20 ступени 2 сжатия содержит на одну заслонку 23 одно отверстие 21, проходящее через наружный цилиндр рабочего поршня 10 (фиг. 9) и выполненное по направлению вращения перед каждой заслонкой 23, выступающей в радиальном направлении за боковую поверхность 22. Отверстие 21 включает в себя три параллельных отверстия, которые проходят в радиальном направлении через наружный цилиндр рабочего поршня 20, чтобы иметь возможность сообщения с камерой 60 воспламенения роторно-поршневого двигателя 1 в определенных диапазонах угла поворота рабочего поршня 20.
Рабочий поршень ступени расширения
Соосно с внутренним цилиндром рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия расположен по существу цилиндрический рабочий поршень 30 ступени 3 расширения. Наружная боковая поверхность 32 рабочего поршня 30 ступени 3 расширения образует вместе с корпусной рамой 103 ступени 3 расширения несколько разделенных заслонками 33 и выполненных в виде участков кольцевой полости камер 3a, 3b, 3c (фиг. 19 и 20) для расширения воспламененного рабочего газа. Рабочий поршень 30 ступени 3 расширения содержит на одну заслонку 33 по меньшей мере одно отверстие 31 (фиг. 9), которое выполнено по направлению вращения позади каждой заслонки 33, выступающей в радиальном направлении за боковую поверхность 32. Отверстие 31 проходит через рабочий поршень 30 ступени 3 расширения в радиальном направлении, чтобы иметь возможность сообщения с камерой 60 воспламенения роторно-поршневого двигателя 1 по меньшей мере в одном заданном диапазоне угла поворота рабочего поршня 30.
Разделение ступени сжатия и ступени расширения
Между передней крышкой 101 корпуса и рабочим поршнем 20 ступени 2 сжатия, между рабочим поршнем 20 ступени 2 сжатия и рабочим поршнем 30 ступени 3 расширения, а также между рабочим поршнем 30 ступени расширения 3 и задней крышкой 104 корпуса расположены кольцевые разделительные диски, которые предпочтительно жестко расположены на рабочем валу 4 и которые ограничивают в осевом направлении камеры ступеней 2, 3 сжатия и расширения, выполненные в виде участков кольцевых полостей. Разделительный диск между рабочими поршнями 20, 30 ступеней 2, 3 сжатия и расширения предпочтительно образует лабиринтное уплотнение, чтобы предотвратить переход рабочего газа из одной из камер 2a, 2b, 2c (фиг. 18) ступени 2 сжатия в одну из камер 3a, 3b, 3c (фиг. 19 и 20) ступени 3 расширения.
Управляющая консоль
Управляющая консоль 6 выполнена с возможностью поворота относительно корпуса 10, при этом угловое положение управляющей консоли 6 по отношению к корпусу 10 может регулироваться в заданном угловом диапазоне посредством приведения в действие регулирующего устройства 17. Наружный цилиндр рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия скользит без контакта по первому цилиндрическому участку 61 управляющей консоли 6, в то время как рабочий поршень 30 ступени 3 расширения скользит без контакта по второму цилиндрическому участку 66 управляющей консоли 6. Второй цилиндрический участок 66 управляющей консоли 6 имеет незначительно больший диаметр по сравнению с первым цилиндрическим участком 61 управляющей консоли 6. Управляющая консоль 6 (фиг. 13) обеспечивает возможность регулирования втекания и вытекания рабочего газа в камеру 60 воспламенения и из нее в зависимости от углового положения рабочих поршней 20, 30. Посредством приведения в действие управляющего устройства 17 управляющая консоль 6 может поворачиваться вокруг оси вращения рабочих поршней 20, 30 ступеней 2, 3 сжатия и расширения по отношению к корпусу 10 на угол примерно ±10°. Внутри управляющей консоли 6 расположены или же выполнены камера 60 воспламенения, впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения с радиальными отверстиями 63 и осевым соединительным отверстием 64, входящим в камеру 60 воспламенения, выпуск камеры воспламенения и свеча 65 зажигания. Свеча 65 зажигания надлежащим образом ориентирована по существу параллельно оси вращения рабочих поршней 20, 30. Первый цилиндрический участок 61 управляющей консоли 6 надлежащим образом расположен в радиальном направлении внутри рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия, в то время как второй цилиндрический участок 66 управляющей консоли 6 надлежащим образом расположен в радиальном направлении внутри рабочего поршня 30 ступени 3 расширения. Камера 60 воспламенения выполнена во втором цилиндрическом участке 66 управляющей консоли бив соответствии с этим находится надлежащим образом в радиальном направлении внутри рабочего поршня 30 ступени 3 расширения. В примерном варианте выполнения камера 60 воспламенения имеет объем 13,44 см3. Она, например, выфрезерована в управляющей консоли 6 посредством концевой фрезы. Радиальные входные отверстия 63 на передних по направлению вращения рабочих поршней 20, 30 концах желобков 62, а также ведущее в камеру 60 воспламенения поперечное или же соединительное отверстие 64, которое проходит в осевом направлении параллельно осям вращения рабочих поршней 20, 30, имеют по отношению к объему сжатия максимально большой диаметр, так что могут быть достигнуты минимальное сопротивление потоку и максимальное сжатие. Выпуск камеры воспламенения проходит во втором цилиндрическом участке 66 управляющей консоли 6 в ее окружном направлении в угловом интервале примерно 60°. Благодаря тому, что камера 60 воспламенения расположена в управляющей консоли 6, выполненной с возможностью поворота относительно корпуса 10, она может сообщаться со ступенью 2 сжатия и ступенью 3 расширения в регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня 20 или же рабочего поршня 30. В частности, впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения может сообщаться через отверстие 21 в рабочем поршне 20 ступени 2 сжатия с камерой сжатия в регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия, в то время как выпуск камеры воспламенения может сообщаться через отверстие 31 в рабочем поршне 30 ступени 3 расширения с камерой расширения в регулируемом диапазоне угла поворота рабочего поршня 30 ступени 3 расширения. Предпочтительно впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения, а также выпуск камеры воспламенения заблокированы в регулируемом диапазоне углов поворота рабочего поршня 20 или же рабочего поршня 30, так что камера 60 воспламенения не может сообщаться ни со ступенью 2 сжатия, ни со ступенью 3 расширения, и сжатый рабочий газ заключен в камере 60 воспламенения. В этом диапазоне угла поворота предпочтительно происходит воспламенение сжатого рабочего газа.
Вспомогательный поршень ступени сжатия
Как видно в сечении согласно фиг. 3, боковая поверхность 22 рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия обкатывается по боковой поверхности вспомогательного поршня 25 ступени 2 сжатия по типу эвольвентного зубчатого зацепления, в идеальном случае без контакта, при этом выступающие в радиальном направлении за боковую поверхность 22 рабочего поршня 20 эвольвентные заслонки 23 входят с угловыми интервалами 120° в соответствующие выемки 26, предусмотренные в форме желобков в боковой поверхности вспомогательного поршня 25.
Вспомогательный поршень ступени расширения
Соответствующим образом боковая поверхность 32 рабочего поршня 30 ступени 3 расширения обкатывается по боковой поверхности вспомогательного поршня 35 ступени 3 расширения по типу эвольвентного зубчатого зацепления, в идеальном случае без контакта, при этом выступающие в радиальном направлении за боковую поверхность 32 рабочего поршня 30 эвольвентные заслонки 33 входят с угловыми интервалами 120° в соответствующие выемки 36 в боковой поверхности вспомогательного поршня 35. При обкатке рабочего и вспомогательного валов 4, 5 разделительные диски между рабочими поршнями 20, 30 и корпусными элементами 101, 104 входят с уплотнением в соответствующие выемки вспомогательных поршней 25, 35.
Во избежание повторений в отношении номеров позиций на последующих чертежах делается ссылка на приведенное выше описание.
На фиг. 4 и 5 показаны различные перспективные виды передней стороны, на фиг. 6 - перспективный вид задней стороны, а на фиг. 7 - вид сзади роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению. На задней стороне корпуса 10 находится шкала, на которой указано угловое положение управляющей консоли 6 по отношению к корпусу 10.
На фиг. 8 показан перспективный вид частично в сечении задней стороны роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению. С целью лучшей наглядности не показаны части передней и задней крышек 101, 104 корпуса, а также корпусных рам 102, 103 ступени 2 сжатия и ступени 3 расширения. Видно, что заслонки 23, 33 рабочих поршней 20, 30 ориентированы по отношению к общей оси вращения с одинаковыми углами и угловыми интервалами. Кроме того видно, что разделительные диски между рабочими поршнями 20, 30 и корпусными элементами 101, 104 при обкатке рабочего и вспомогательного валов 4, 5 входят с уплотнением в соответствующие выемки вспомогательных поршней 25, 35. Также видно, что камеры 2a, 2b, 2c (фиг. 18) ступени 2 сжатия и камеры 3a, 3b, 3c (фиг. 19 и 20) ступени 3 расширения образуются между боковыми поверхностями 22, 32, выемками и заслонками 23, 33 рабочих и вспомогательных поршней 20, 25, 30, 35 благодаря согласованности рабочих поршней 20, 30 с вспомогательными поршнями 25, 35, разделительными дисками и корпусом 10.
На фиг. 9 показан перспективный вид частично в сечении рабочего вала 4 роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению вместе с управляющей консолью 6. С целью лучшей наглядности не показаны цилиндрическое зубчатое колесо и разделительный диск роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению, предусмотренный между рабочим поршнем 20 ступени 2 сжатия и передней крышкой 101 корпуса.
На фиг. 10 и 11 показаны различные перспективные виды рабочего вала 4 в надлежащем монтажном положении, а на фиг.12 показан перспективный вид рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5 в соединенном состоянии посредством расположенных со стороны концов косозубых цилиндрических зубчатых колес 40, 50, посредством которых связаны и принудительно синхронизированы вращательные движения рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5.
На фиг. 13 показан перспективный вид управляющей консоли 6 роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению. На фиг. 14 показан другой перспективный вид управляющей консоли 6. На фиг. 15 показано изображение в разобранном виде рабочего вала 4 с расположенной соосно с ним управляющей консолью 6. На фиг. 16 показан перспективный вид частично в сечении рабочего вала 4 и управляющей консоли 6 в надлежащем монтажном положении, а на фиг. 17 и 18 показан роторно-поршневой двигатель 1 согласно изобретению в надлежащем монтажном положении, без цилиндрических зубчатых колес и передней крышки 101 корпуса в рабочем состоянии ступени 2 сжатия. На фиг.19 и 20 схематически показан роторно-поршневой двигатель 1 согласно изобретению, без цилиндрических зубчатых колес и без передней крышки 101 корпуса, в первом и во втором рабочих состояниях ступени расширения.
Принцип функционирования роторно-поршневого двигателя 1 согласно изобретению детально поясняется ниже со ссылками на фиг.18-20.
Стрелки на фиг. 18-20 показывают надлежащие направления вращения рабочих поршней 20, 30 и вспомогательных поршней 25, 35. На изображениях на фиг.18-20 рабочие поршни 20, 30 вращаются по часовой стрелке, а вспомогательные поршни 25, 35 - против часовой стрелки. На фиг.18 и 19 показаны положения заслонок 23, 33 рабочих поршней 20, 30 в момент времени воспламенения, то есть, в конце сжатия и перед началом расширения. Смещенные соответственно на 120° заслонки 23, 33 рабочих поршней 20, 30 ступени 2 сжатия и ступени 3 расширения соответственно образуют при взаимодействии с соответствующими вспомогательными поршнями 25, 35 и корпусом 10 три камеры 2a, 2b, 2c (фиг. 18) или же 3a, 3b, 3c (фиг. 19), образованные в виде участков кольцевых полостей. При обкатке рабочего поршня 20, 30 и соответствующего вспомогательного поршня 25, 35 по типу эвольвентного зубчатого зацепления одна из камер 2a, 2b, 2c (фиг. 18) ступени 2 сжатия и одна из камер 3a, 3b, 3c (фиг. 19) ступени 3 расширения соответственно разделяются на две части посредством герметично прилегающих друг к другу рабочих поршней 20, 30 и соответствующих вспомогательных поршней 25, 35. На фиг. 20 показана разделенная на две части камера 3c/3c* ступени 3 расширения с участками 3c* и 3c камеры. Герметичное расположение рабочего поршня 30 и соответствующего вспомогательного поршня 35 осуществляет затвор между обоими участками 3c* и 3c камеры, уплотненный посредством масляной пленки. Камера ступени 2 сжатия также разделена на две части посредством герметичного расположения рабочего поршня 20 и соответствующего вспомогательного поршня 25, при этом образуется затвор между обоими участками камеры. В этом варианте выполнения камеры 2a, 2b, 2c или же 3a, 3b, 3c, выполненные в виде участков кольцевых полостей и имеющие форму части кругового кольца, имеют объем примерно 147 см3. Уменьшающаяся часть разделенной на две части камеры 2 с ступени 2 сжатия образует камеру сжатия. Увеличивающаяся часть разделенной на две части камеры 2 с ступени 2 сжатия образует камеру всасывания. Увеличивающаяся часть разделенной на две части камеры 3c/3c* ступени 3 расширения образует камеру расширения.
Всасывание
Через подводящий топливный трубопровод 11, в котором расположен шариковый обратный клапан, рабочий газ вводится в камеру всасывания ступени 2 сжатия. Приготовление смеси реализовано посредством карбюратора (не показан), или же топливо подают посредством системы впрыска непосредственно в камеру 2 с сжатия или в камеру 60 воспламенения. Максимальный объем камеры 2а всасывания составляет примерно 147 см3. Вследствие вращательного движения рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия объем камеры всасывания изменяется, так что рабочий газ всасывается. При вращении рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия, который вращается, например, со скоростью 10000 об/мин, камера всасывания заполняется рабочим газом три раза за оборот. При непрерывном вращении рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия рабочий газ в камерах 2а и 2b перемешивается.
Сжатие
При непрерывном вращении рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия рабочий газ сжимается в камере 2 с сжатия. Когда заслонка 23 достигает соответствующего углового положения, в котором отверстие 21 рабочего поршня 20 перекрывает паз 62 впуска 62, 63, 64 камеры воспламенения, камера 2 с сжатия может сообщаться с камерой 60 воспламенения. Вследствие вращательного движения рабочего поршня 20 в диапазоне угла поворота 60°, соответствующем длине дуги паза 62 впуска 62, 63, 64 камеры воспламенения, рабочий газ вдавливается через отверстие 21 в рабочем поршне 20 ступени 2 сжатия и впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения в камеру 60 воспламенения. В этом диапазоне угла поворота впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения открыт, а выпуск камеры воспламенения заблокирован, так что камера 60 воспламенения может сообщаться только со ступенью 2 сжатия. Когда заслонкой 23 будет пройден диапазон угла поворота 60°, то камера 60 воспламенения снова закрывается, и сообщение между камерой 2 с сжатия и камерой 60 воспламенения прерывается. Таким образом, примерно 90% объема сжатого рабочего газа заключается в камере 60 воспламенения. Остальные 10% объема увлекаются при последующем вращении. На основании этого при увеличивающейся частоте вращения рабочего поршня 20 возрастают сжатие и, таким образом, коэффициент полезного действия роторно-поршневого двигателя 1. Чтобы предотвратить истечение рабочего газа из камеры 60 воспламенения, между камерой 2 с сжатия и камерой 60 воспламенения может быть расположен обратный клапан. Посредством разделительного диска (дисков), расположенного (расположенных) на рабочем валу 4, рабочий поршень 20 ступени 2 сжатия и рабочий поршень 30 ступени 3 расширения отделены друг от друга, так что сжатый рабочий газ не может непосредственно переходить из камеры 2 с сжатия в камеру 3c* расширения. Между средним разделительным диском и рабочим поршнем 20 и/или между наружными разделительными дисками и корпусными элементами 101, 104 предусмотрены уплотнения, предпочтительно работающие бесконтактным способом.
Воспламенение
На фиг. 18 и 19 показаны угловые положения рабочих поршней 20, 30 в момент времени воспламенения. В этом угловом положении заслонка 23 на рабочем поршне 20 ступени 2 сжатия вдавила сжатую воспламеняемую смесь в камеру 60 воспламенения и находится в выемке 26 вспомогательного поршня 25. В этом угловом положении впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения, а также выпуск камеры воспламенения заблокированы, так что камера 60 воспламенения не может сообщаться ни со ступенью 2 сжатия, ни со ступенью 3 расширения. Вследствие этого сжатый рабочий газ заключен в камере 60 воспламенения. При степени сжатия 11:1 рабочий газ с давлением 11 бар воспламеняют посредством свечи 65 зажигания, выступающей в камеру 60 воспламенения. Момент времени воспламенения по отношению к угловым положениям рабочих поршней 20, 30 предпочтительно может регулироваться или управляться посредством управляющего устройства в зависимости от различных измеренных величин, например, частоты вращения рабочих поршней 20, 30 и т.д.
Расширение
На фиг. 20 показано угловое положение рабочего поршня 30 ступени расширения вскоре после воспламенения и во время расширения. К этому моменту времени заслонка 33 на рабочем поршне 30 ступени 3 расширения только что вышла из выемки 36 вспомогательного поршня 35 ступени 3 расширения и приводится посредством расширения воспламененного рабочего газа. В этом угловом положении впуск 62, 63, 64 камеры воспламенения заблокирован, и открыт лишь выпуск камеры воспламенения, так что камера 60 воспламенения может сообщаться только со ступенью 3 расширения. Рабочий поршень 30 ступени 3 расширения имеет три торцевых отверстия 31, смещенные друг по отношению к другу на 120°. На протяжении всех 120° отверстия 31 рабочего поршня 30 и выпуск камеры воспламенения находятся друг над другом, при этом воспламененный рабочий газ выдавливается в камеру расширения в диапазоне угла поворота примерно 60°. После сгорания и расширения подвергнутый всасыванию объем газа стремится занять значительно большее пространство, при этом вытекающий из камеры 60 воспламенения сгоревший газ увеличивает свой объем за доли секунды. Сгоревший рабочий газ выталкивается через отверстие 31 в расположенной по направлению вращения сзади боковой стороне заслонки 33 в камеру 3c* расширения. Вследствие возникающего давления на ось вращения под прямым углом воздействует сила (в тангенциальном направлении на заслонку 33), так что рабочий поршень 30 ступени 3 расширения, или же весь рабочий вал 4, нагружается постоянным вращающим моментом. Таким образом, в каждый момент времени в распоряжении имеется максимальный вращающий момент, возникающий вследствие давления, например, для привода транспортного средства или тому подобного. После сгорания и расширения сгоревший газ может выходить из ступени 3 расширения и выпускаться через выпуск 14 отработанных газов. Рабочий поршень 30 ступени 3 расширения приводит рабочий поршень 20 ступени 2 сжатия по принципу газовой турбины.
Концепция уплотнений
Участки 2a, 2b, 2c (фиг. 18) или же 3a, 3b, 3c (фиг. 19 и 20) камер ступеней 2, 3 сжатия и расширения уплотнены по отношению к корпусу, например, посредством уплотнений, работающих бесконтактным способом, чтобы сжатый рабочий газ вдавливался только в камеру 60 воспламенения, а расширяющийся рабочий газ после осуществления воспламенения не входил в камеру сжатия.
Точное регулирование момента времени воспламенения
Посредством вращения регулирующего устройства 17, выполненного в виде регулировочного винта, управляющая консоль 6 может поворачиваться в корпусе 10. Таким образом, вследствие этого поворота может устанавливаться положение камеры 60 воспламенения. Тем самым, в комбинации с предусмотренной согласно изобретению возможностью регулирования момента времени воспламенения, может точно регулироваться инициирование рабочего газа.
Предпочтительные вариант выполнения и компоненты
Согласно текущему состоянию разработки роторно-поршневой двигатель 1 согласно изобретению выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания по типу роторно-поршневого двигателя с водяным охлаждением со степенью сжатия примерно 11:1 при трех воспламенениях на один оборот. Передаточное отношение между рабочим и вспомогательным валами 4, 5 составляет 1:1. Воспламенение осуществляется посредством свечи 65 зажигания типа NGK М16×2 (двухэлектродной). Образование смеси осуществляется посредством модернизированного карбюратора Walbro.
Второй вариант выполнения
Второй вариант выполнения изобретения поясняется ниже со ссылками на фиг. 21. Во избежание повторений в описании для идентичных конструкционных элементов применены номера позиций, идентичные номерам в предшествующем варианте выполнения. Отличия от предшествующего варианта выполнения поясняются ниже.
На фиг. 21 показан схематический вид в сечении части роторно-поршневого двигателя 1 согласно второму варианту выполнения изобретения. Вспомогательные поршни ступени 2 сжатия и ступени 3 расширения, а также другие элементы с целью лучшей наглядности не показаны. В отличие от предшествующего варианта выполнения роторно-поршневой двигатель 1 содержит между камерой сжатия и камерой 60 воспламенения и/или между камерой 60 воспламенения и камерой расширения клапан 692, 693, или же самодействующий двухпозиционный затвор. Клапан 692 регулирует переход газа из камеры сжатия в камеру 60 воспламенения, а клапан 693 регулирует переход газа из камеры 60 воспламенения в камеру расширения. Камера 60 воспламенения выполнена в управляющей консоли 6, которая выполнена с возможностью перестановки по отношению к корпусу 10 вокруг оси рабочего вала 4, так что камера 60 воспламенения может сообщаться со ступенью 2 сжатия или же с камерой сжатия, и/или со ступенью 3 расширения или же с камерой расширения, в регулируемом диапазоне угла поворота соответствующего рабочего поршня 20, 30. В ступени 2 сжатия диаметры рабочего и вспомогательного поршней 20, 25 выбраны такими, что их окружные скорости равны. В соответствии с этим разность окружных скоростей равна нулю. Благодаря этому возможны меньшие допуски, лучшее сжатие и меньшее изнашивание. Диаметр рабочего поршня 30 ступени 3 расширения выбран больше, чем диаметр рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия. Вследствие этого вращающий момент повышается, а частота вращения (в зависимости от скорости сгорания) снижается. В этом же отношении следует уменьшить диаметр вспомогательного поршня 35, а допуски взаимодействующих поршней 30, 35 могут быть расширены. Различием осевой длины рабочих поршней 20, 30 ступени 2 сжатия и ступени 3 расширения конструктивно определяется степень сжатия. Чтобы, несмотря на различие диаметров рабочих поршней 20, 30 реализовать максимально короткие газовые каналы, выход камеры воспламенения в ступени 3 расширения расположен в радиальном направлении снаружи входа камеры воспламенения в ступени 2 сжатия. Кроме того, камера 60 воспламенения расположена эксцентрично по отношению к оси рабочего вала 4 и предпочтительно смещена в направлении оси вспомогательного вала 5. Вследствие этого рабочий газ должен проводиться в камеру воспламенения 60 или из нее соответственно лишь по короткому пути в радиальном направлении. Рабочие камеры 2a, 2b, 2c ступени 2 сжатия и рабочие камеры 3a, 3b, 3c ступени 3 расширения, которые образованы в радиальном направлении между боковыми поверхностями 22, 32 рабочих поршней 20, 30 и корпусными элементами 102, 103, ограничены в осевом направлении посредством разделительных дисков 403, 405, жестко соединенных с рабочим валом, и неподвижного разделительного диска 402.
Третий вариант выполнения
Третий вариант выполнения изобретения поясняется ниже со ссылками на фиг. 22 и 23. Во избежание повторений в описании для идентичных конструкционных элементов применены номера позиций, идентичные номерам в предшествующих вариантах выполнения. Отличия от предшествующих вариантов выполнения поясняются ниже.
На фиг. 22 показан схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя 1 согласно третьему варианту выполнения изобретения. В отличие от предшествующего варианта выполнения корпус 10 содержит между ступенью 2 сжатия и ступенью 3 расширения промежуточный элемент 105. Управляющая консоль 6, которая расположена в осевом и радиальном направлениях по существу между рабочим поршнем 20 ступени 2 сжатия и рабочим поршнем 30 ступени 3 расширения, разделена на две части и выполнена с возможностью перестановки по отношению к промежуточному элементу 105 в заданном диапазоне угла поворота посредством установочного рычага 6с. Разделительная плоскость обеих частей 6a, 6c управляющей консоли 6 лежит в области промежуточного элемента 105. По меньшей мере одна часть 6b управляющей консоли 6 выполнена с возможностью приведения в действие или же перестановки независимо от другой части 6a посредством установочного рычага 6c, который проходит внутри промежуточного элемента 105. Благодаря разделению управляющей консоли 6 с одной стороны, упрощается монтаж, а с другой стороны, упрощается регулирование перехода газа из камеры сжатия в камеру 60 воспламенения и/или из камеры 60 воспламенения в камеру расширения. Камера 60 воспламенения включает в себя несколько участков, размеры которых в радиальном направлении и/или в окружном направлении увеличиваются по направлению от входа камеры воспламенения на стороне ступени 2 сжатия к выходу камеры воспламенения на стороне ступени 3 сжатия. В частности, камера 60 воспламенения включает в себя проходящий в окружном направлении участок в форме сегмента дуги, который по меньшей мере частично открыт в радиальном направлении наружу к рабочему поршню 30 ступени 3 расширения. Этот имеющий форму сегмента дуги участок камеры 60 воспламенения, или же выход камеры воспламенения, перекрывается в определенном диапазоне угла поворота рабочего поршня 30 ступени 3 расширения отверстием 31, так что рабочий газ может переходить из камеры 60 воспламенения в ступень 3 расширения.
На фиг. 23 показан схематический вид сбоку рабочего и вспомогательного валов 4, 5 роторно-поршневого двигателя 1 согласно третьему варианту выполнения изобретения, где рабочие и вспомогательные поршни 20, 25, 30, 35 ступеней 3, 2 расширения и сжатия показаны наложенными друг на друга. Направления вращения рабочего и вспомогательного валов 4, 5 обозначены стрелками. Как показано, рабочие поршни 20, 30 ступени 2 сжатия и ступени 3 расширения смещены друг по отношению к другу таким образом, что отверстие 21 на переднем конце заслонки 23 рабочего поршня 20 ступени 2 сжатия закрыто вспомогательным поршнем 25 ступени 2 сжатия, в то время как отверстие 31 на заднем конце соответствующей заслонки 33 рабочего поршня 30 ступени 3 расширения открыто вспомогательным поршнем 35 ступени 3 расширения. Вследствие этого предотвращается обратное протекание рабочего газа из ступени 3 расширения через камеру 60 воспламенения в ступень 2 сжатия. Диапазон угла поворота, в котором камера 60 воспламенения может сообщаться со ступенью 2 сжатия, предпочтительно непосредственно граничит с диапазоном угла поворота, в котором камера 60 воспламенения может сообщаться со ступенью 3 расширения, не перекрываясь с ним. Заслонки 23, 33 расположены с равномерными интервалами по периметру рабочих поршней 20, 30 ступени 2 сжатия и ступени 3 расширения и выполнены идентичными, чтобы образовать идентичные пары заслонок 23, 33. Таким образом, в соответствии с числом заслонок 23, 33 за один оборот рабочего вала 4 аналогичным образом выполняется соответствующее количество рабочих циклов, описанных выше.
Четвертый вариант выполнения.
Четвертый вариант выполнения изобретения поясняется ниже со ссылками на фиг. 24. Во избежание повторений в описании для идентичных конструкционных элементов применены номера позиций, идентичные номерам в предшествующих вариантах выполнения. Отличия от предшествующих вариантов выполнения поясняются ниже.
На фиг. 24 показан схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя 1 согласно четвертому варианту выполнения изобретения. В отличие от первых трех вариантов выполнения камера 60 воспламенения выполнена частично в рабочем поршне 20 ступени 2 сжатия, частично в рабочем поршне 30 ступени 3 расширения и частично в разделительном диске 405, расположенном между рабочими поршнями 20, 30 и жестко соединенном с рабочим валом 4, так что камера 60 воспламенения вращается вместе с рабочим валом 4 вокруг его оси. В соответствии с этим, в общей сложности имеются три камеры 60 воспламенения, при этом каждой камере 60 воспламенения соответствует одна камера 2a, 2b, 2c сжатия и одна камера 3a, 3b, 3c расширения. Кроме того, предусмотрены два выполненных с возможностью перестановки по отношению к корпусу 10 управляющих элемента или же управляющих кольца, или две управляющие планки 620, 630, которые периодически обеспечивают и периодически прерывают сообщение камеры 60 воспламенения со ступенью 2 сжатия и/или со ступенью 3 расширения. Управляющие планки 620, 630 выполнены с возможностью поворота независимо друг от друга вокруг оси рабочего вала 4 посредством управляющих рычагов 621, 631, которые проходят внутри корпусных элементов 101 и 104. Кроме того, управляющие планки 620, 630 выполнены по существу цилиндрическими и имеют шлицевые отверстия 622, 632, которые соответственно проходят в окружном направлении параллельно друг другу. Через эти шлицевые отверстия камера 60 воспламенения может сообщаться со ступенью 2 сжатия или же с камерой сжатия, и/или со ступенью 3 расширения или же с камерой расширения, в регулируемом диапазоне угла поворота соответствующего рабочего поршня 20, 30. Свеча 15 зажигания проходит от стороны ступени 3 расширения по существу параллельно оси рабочего вала 4 через управляющую планку 630 ступени 3 расширения в камеру 60 воспламенения, чтобы воспламенять сжатый рабочий газ. Таким образом, свеча 15 зажигания выполнена с возможностью перестановки по отношению к корпусу 10 вместе с управляющей планкой 630. Рабочий поршень 20 ступени 2 сжатия имеет меньший диаметр, однако большую длину в осевом направлении, чем рабочий поршень 30 ступени 3 расширения. Чтобы несмотря на различие диаметров реализовать максимально короткие газовые каналы, камера 60 воспламенения расположена эксцентрично по отношению к оси рабочего вала 4, а выход камеры воспламенения расположен в радиальном направлении снаружи входа камеры воспламенения. Выполненный в рабочем поршне 30 ступени 3 расширения участок 603 камеры 60 воспламенения имеет меньший объем, чем участок 602 камеры 60 воспламенения, выполненный в рабочем поршне 20 ступени 2 сжатия. Оба участка 602, 603 камеры 60 воспламенения смещены в радиальном направлении, а также в окружном направлении, однако расположены с перекрытием друг по отношению к другу, так что участки 602, 603 могут сообщаться друг с другом. При работе роторно-поршневого двигателя 1 рабочий газ в камере 60 воспламенения благодаря центробежной силе принудительно проводится в радиальном направлении наружу к выходу камеры воспламенения и ступени 3 расширения. Предпочтительно участок 603 камеры воспламенения в ступени 3 расширения смещен по отношению к участку 602 камеры воспламенения в ступени 2 сжатия в радиальном направлении наружу и по направлению вращения рабочего вала 4. Участок 603 камеры воспламенения, выполненный в разделительном диске 405, предпочтительно расположен в радиальном направлении, а также в окружном направлении между обоими участками 602, 603 камеры воспламенения.
Пятый вариант выполнения
Пятый вариант выполнения изобретения, который по существу базируется на четвертом варианте выполнения, поясняется ниже со ссылками на фиг. 25-32. Во избежание повторений в описании для идентичных конструкционных элементов применены номера позиций, идентичные номерам в четвертом варианте выполнения. Отличия от четвертого варианта выполнения поясняются ниже.
На фиг. 25 показан схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения. В настоящей конструкции воспламенение рабочего газа осуществляется посредством свечи 15 зажигания, которая, в отличие от четвертого варианта выполнения, расположена на стороне ступени 2 сжатия в установочном кольце 610 зажигания, выполненном с возможностью перестановки по отношению к корпусу 10, и ввинчена снаружи. Установочное кольцо 610 зажигания вместе со свечой 15 зажигания расположено в своей направляющей с возможностью поворота в обоих направлениях, так что могут быть определены и установлены соответствующий точный момент времени зажигания и точная точка воспламенения. Искра зажигания вызывает вспышку сжатого газа, вследствие чего волна давления из камеры 60 выходит через отверстие 31 в ступень 3 расширения и приводит там в движение заслонку 33 рабочего поршня 30. Установочное кольцо 610 зажигания выполнено с возможностью перестановки по отношению к корпусу 10 независимо от управляющих планок 620, 630. Таким образом, в противоположность четвертому варианту выполнения, положение свечи 15 зажигания может регулироваться независимо от диапазона угла поворота для осуществления перехода газа из ступени 2 сжатия в камеру 60 зажигания и/или от диапазона угла поворота для осуществления перехода газа из камеры 60 воспламенения в ступень 3 расширения. В отличие от четвертого варианта выполнения, участки 602, 603, 605 камеры воспламенения переходят друг в друга заподлицо, при этом участок 605 камеры воспламенения, выполненный внутри разделительного диска 405, проходит вдоль наклонной оси и соединяет участки 602, 603 камеры воспламенения без образования ступеней.
В альтернативном варианте выполнения свеча 15 зажигания установлена в камеру 60 воспламенения (в каждую камеру 60 воспламенения одна свеча 15 зажигания). Вследствие этого получается конструкция рабочего вала 4 с тремя вращающимися вместе с ним свечами 15 зажигания. Импульс зажигания может передаваться через скользящие контакты или производиться посредством индукции.
На фиг. 26 показан схематический вид сбоку рабочего и вспомогательного валов 4, 5 роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом рабочие и вспомогательные поршни 20, 25, 30, 35 ступеней 3, 2 расширения и сжатия частично показаны наложенными друг на друга. На этом виде обозначены диапазоны α1, β1 углов поворота соответствующего рабочего поршня 20, 30, в которых камера 60 воспламенения через отверстия 622, 632 управляющих планок 620, 630 может сообщаться со ступенью 2 сжатия или же с камерой сжатия, и/или со ступенью 3 расширения или же с камерой расширения.
На фиг. 27 показан схематический вид в сечении рабочего вала 4 роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения.
На фиг. 28 показан схематический вид сбоку рабочего вала 4 роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом рабочие поршни 20, 30 ступени 3 расширения и ступени 2 сжатия показаны наложенными друг на друга.
На фиг. 29A-29B показаны схематические виды сбоку рабочего и вспомогательного поршней 20, 25 ступени 2 сжатия роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 29A рабочий и вспомогательный поршни 20, 25 ступени 2 сжатия показаны в угловом положении непосредственно перед началом заполнения камеры 60 воспламенения, в то время как на фиг. 29B рабочий и вспомогательный поршни 30, 35 ступени 2 сжатия показаны непосредственно после завершения заполнения камеры 60 воспламенения. Сообщение ступени 2 сжатия с камерой 60 воспламенения возможно лишь тогда, когда отверстие 21 заслонки 23 перекрывает область отверстия 622 управляющей планки 620 в диапазоне α1 угла поворота. Диапазон α1 угла поворота оканчивается со смещением от линии соединения осей рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5 на угол α2 навстречу направлению вращения. Диапазон α1 угла поворота и/или угол α2 могут регулироваться посредством перестановки управляющей планки 620 по отношению к корпусу 10. Благодаря этому могут быть точно установлены начало и конец перехода газа из ступени 2 сжатия в камеру 60 воспламенения (заполнение камеры 60 воспламенения).
На фиг. 30A и 30B показаны схематические виды сбоку рабочего и вспомогательного валов 30, 35 ступени 3 расширения роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 30A показаны рабочий и вспомогательный поршни 30, 35 ступени 3 расширения в угловом положении непосредственно перед началом выпуска из камеры 60 воспламенения, в то время как на фиг. 30B показаны рабочий и вспомогательный поршни 30, 35 ступени 3 расширения непосредственно после завершения выпуска из камеры 60 воспламенения. Сообщение камеры 60 воспламенения со ступенью 3 расширения возможно лишь тогда, когда отверстие 31 заслонки 33 перекрывает область отверстия 632 управляющей планки 630 в диапазоне β1 угла поворота. Диапазон β1 угла поворота начинается со смещением от линии соединения осей рабочего вала 4 и вспомогательного вала 5 на угол β2 по направлению вращения. Диапазон β1 угла поворота и/или угол β2 могут регулироваться посредством перестановки управляющей планки 630 по отношению к корпусу 10. Благодаря этому могут точно устанавливаться начало и конец перехода газа из камеры 60 воспламенения в ступень 3 расширения (выпуск из камеры 60 воспламенения).
На фиг. 31A, 31B, 31C показаны различные виды управляющего элемента или же управляющего кольца 620 ступени 2 сжатия роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 31A показано сечение A-B согласно фиг. 31C, на фиг. 31B показан вид A согласно фиг. 31C, а на фиг. 31C показано сечение C-D согласно фиг. 31A.
На фиг. 32A, 32B, 32C показаны различные виды управляющего элемента или же управляющего кольца 630 ступени 3 расширения роторно-поршневого двигателя 1 согласно пятому варианту выполнения изобретения, при этом на фиг. 32A показано сечение E-F согласно фиг. 32C, на фиг. 32B показан вид В согласно фиг. 32C, а на фиг. 32C показано сечение G-H согласно фиг.32А.
Управляющие элементы или же управляющие кольца, или управляющие планки 620, 630 периодически обеспечивают и прерывают сообщение камеры 60 воспламенения со ступенью 2 сжатия и/или сообщение камеры 60 воспламенения со ступенью 3 расширения. Как пояснялось выше, управляющие планки 620, 630 выполнены по существу цилиндрическими и имеют шлицевые отверстия 622, 632, которые соответственно проходят в окружном направлении параллельно друг другу. Через эти шлицевые отверстия камера 60 воспламенения может сообщаться со ступенью 2 сжатия или же с камерой сжатия, и/или со ступенью 3 расширения или же с камерой расширения, в регулируемом диапазоне угла поворота соответствующего рабочего поршня 20, 30.
Шестой вариант выполнения
Шестой вариант выполнения изобретения, который по существу базируется на пятом варианте выполнения, поясняется ниже со ссылками на фиг. 33. Во избежание повторений в описании для идентичных конструкционных элементов применены номера позиций, идентичные номерам в пятом варианте выполнения. Отличия от пятого варианта выполнения поясняются ниже.
На фиг. 33 показан схематический вид в сечении роторно-поршневого двигателя 1 согласно шестому варианту выполнения изобретения. В отличие от пятого варианта выполнения, роторно-поршневой двигатель 1 выполнен в виде двигателя с воспламенением от сжатия, работающего на бензине. Как только критерий сжатия будет превышен, происходит самовоспламенение. В роторно-поршневом двигателе с воспламенением от сжатия неучтенной остается так называемая детонационная стойкость. Известным образом процесс детонации проявляется в том, что в процессе сжатия воспламенение смеси бензина и воздуха происходит раньше или позже неконтролируемым образом. Однако это конкретное свойство смеси не приводит к неисправностям в роторно-поршневом двигателе с воспламенением от сжатия, так как эта небольшая разница остается незаметной.
В этом альтернативном варианте выполнения свеча 15 зажигания заменена спиралью накаливания. Спираль накаливания расположена в установочном кольце 610 зажигания вместо свечи 15 зажигания. Идентично свече 15 зажигания спираль накаливания воспламеняет газ через окно в камере 60 воспламенения. Спираль накаливания имеет постоянный накал, может переставляться посредством установочного кольца 610 зажигания и устанавливается на точную точку воспламенения. Таким образом, всегда обеспечено точное воспламенение, которое происходит самостоятельно.
Кроме того, в установочном кольце 610 зажигания расположен клапан впрыска или же форсунка 611. Благодаря этому обеспечено, что момент времени впрыска и момент времени воспламенения происходят одновременно. Так как в момент впрыска и воспламенения управляющее кольцо 620 блокирует отверстие 21 к ступени 2 сжатия, то обратная вспышка пламени в ступень 2 сжатия исключена, и волна давления может выходить через камеру 60 воспламенения только в ступень 3 расширения. Желаемая идеальная точка возникновения и выпуска волны давления из камеры 60 воспламенения может устанавливаться в зависимости от инерции газа и регулируется посредством управляющего кольца 630.
Подвод топлива осуществляют посредством непосредственного впрыска. Вследствие вращения роторно-поршневого двигателя 1 требуется перемешивание рабочего газа. Либо впрыск производят уже в ступени 2 сжатия или же во всасывающем канале, что обеспечивает возможность более длительного перемешивания, либо впрыск осуществляют непосредственно в камеру сжатия на входе в камеру 60 воспламенения.
Для внутреннего смазывания нагруженных функциональных элементов в ступени 2 сжатия или же во всасывающем канале установлено масляное смазочное устройство.
Мероприятия для повышения коэффициента полезного действия
Для повышения коэффициента полезного действия роторно-поршневого двигателя 1 могут быть предприняты мероприятия для обратного получения энергии из отработанных газов. При этом из горячих отработанных газов роторно-поршневого двигателя 1 посредством по меньшей мере одного теплообменника и/или по меньшей мере одной турбины энергию отбирают и возвращают в систему. Кроме того предусмотрено, что получаемая из отработанных газов энергия используется для работы других потребляющих энергию компонентов механического транспортного средства. Предпочтительно отработанные газы используют для нагревания и/или для предварительного сжатия всасываемого воздуха.
Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами выполнения. Выгодные усовершенствования изобретения получаются вследствие комбинации признаков, описанных в вариантах выполнения.
Изобретение относится к роторно-поршневому двигателю, включающему в себя ступень сжатия, ступень расширения, а также камеру воспламенения для воспламенения и сжигания рабочего газа. Ступень (2) сжатия имеет вращающийся рабочий поршень для сжатия рабочего газа. Ступень (3) расширения имеет вращающийся рабочий поршень для расширения рабочего газа. Камера воспламенения выполнена с возможностью сообщения со ступенью (2) сжатия и/или со ступенью (3) расширения в регулируемом диапазоне угла поворота соответствующего рабочего поршня. Техническим результатом является повышение мощности двигателя. 8 з.п. ф-лы, 39 ил.
1. Роторно-поршневой двигатель (1), содержащий ступень (2) сжатия, имеющую вращающийся рабочий поршень (20) для сжатия рабочего газа, и ступень (3) расширения, имеющую вращающийся рабочий поршень (30) для расширения рабочего газа, а также камеру (60) воспламенения для воспламенения и сжигания рабочего газа, отличающийся тем, что камера (60) воспламенения выполнена с возможностью сообщения со ступенью (2) сжатия и/или со ступенью (3) расширения в регулируемом диапазоне угла поворота соответствующего рабочего поршня (20, 30).
2. Роторно-поршневой двигатель (1) по п. 1,
отличающийся тем, что рабочие поршни (20, 30) ступени (2) сжатия и ступени (3) расширения расположены в осевом направлении друг за другом и выполнены с возможностью вращения вокруг общей оси.
3. Роторно-поршневой двигатель (1) по п. 1, отличающийся тем, что рабочие поршни (20, 30) ступени (2) сжатия и ступени (3) расширения расположены на общем валу (4).
4. Роторно-поршневой двигатель (1) по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью отведения сжатого рабочего газа для воспламенения в радиальном направлении внутрь к оси вращения рабочих поршней (20, 30).
5. Роторно-поршневой двигатель (1) по одному из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что роторно-поршневой двигатель (1) содержит по меньшей мере один циркуляционный контур охлаждения.
6. Роторно-поршневой двигатель (1) по одному из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что роторно-поршневой двигатель (1) содержит карбюратор для приготовления рабочего газа.
7. Роторно-поршневой двигатель (1) по одному из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что роторно-поршневой двигатель (1) содержит впрыскивающее устройство для впрыска рабочего газа в ступень (2) сжатия или в камеру (60) воспламенения.
8. Роторно-поршневой двигатель (1) по п. 1, отличающийся тем, что диапазон угла поворота соответствующего рабочего поршня (20, 30), в котором камера (60) воспламенения выполнена с возможностью сообщения со ступенью (2) сжатия и/или со ступенью (3) расширения, выполнен с возможностью управления или регулирования в зависимости от измеряемой величины.
9. Роторно-поршневой двигатель (1) по п. 1, отличающийся тем, что камера (60) воспламенения по меньшей мере частично расположена в радиальном направлении внутри рабочего поршня (20) ступени (2) сжатия и/или в радиальном направлении внутри рабочего поршня (30) ступени (3) расширения.
| DE 102006038957 B3, 03.01.2008 | |||
| ТУРБОРОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЮГИ | 2008 |
|
RU2372503C1 |
| US 7156068 B2, 02.01.2007 | |||
| Колосоуборка | 1923 |
|
SU2009A1 |
