ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Патент США №6,758,188 с названием "Асимметричный роторный двигатель с обратным смещением и продолжительным крутящим моментом", который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки, раскрывает асимметричный роторный двигатель с обратным смещением, или IDAR (Inverse Displacement Asymmetric Rotary) двигатель. Этот двигатель включает стенку внутренней камеры, стенку внешней камеры и подвижный профильный элемент, определяемый следующим описанием.
[0003] Крутящий момент может быть достигнут по всему такту сгорания посредством выполнения камеры в роторным двигателе таким образом, чтобы угол установки между направлением силы от изогнутого профильного элемента и направлением силы стенки внешней камеры в каждой точке вдоль стенки внешней камеры в течение такта сгорания представлял собой угол более 0 градусов и менее 90 градусов. Форма стенки внутренней камеры, стенки внешней камеры и изогнутого профильного элемента, которая способствует тому, чтобы угол установки был между 0 градусов и 90 градусов, может быть определена алгебраически относительно заданного угла установки.
[0004] Как показано на фиг. 1, где S представляет поверхность стенки камеры, a CS представляет коленчатый вал, величина крутящего момента, создаваемого заданным углом установки С, который обеспечивается силой F(r), взаимодействующей с поверхностью, может быть равной F(r) ∗ расстояние D∗cos(C)∗sin (С). Как может быть определено математически, крутящий момент имеет максимальную величину, когда угол установки С равен 45 градусов. Величина косинус ∗ синус для 45 градусов равна 0,5. Другие углы установки между примерно 20 градусами и примерно 70 градусами могут создавать подходящие величины крутящего момента.
[0005] Как показано на фиг. 2, если радиус R удерживался постоянным при вращении по некоторому углу D вокруг точки CS, касательная к дуге, описываемая радиусом R, определит прямую линию между точками X и Z. Касательная образует прямой угол относительно радиуса в центре дуги (угол D/2). Если линия X-Z также опишет поверхность камеры, против которой проталкивался радиус, при угле D/2, то угол установки между направлением силы от радиуса и направлением силы от поверхности, будет равным 0.
[0006] Это отношение описывает условие в стандартной технологии роторного двигателя, в которой угол установки составляет 0 в начале и конце такта сгорания. Для достижения крутящего момента в течение всего такта сгорания, угол установки может быть между 0 и 90 градусами в каждой точке в течение такта сгорания.
[0007] Фиг. 3 иллюстрирует касательную С между точками Y и Z к дуге, формируемой вращением изменяющегося радиуса по некоторому углу D вокруг фиксированной точки CS. Если касательная С представляет собой поверхность, против которой проталкивается изменяющийся радиус, то угол установки между направлением силы от радиуса и направлением силы от поверхности будет углом Е, представляющим некоторый угол между 0 и 90 градусами.
[0008] Длина изменяющегося радиуса в любой заданной точке на фиг. 3 может быть равной R+dR, где R это начальная длина радиуса, dR это переменная длина, равная или большая, чем 0. Если величины R и dR известны на протяжении угла D, то угол установки Е может быть вычислен. И наоборот, если угол установки Е известен для средней точки D/2 некоторого угла вращения D, то может быть определена длина dR.
[0009] Может быть выведена математическая формула для кривой, причем радиус кривой составляет угол установки больше 0 градусов и меньше 90 градусов с поверхностью в каждой точки вдоль кривой при вращении радиуса вокруг фиксированной точки начала отчета для вращения. Угол установки может быть между примерно 20 градусами и примерно 70 градусами в каждой точке вдоль кривой. Может быть использована математическая формула для получения кривой, которая может быть профилем подвижного профильного элемента и частью неподвижной стенки внутренней камеры IDAR двигателя.
[0010] Также со ссылкой на фиг. 3, заданный угол установки Е может быть использован для вычисления величины dR, на которую радиус R должен увеличиться для сохранения угла установки Е, когда радиус (R+dR) вращается вокруг коленчатого вала. Для угла установки Е в 45 градусов треугольник XYZ на фиг. 3 имеет стороны XY и XZ равной длины. Далее приведены формулы для определения изменения радиуса dR относительно радиуса R, необходимые для формирования угла установки Е в 45 градусов:
[0014] Формула (6) показывает, что для заданного угла вращения D, например, в 1 градус, радиус R должен меняться с определенной долей, равной длине dR. Доля, на которую должен меняться R, а именно dR/R, постоянна для сохранения постоянного угла установки Е в 45 градусов на протяжении некоторого угла вращения D. Относительное изменение может быть увеличением по длине. Например, используя формулу (6), для формирования угла установки в 45 градусов при вращении в 1 градус радиус R может быть увеличен примерно на 1, 76%. Долю, с которой меняется R (dR), может оставаться постоянной независимо от начального значения R для каждого градуса вращения.
[0015] Общая формула для углов, отличных от 45 градусов, может быть выведена умножением правой стороны формулы (6) на коэффициент пересчета K, который характеризует различие длины стороны XY треугольника XYZ от длины стороны XZ, когда величина угла установки Е изменена с 45 градусов, причем длины XY и XZ равны. Когда угол установки Е не равен 45 градусам, формулы имеет следующий вид:
[0017] Коэффициент пересчета K равен 1/tan(E). Когда угол Е равен (45) градусам, 1/tan(45)=1, откуда получается формула (6). Когда угол Е не равен (45) градусам, K имеет величину, отличную от 1. Формула (8) может быть использована для вычисления, на долю должен измениться R при величине вращения D для формирования заданного угла установки Е.
[0018] Кривая согласно формуле (6) или (8) при использовании постоянного угла установки Е может быстро спиралеобразно выдаваться в сторону от фиксированной точки вращения. Для менее выраженной спиралеобразности с меньшей долей изменения по радиусу может быть использован изменяющийся угол установки Е. Например, угол установки в начале кривой может быть 45 градусов или больше и менее 90 градусов и может постепенно уменьшаться при вращении R вокруг фиксированной точки. Изменяющийся угол установки, например, непрерывно уменьшающийся угол установки, может поддерживаться между 90 градусами и 0 градусов, или между 70 градусами и 0 градусов.
[0019] Обращаясь к формуле (2) и со ссылкой на фиг. 3, можно увидеть, что элемент dR∗sin(D/2) определяет очень небольшую величину относительно других элементов формулы. Если вычесть, а не прибавлять, элемент dR∗sin(D/2) из 2∗R∗sin (D/2), то величина радиуса R все также будет увеличиваться, но более постепенно, а угол установки Е будет постепенно уменьшаться. Вычитая dR∗sin(D/2) из 2∗R∗sin (D/2) и применяя коэффициент пересчета К для начального угла падения более 45 градусов, можно получить следующую формулу:
[0021] Используя формулу (10) с начальной длиной радиуса R в (2) и начальным углом установки в 45 градусов, К будет равен 1, и будет сформирована кривая, показанная на фиг. 4.
[0022] На фиг. 4 показана примерная кривая, сформированная при помощи формулы (10), а также график двух окружностей, одна с радиусом в 1 единицу, и одна с радиусом в 2 единицы. Также со ссылкой на фиг. 4, линия, изображенная от начала касательной в любой точке кривой, сформированной в соответствии с формулой (10), будет иметь угол установки в 45 градусов при 0 градусов вращения, а угол установки будет постепенно уменьшаться до примерно 20 градусов при 90 градусах вращения.
[0023] Может быть сформирована стенка внутренней камеры IDAR двигателя, имеющей контур кривой по фиг. 4, что даст в результате угол установки с изогнутым контуром, начинающимся при 45 градусах при 0 градусах вращения, который постепенно уменьшается до 20 градусов при 90 градусах вращения. Поскольку контур стенки внешней камеры IDAR двигателя может быть функцией от контура стенки внутренней камеры, угол установки между направлением компоненты генерирующего силу крутящего момента от изогнутого контура и силой от стенки внешней камеры также меняется от 45 градусов примерно до 20 градусов в течение такта сгорания.
[0024] Для формирования контура стенки внутренней камеры кривая, формируемая формулой (10), например, кривой, показанной на фиг. 4, может быть продублирована с вращением на 180 градусов для формирования двух пересекающихся кривых одинаковой формы, как показано на фиг. 5. Форма, образованная на фиг. 5, может определять стенку внутренней камеры IDAR двигателя и изолированный элемент, вокруг которого может вращаться изогнутый профильный элемент IDAR двигателя в пределах камеры IDAR двигателя. Точка начала кривой, образованной формулой (10), может быть местом расположения коленчатого вала в пределах указанного изолированного элемента IDAR двигателя. Как показано на фиг. 5, коленчатый вал может быть смещен в пределах указанного изолированного элемента IDAR двигателя. Может быть сформирован профильный элемент, сопрягаемый с формой стенки внутренней камеры, как показано на фиг. 6.
[0025] Камера 2 и изогнутый профильный элемент 4, как представлено на фиг. 6 в качестве примера, могут иметь кривошипный центральный элемент 6 и фиксатор 8, смещенные относительно центра внутренней кривой 10. Положение кривошипного центрального элемента 6 и фиксатора 8 может быть смещено в направлении одной стороны профильного элемента, если сравнивать с геометрическим центром контура.
[0026] Форма стенки 14 внешнего контура может быть образована перемещением изогнутого контура вокруг стенки внутреннего контура. Стенка внешнего контура может быть выполнена так, чтобы удерживать изогнутый профильный элемент у стенки внутреннего контура, в то время как фиксатор или внешняя кривая изогнутого контура перемещается вдоль стенки внешней камеры. Соответственно, фиг. 6 изображает, что в пределах камеры 2 определены относительно кривой, формируемой по формуле (10) контуры и/или положения стенки 16 внутренней камеры, изолированный элемент 18, коленчатый вал 12, стенка 14 внешней камеры, изогнутый профильный элемент 4, кривошипный центральный элемент 6 и фиксатор 8.
[0027] Касательно вида фиг. 6 следует отметить, что форма стенки 14 внешней камеры может быть получена из тех же математических функций, что и стенка 16 внутренней камеры. Стенка 14 внешней камеры может иметь ту же форму, что и по меньшей мере часть стенки 16 внутренней камеры, но большую по масштабу и повернутую на некоторый угол, например, 90 градусов, вокруг начала в пределах части камеры 2, что соответствует такту сгорания.
[0028] Описанная выше технология IDAR двигателя имеет множество преимуществ над технологией стандартного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Некоторые из преимуществ, обеспечиваемых конфигурацией IDAR двигателя, относятся к длинам тактов различного размера.
[0029] Например, такт сжатия может происходить при более короткой величине хода, чем такт расширения (сгорания). Это позволяет произвести больше работы в течение более длинного такт расширения при сравнении с поршневой технологией такого же перемещения.
[0030] Аналогичным образом, такты выпуска и впуска также не должны быть одинаковой длины. Такт расширения IDAR двигателя также имеет функцию механической передачи в работу, которая почти непрерывна, вместо передаточной функции поршневой технологии, имеющей форму кривой нормального распределения. Это осуществляется в виде кривой крутящего момента, имеющей очень ровную форму с небольшим колебанием в диапазоне частот вращения. Это происходит частично по той причине, что длина плеча кривошипа в сущности возрастает при протекании такта расширения.
[0031] Кроме того, все четыре такта двигателя: впуск, сжатие, сгорание и выпуск, могут иметь различную длительность и различную величину и могут происходить при различных скоростях в пределах той же четырех ходовой
последовательности. Это позволяет конструкторам IDAR двигателя оптимизировать работу двигателя и уменьшить побочные продукты, относящиеся к загрязнению, способом, превосходящим технологию поршневого двигателя.
[0032] Дополнительно необходимо отметить, все четыре такта протекают в пределах одного полного вращения вала. IDAR двигатель функционирует до некоторой степени как двухтактный двигатель исходя из того, что он имеет очень большую величину ускорения, но, в тоже время, он обладает параметрами генерации крутящего момента, присущими длинноходовому дизельному двигателю сходного смещения. Конфигурация IDAR двигателя не должна быть сгруппирована в подкатегории по функционированию на основе отношений диаметра отверстий к растяжению мембраны, как это делается в случае поршневой технологии, поскольку IDAR технология охватывает все эти категории, когда делаются сходные сравнения.
[0033] При фактическом производстве IDAR двигателя имеют место сложные кривые и плоские поверхности. Однако герметизирующие элементы всегда осуществляют изолирование у поверхности, которая является плоской, и ориентированы в направлении длины материала герметизирующего элемента. Это означает, что критическим производственным размером является плоскостность поверхностей частей и способность выравнивать части, так что противоположные стороны параллельны по всей ширине двигателя. Также важно, чтобы части не отклонялись в направлении траектории движения и чтобы поверхности, которые начинаются перпендикулярно друг другу, оставались такими в течение такта сгорания.
[0034] Поскольку длины тактов, величины и скорости могут отличаться друг от друга и не являются симметричными, как в технологии поршневого двигателя, важно иметь хорошее управление потоком входного отверстия при впуске и выпуске. Это позволяет добиться стандартов функционирования, превосходящих возможности технологии поршневого двигателя.
[0035] Кроме того, поскольку IDAR двигатель имеет уникальный ход расширения, указанная конфигурация сводится к базовой конструкции силовой установки на основе только хода расширения IDAR двигателя. Когда IDAR двигатель соединен с внешним устройством, он формирует внешний двигатель внутреннего сгорания или силовую установку, приводимую в действие какой-то другой движущей силой, такой как сжатый воздух.
[0036] Задачей настоящего изобретения является разработка усовершенствований контроля и эффективности IDAR технологии, а также облегчение производства и расширение использования IDAR технологии.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0037] Предложен асимметричный роторный двигатель с обратным смещением, содержащий камеру. Камера в свою очередь содержит неподвижный изолированный элемент, имеющую внешнюю поверхность, которая представляет собой удлиненную выпуклую форму. Изолированный элемент включает канал коленчатого вала, расположенный на расстоянии от центра указанного изолированного элемента. Камера включает также переднюю пластину, присоединенную к передней поверхности указанного изолированного элемента, подвижный профильный элемент с вогнутой формой, смещенный в направлении внешней поверхности изолированного элемента и выполненный с возможностью вращения вокруг изолированного элемента, рабочий объем, заданный между внутренней поверхностью профильного элемента (контура) и внешней поверхностью изолированного элемента, и по меньше мере один взаимодействующий с передней пластиной подшипник, проходящий от передней поверхности подвижного профильного элемента и над направляющими краем передней пластины. Взаимодействующий с передней пластиной подшипник выполнен с возможностью взаимодействия с указанным направляющим краем во время такта сгорания.
В частных вариантах выполнения изобретения:
- профильный элемент включает два взаимодействующих с передней пластиной подшипника, расположенных на соответствующих противоположных периферических краях профильного элемента,
- два указанных подшипника содержат подшипник ведущего края и подшипник заднего края, причем один из подшипников проходит дальше от передней поверхности подвижного профильного элемента, чем другой подшипник, а передняя пластина содержит два направляющих края с различными профилями, при этом первый из направляющих краев контактирует с одним из подшипников, а второй из направляющих краев - с другим из указанных подшипников.
- камера дополнительно содержит обод с внутренней поверхностью, причем по меньшей мере часть изолированного элемента и профильного элемента расположены в пределах внутренней поверхности обода, подшипник для взаимодействия с внутренней поверхностью обода, проходящий от внешней поверхности подвижного профильного элемента, причем внутренняя поверхность обода имеет такую форму, чтобы смещать профильный элемент в направлении изолированного элемента, посредством чего взаимодействующий с передней пластиной подшипник взаимодействует с направляющим краем.
- двигатель дополнительно содержит опорную пластину, включающую отверстие впуска и отверстие выпуска, причем отверстие выпуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте выпуска.
- отверстие впуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте впуска,
- в пластине выполнено два упомянутых отверстия впуска и два упомянутых отверстия выпуска, причем отверстия впуска и выпуска выполнены у периферийных краев изолированного элемента на противоположных сторонах,
- двигатель является приводимым в действие сжатым воздухом,
- отверстия впуска выполнены с обеспечением возможности управления потоком горючего вещества,
- опорная пластина соединена с дополнительной опорной пластиной, при этом в дополнительной опорной пластине выполнены отверстия впуска,
- подвижный профильный элемент дополнительно содержит боковые герметизирующие элементы, взаимодействующие с поверхностями передней пластины и опорной пластины, и герметизирующие элементы верхней части, расположенные на периферийной поверхности профильного элемента и взаимодействующие с поверхностями изолированного элемента и передней пластины.
- герметизирующие элементы верхней части выполнены из чугуна,
- опорная пластина включает отверстие для размещения свечи зажигания, расположенное в области, в которой происходит такт сжатия,
- подвижный профильный элемент включает отверстие для размещения свечи зажигания, выходящее на внутреннюю поверхность профильного элемента таким образом, что электроды свечи зажигания входят в рабочий объем.
- двигатель включает клапанный канал, выполненный в изолированном элементе, и
цилиндрический щелевой клапан, установленный с возможностью вращения в клапанном канале таким образом, что горючее вещество выборочно доставляется в рабочий объем,
- цилиндрический щелевой клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот цилиндрического щелевого клапана для выборочной доставки горючего вещества в рабочий объем,
- двигатель включает клапанное отверстие в изолированном элементе и вращающийся клапан, установленный с возможностью вращения в указанном клапанном отверстии с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска,
- вращающийся клапан включает диск, имеющий отверстия, расположенный напротив поверхности опорной пластины с обеспечением перекрытия поверхностью диска отверстия впуска,
- вращающийся клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот вращающегося клапана с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска,
- профильный элемент включает рециркуляционное отверстие для обеспечения рециркуляции отработавшего газа,
- двигатель включает управляющий клапан, расположенный в отверстии выпуска на опорной пластины для герметизации отверстия выпуска, за исключением случая нахождения двигателя в такте выпуска,
- управляющий клапан представляет собой лепестковый клапан,
- управляющий клапан представляет собой вращающийся клапан,
- двигатель содержит подвижные профильные элементы.
- поверхность опорной пластины и внешняя поверхность обода имеют одинаковую форму.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0038] Необходимо отметить, что следующие чертежи изображают особенности только вариантов реализации изобретения, и поэтому они не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.
[0039] Фиг. 1 представляет взаимное расположение силы F(s) стены и силы F(r) ротора, когда сила ротора и составляющие силы стены находятся на одной прямой.
[0040] Фиг. 2 представляет взаимное расположение радиуса к кривой, образованной этим радиусом, причем длина радиуса сохраняется постоянной во время вращения радиуса на некоторую величину приращения против часовой стрелки вокруг точки поворота.
[0041] Фиг. 3 представляет взаимное расположение радиуса к кривой, образованной радиусом, который увеличивается в длине при его вращении на некоторую величину приращения против часовой стрелки вокруг точки поворота.
[0042] Фиг. 4 - график сформированной кривой, причем радиус постоянно увеличивается по длине при его вращении против часовой стрелки вокруг точки поворота.
[0043] Фиг. 5 изображает форму относящейся к изолированному элементу стенки внутренней камеры согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения и положение коленчатого вала на изолированном элементе, причем указанная форма относится к кривой, показанной на фиг. 2.
[0044] Фиг. 6 представляет принципиальную схему роторного двигателя, имеющего изолированный элемент, показанный на фиг. 3 с изогнутым профильным элемент, кривошипный центральный элемент, фиксатор, коленчатый вал и стенку внешней камеры.
[0045] Фиг. 7 - перспективное изображение камеры двигателя с пространственным разделением деталей, представляющее составные части и выравнивающие штыри.
[0046] Фиг. 8 - вид в перспективе изолированного элемента на опорной пластине.
[0047] Фиг. 9 - вид сбоку контура, изображающий размещение роликоподшипника.
[0048] Фиг. 10 - вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении сжатия.
[0049] Фиг. 11 - вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении расширения.
[0050] Фиг. 12 - вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении выпуска.
[0051] Фиг. 13 - вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении впуска.
[0052] На фиг. 14 показан вид в перспективе конструкции цилиндрового клапана.
[0053] На фиг. 15 показан вид в перспективе конструкции вращательного клапана.
[0054] Фиг. 16 - вид сбоку контура с установленной в нем свечой зажигания.
[0055] На фиг. 17 показан вид в перспективе корпуса, выполненного с возможностью установки со свечой зажигания.
[0056] На фиг. 18 - покомпонентное изображение конструкции лепесткового клапана.
[0057] На фиг. 19 - покомпонентное изображение двухконтурного двигательного узла.
[0058] Фиг. 20 - передний вид в вертикальном разрезе варианта опорной пластины.
[0059] На фиг. 21 показан вид в перспективе варианта корпуса и передней пластины.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0060] Как указано в части "Предпосылки создания настоящего изобретения", при производстве IDAR двигателя имеют дело со сложными изогнутыми и плоскими поверхностями. Изолирующие поверхности выполнены плоскими и ориентированы в направлении длины герметизирующего элемента.
Двигатель также выполнен таким образом, что участки с плоскими поверхностями расположены рядом друг с другом с образованием полного двигателя. Это означает, что если какая-то поверхность не является плоской или расположена спереди или сзади, это может привести к ошибке во всем устройстве. В случае развития ошибки возрастает сложность герметизации соответствующих поверхностей относительно друг друга. Кроме того, чем шире участок, тем сложнее выполнить полную поверхность плоской по всей ее ширине.
[0061] Для уменьшения уровня точности относительной плоскостности и уменьшения общей ошибки по всем поверхностям лучше всего подвергнуть все участки плоскому шлифованию спереди и сзади. Плоское шлифование может уменьшить изменение плоскостности поверхностей до менее 1/10000 дюйма по поверхности, если используется шлифовальный станок, обеспечивающий соответствующую точность. Это обеспечивает точность по более широкой области. Таким образом, лучше всего выполнять реальную камеру двигателя в виде по меньшей мере двух частей вместо одной.
[0062] Обычно камера представляет собой приблизительно округлую деталь из метала, примерно толщина контура и дополнительная величина формируют заднюю часть камеры. Также обычно в камере делают углубления обрабатывающими головками, "управляемыми" компьютером, которые достигаю полости. Если камера выполнена в виде одиночной детали, она будет иметь краевой участок, который не позволит шлифовальному кругу шлифовать заднюю полость камеры для достижения точности плоскостности.
[0063] Если камера выполнена более чем из одной части, то краевой участок может быть одной частью, а задняя полость может быть другой частью. Тогда опорная пластина может быть отдельно обработана для достижения точности и прикреплена к краевому участку выравнивающими штырями или винтами для формирования целой камеры.
[0064] Другой аспект изолирующих плоских поверхностей состоит в том, что в любой трехмерной плоскости две изолирующие поверхности пересекутся под правильным углом. Это означает изолирование углового области, что требует не только, чтобы параллельные плоскости были плоскими относительно друг друга, но также чтобы перпендикулярные поверхности были под точными прямыми углами. В этом случае также помогает плоское шлифование каждого участка отдельно.
[0065] Задачей IDAR двигателя является сохранение выравнивания плоскими поверхностями, выровненными с другими плоскими поверхностями, которые могут быть в движении. Это означает, что никакая часть не должна поворачиваться при своем движении по всем тактам. Подвижные контуры являются единственными частями, имеющими изолирующие поверхности, и они перемещаются в пределах камеры.
[0066] Фиг. 7-13 изображают IDAR двигатель 20 согласно раскрытому варианту реализации. IDAR двигатель имеет камеру 22 сгорания и рабочий объем 24, т.е. объем, в котором происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск горючего вещества.
[0067] Подробнее, IDAR двигатель 20 включает переднюю пластину 26, изолированный элемент 28, контур 30, краевой участок 32 и опорную пластину 34. Эти компоненты IDAR двигателя имеют такие противоположные передние стороны 36-44 и задние стороны (не показаны), что в двигателе 20 задняя сторона передней пластины расположена у передней стороны 38 изолированного элемента и передней стороны 40 контура, а передняя сторона 44 опорной пластины расположена у задней стороны изолированного элемента и задней стороны краевого участка.
[0068] Передняя пластина 26, изолированный элемент 28, контур 30, краевой участок 32 и опорная пластина 34 имеют каждый внешнюю поверхность 56-64, контур 30 и краевой участок 32 имеют внутренние поверхности 66, 68, а опорная пластина 34 содержит дополнительную опорную пластину 70 с внешним краем 72. На основе этих компонентов IDAR двигателя можно сказать, что камера 22 сгорания IDAR двигателя определяется внутренней поверхностью 68 краевого участка и внешней поверхностью 58 изолированный элемент, а рабочий объем определяется внутренней поверхностью 66 контура и внешней поверхностью 58 изолированного элемента.
[0069] Внешний край 72 дополнительной опорной пластины выполнен достаточно большим, чтобы покрывать впускное и выпускное выходные отверстия, выполненные в задней стороне опорной пластины, а также входные отверстия, выполненные в дополнительной пластине. Форма дополнительной опорной пластины может быть кругообразной. Дополнительная опорная пластина, наряду с остаточной частью опорной пластины и передней пластины 26, герметизирует рабочий объем 24, но не герметизирует камеру 22 сгорания, как описано подробно далее.
[0070] Внешняя поверхность 58 изолированного элемента имеет форму, которая, как подробно описано далее, основана на формуле, представленной в части "Предпосылки создания настоящего изобретения". Все остальные внешние и внутренние края, кроме внешнего края 62 краевой части внешнего края 64 опорной пластины, представляют собой функцию от формы изолированного элемента.
[0071] Краевая часть и внешние края 62, 64 опорной пластины не зависят от формы камеры сгорания. Кроме того, поскольку топливо удерживается в рабочем объеме, толщина краевой части по существу не зависит от формы рабочего объема. Другими словами, пока задняя сторона контура находится по существу вровень с задней стороной краевой части на опорной пластине 34, передняя сторона 38 контура может проходить за переднюю сторону 42 краевой части на расстояние, требуемое для формирования рабочего объема. Соответственно, краевая часть и опорная пластина могут быть выполнены из одной и той же заготовки и, как показано, иметь одинаковую форму внешнего края и толщину.
[0072] Внешние края краевой части и опорной пластины 62, 62 каждый включает нижний контур 74, 76, пригодный для содействия в удерживании IDAR двигателя на месте при его изготовлении при установке в автомобиль. Нижние контуры 74, 76 можно в целом описать так, что они имеют радиус, смещенный к внешним радиусам краевой части и опорной пластины, с закругленными или уменьшенными противоположными внутренними краями, например 78, 80.
[0073] Краевая часть 32 и опорная пластина 34 имеют согласующиеся установочные отверстия 82-88, проходящие в направлении толщины пластин, которые выполнены с возможностью принятия установочных штырей 90, 92. Установочные отверстия 82-88 примерно на (180) градусов смещены друг от друга и расположены на расстоянии от внешних краев краевой части и опорной пластины 62, 64.
[0074] Когда установочные штыри 90, 92 размещены на своем месте, зажимные болты или подобные элементы пропускают через группы крепежных отверстий, например, 94, 96, проходящих в направлении толщины пластин и расположенных по периферии относительно внешнего диаметра краевого участка и опорной пластины 32, 34. Говоря о чертеже, имеется более дюжины таких крепежных отверстий в каждой пластине.
[0075] Группа установочных отверстий 98-108 выполнена в слое передней пластины 26, изолированного элемента 28 и опорной пластины 34. Вторая пара установочных штырей 110, 112 проходит через отверстия 98-108 для установки передней пластины 26, изолированного элемента 28 и опорной пластины 34 рядом друг с другом. При таком размещении контур 30 располагается у изолированного элемента 28, как будет понятно из данного раскрытия изобретения.
[0076] Каждый из компонентов, включающих переднюю пластину 26, изолированный элемент 38 и опорную пластину 34, имеет согласующиеся крепежные отверстия, например, 114-118, проходящие в направлении толщины. На чертеже каждый имеет по восемь таких крепежных отверстий. Посредством этих отверстий передняя пластина 26, изолированный элемент 38 и опорная пластина 34 прикреплены друг к другу после использования установочных штырей 110-112.
[0077] Каждый из компонентов, включающих контур 30, краевую часть 32 и опорную пластину 34, имеет отверстия 120-130, выполненные с фаской в соответствующих передних сторонах, которые принимают участие в производственном процессе. Например, эти отверстия обеспечивают закрепление пластин и контуров на столах обработки с ЧПУ. Передняя пластина 26 и изолированный элемент 28 каждая имеет по меньшей мере одно отверстие 132, 134, выполненное с фаской в их соответствующих передних сторонах, с одинаковой целью.
[0078] Выполненные с фаской отверстия на краевой части 32 и опорной пластине 34 расположены по периферии, примыкая к внешним краям 62, 64. Выполненные с фаской отверстия в контуре 30 расположены на расстоянии друг от друга, как показано на чертеже, для обеспечения приемлемого расстояния и в результате надлежащего содействия в обработке. Выполненные с фаской отверстия на передней пластине 26 и изолированном элементе 28 расположены так, чтобы обеспечить дополнительную функцию функционирования в виде клапанного канала, как описано далее.
[0079] Опорная пластина 34 также включает отверстие 136 впуска горючего вещества и отверстие 138 выпуска горючего вещества. Отверстия 136, 138 определены округлыми отверстиями 140, 142 на задней стороне 44 опорной пластины. Особенность расположения этих отверстий станет понятной из описания фаз впуска и выпуска цикла сгорания, имеющегося далее. Округлое отверстие 142 для выпуска имеет больший диаметр, чем округлое отверстие 140 для впуска для обеспечения выпуска увеличенных в объеме горючих веществ. Округлые отверстия для впуска и выпуска имеют такую же площадь, что и в схожем образом расположенном двигателе внутреннего сгорания поршневого типа.
[0080] Отверстия 140, 142 проходят к передней стороне 44 опорной пластины посредством соответствующих дугообразных изогнутостей 144, 146, цель которых максимизировать скорость потока впуска и выпуска от соответствующих отверстий 136, 138.
[0081] Вследствие сложного характера дугообразных изогнутостей, рассмотренного далее, эти изогнутости выполняются фрезерованием в дополнительной опорной пластине 70, а не в опорной пластине 34. Дополнительная опорная пластина присоединена в передней стороне 44 опорной пластины. Как может быть ясно, дополнительная опорная пластина 70 может быть тонким элементом из какого-то материала вследствие минимальных конструкционных требований, предъявляемых ей.
[0082] Опорная пластина 34 также включает отверстие 148 свечи зажигания, расположенное в области, в которой происходит сжатие. Отверстие 150 сенсора также расположено в области, в которой происходит сжатие.
[0083] Возвращаясь к изолированному элементу 38, показанному на фиг. 7 и 8, внешний контур можно описать как некруглый, вытянутый и выпуклый. Этот контур сформирован с использованием формулы и способа, описанных в части "Предпосылки создания настоящего изобретения". После генерации формы в такой программе, как SolidWorks, доступной от компании Dassault Systemes SolidWorks Corp. (300 Baker Avenue, Concord, MA, 01742) на может быть легко масштабирована для соответствия заданным параметрам.
[0084] В качестве альтернативы, овал, например эллипс, со смещенным расположением коленчатого вала, обеспечит похожую структуру с похожими преимуществами. Также, эллипс может быть создан в программе SolidWorks и масштабирован при необходимости. Эллипс имеет большую ось и малую ось, и в раскрытых вариантах реализации большая ось по меньшей мере на 25% больше малой оси. Расстояние между фокальной точкой и локальным краем на главной оси (semilatus rectum) может быть оптимизировано, с учетом того, что большая величина этой переменной обеспечит большую величину расширение относительно сжатия. Также, это может быть оптимизировано с использованием программы SolidWorks, в зависимости от конструкционных ограничений.
[0085] Кроме того, каждый из компонентов, включающих переднюю пластину 26, изолированный элемент 28 и опорную пластину 34, имеют отверстия 156-160 для коленчатого вала. В отношении элемента 28, расположение отверстия 158 коленчатого вала может быть описано, как указано в части "Предпосылки создания настоящего изобретения", с использованием раскрытых там формул.
[0086] В качестве альтернативы, с использованием эллипса расположение отверстия коленчатого вала по существу находится в правом нижнем секторе графика, созданного большой и малой осями эллипса. На чертеже внешний диаметр отверстия с фаской по касательной соприкасается с большой и малой осями эллипса (см. фиг. 10). Однако отверстие с фаской может быть перемещено далее в этом секторе при необходимости. При таком перемещении отверстия с фаской далее в этом секторе подвижный контур перемещается более медленно при прохождении этапа сжатия, что меняет хронометраж такта сгорания. Опять же, это может быть оптимизировано при заданных конструкционных параметрах посредством моделирования в программе SolidWorks.
[0087] Отверстие коленчатого вала в передней пластине выполнено с фаской на его передней стороне, так что диск, прикрепленный к коленчатому валу и описанный далее, может быть установлен вровень с передней пластиной.
[0088] На фиг. 9 и 10 показан контур 30 на этапе сжатия такта сгорания. Как видно, внутренняя поверхность 66 контура представляет собой функцию внешней поверхности 58 изолированного элемента. Другими словами, внутренняя поверхность 66 контура по существу имеет ту же форму, что и изолированный элемент в зоне сжатия, но немного больше, чтобы перемещаться свободно вокруг изолированного элемента. Это пространство также отрегулировано для получения желаемого коэффициента сжатия для рабочего объема. Как показано, контур имеет противоположные по существу периферийные края 162, 164.
[0089] Рабочий объем в этом участке такта сгорания эквивалентен размера поршня в положении в верхней мертвой точке. Расположение отверстия 148 свечи зажигания определяет положение вставляемых электродов в центре рабочего объема во время пика сжатия. Отверстие 150 сенсора открыто воздействию горючего вещества в этом положении контура в камере 22.
[0090] Контур включает пару боковых герметизирующих элементов 166, 168 на своей передней и задней сторонах (только передние герметизирующие элементы показаны). Боковые герметизирующие элементы на передней стороне контура осуществляют уплотнение задней поверхности передней пластины 46. Боковые герметизирующие элементы на задней стороне контура осуществляют уплотнение дополнительной опорной пластины 70 на опорной пластине 34.
[0091] Боковые герметизирующие элементы ограничивают в двух парах апертур 170, 172 герметизирующих элементов верхней части (герметизирующие элементы не показаны), одна пара расположена на каждом противоположном периферийном конце контура 162, 164. Герметизирующий элемент верхней части проходит между передней пластиной и выступом, они контактируют с изолированным элементом, поверхностью передней пластины и задней пластины, и выполнены, например, из чугуна. Действие герметизирующих элементов заключается в герметизации горючего вещества в рабочем объеме.
[0092] В каждой паре апертур герметизирующих элементов верхней части апертура 174 внешнего герметизирующего элемента ограничивает радиально внешнюю часть апертуры 176 внутреннего герметизирующего элемента. Этот радиальный градиент способствует в предотвращении заклинивания контура при вращении вокруг изолированного элемента.
[0093] Контур 30 включает пару роликовых подшипников 178, 180, расположенных на передней стороне контура 30. Подшипник 178, 180 расположены на противоположных периферийных краях контура 30 и радиально во внешней части от герметизирующих элементов верхней части боковых герметизирующих элементов на противоположных краях 182, 184 внешней поверхности 60 контура. Подшипники вращаются относительно внешнего края 56 передней пластины во время работы IDAR двигателя, так что внешний край 56 служит в качестве направляющего края. Соответственно, траектория такого движения определяет профиль внешнего края 56 передней пластины.
[0094] Как показано на чертежах, противоположные края 182, 184 внешней поверхности 6 контура, и поэтому внешний край 56 передней пластины, находятся радиально в пределах внутренней поверхности 68 краевой части. Это обеспечивает то, что концы 182. 184 не нарушают движения контура 30 во время работы IDAR двигателя.
[0095] Внешняя поверхность 60 контура соединяется с внутренней поверхностью краевой части в одном месте. Это место является внешним пиком 186 во внешней поверхности 60 контура. Внешний пик 186 контура также является местом отверстия 188 кривошипного центрального элемента. Как было указано в части "Предпосылки создания настоящего изобретения" положение внешнего пика контура смещено по окружности в направлении периферийного края 164, например, на 25 процентов, если сравнивать с геометрическим центром контура. В качестве альтернативы, при использовании SolidWorks, положение может быть оптимизировано на основе критериев проектирования посредством перемещения внешнего пика далее в направлении или противоположно поверхности изолированного элемента или в направлении периферийного края 162 контура или периферийного края 164 контура.
[0096] Сохраняя внешний пик контура на том же самом радиальном расстоянии от поверхности изолированного элемента и перемещая внешний пик контура в направлении любого из периферийных концов контура, можно изменить положение верхней мертвой точки, и таким образом фазируя движение контура относительно такта сгорания. В свою очередь, уменьшая это радиальное расстояние, но удерживая периферийное расстояние постоянным, можно получить сниженное преимущество в виде меньшего пространства для расположения всех компонентов контура. Проталкивая внешний пик контура радиально далее от поверхности изолированного элемента, краевая часть может стать слишком большой, при этом не обязательно получая преимущества в виде реализации крутящего момента.
[0097] Контур включает ролик 192 внешнего пика, обеспечивающий плавное качение внешнего пика 186 контура у краевой части. Соответственно, толщина краевой части по существу не зависит от рабочего объема и при этом обладает достаточной величиной для поддержки ролика 192. Кроме того, профиль внутренней поверхности 68 краевой части выполнен таким, чтобы удерживать контур в положении, при котором герметизирующие элементы 170, 172 верхней части непрерывно уплотняют внутреннюю поверхность контура 66.
[0098] Как видно, профили внешней поверхности 56 передней пластины, внешней поверхности 58 изолированного элемента, внутренней поверхности 66 контура, внешней поверхности 60 контура, профиля дополнительной опорной основы (вследствие расположения отверстий впуска и выпуска), а также внутренняя поверхность 68 краевой части все взаимно зависимы. Из этих компонентов, поверхность 58 является начальной точкой, поскольку она обеспечивает наибольший результат в эффективности IDAR технологии.
[0099] Фиг. 11 иллюстрирует фазу расширения такта сгорания. Рабочий объем этого сегмента такта сгорания эквивалентен размерам поршня в положении нижней мертвой точки. Сравнение этого чертежа с фиг. 10 может помочь с пониманием дугообразного отверстия 146 выпуска. Во время такта расширения отверстие выпуска "закрыто". Для достижения этого отверстие выпуска имеет ведущий край 194, т.е. тот край, который первым достигается контуром 30. Этот край 194 расположен так, что внутренний край контура 66 не контактирует с отверстием выпуска, пока фаза расширения не выполнена. Как показано на фиг. 11, ведущий край 194 отверстия выпуска не видим в рабочем объеме.
[00100] На фиг. 12 представлена фаза выпуска такта сгорания. Сравнивая с фиг. 10, отверстие выпуска имеет верхний край 196, задний край 198 и радиальный внутренний край 200. Эти края по существу копируют проекцию внутренней поверхности 66 контура у дополнительной опорной основы 70 в месте контура 30 у пика фазы выпуска. Угловое разделение 202 в профиле 146 выпуска способствует контролю за потоком отработанных горючих веществ. Разделение 202 выровнена с направлениями потоков в свеем расположении.
[00101] На фиг. 13 показана фаза впуска такта сгорания. Форма дугообразного отверстия 142 впуска может быть понята из сравнения фиг. 13 с фиг. 10 и 12 и понимания, как было получено дугообразное отверстие выпуска.
[00102] Дугообразное отверстие впуска имеет ведущий край 204 (фиг. 12), который не выдается на контур 30, когда контур находится в положении максимального выпуска. Дугообразное отверстие впуска имеет нижний край 206, основанный на проекции контура на опорную пластину, когда контур проходит по фазе впуска, как проиллюстрировано на фиг. 1. Первый участок 208 верхнего края впуска проходит к изолированному элементу, а второй, больший участок 210, не проходит. Участок 210 повторяет контур внутренней поверхности 66 в начале фазы сжатия (не показано). Группа отверстий 212 и угловое разделение 214 также имеются для обеспечения надлежащего потока горючего вещества. Разделение 214 проходит в направлении линий потока в своем расположении.
[00103] Роликовые подшипники 178, 180, рассмотренные выше, удерживают контур 30 от поворотов и переплетения от герметизирующих элементов 166, 168 и 170, 172 во время описанного выше такта сгорания. Подшипники 178, 180 забирают крутящие моменты с герметизирующих элементов 166-172 и контура 30.
[00104] Улучшение объемного КПД приема в IDAR технологии можно получить в следующих альтернативных вариантах реализации. В качестве альтернативы отверстие 136 впуска, небольшие отверстия (не показаны), аналогичные по размеру отверстиям 212, как показано на фиг. 10, могут быть выполнены обработкой под прямым углом через внешнюю поверхность 58 изолированного элемента. Эти отверстия выполнены с получением отверстия 132 с фаской на изолированном элементе, в месте, где округлое отверстие 140 впуска расположено в ранее раскрытом варианте реализации. Соответствующее отверстие 218 с фаской обеспечено в передней пластине 26, а также через отверстие 220 в опорной пластине 34. Эти отверстия имеют диаметр около (1/2) дюйма.
[00105] Цилиндровый клапан 222, как показано на фиг. 14, вставляется в отверстие 218 передней пластины и в канал, созданный отверстием 132, для контроля открытием и закрытием меньших отверстий впуска. В частности, цилиндровый клапан включает полый цилиндр 224 с двумя группами 226, 228 слотов (семь слотов показано в каждой группе) на периферийных противоположных сторонах клапана 222. Слоты перпендикулярны продольной оси цилиндрового клапана и проходят за цилиндровый клапан примерно на четверть от общей окружности клапана.
[00106] Клапан включает зубчатый верхний диск 230, который установлен и вращается в пределах вдавливания 218 с фасками. Передачи 230 зацепляются с идентичной передачей на коленчатом вале (не показано), расположенной в первом отверстии 134 с фасками передней пластины. С таким зацеплением, клапан 222 может открываться и закрываться в два раза за каждый оборот IDAR двигателя.
[00107] Объемный коэффициент полезного действия (объемный КПД) двигателя отражает эффективность всасывания в цилиндр и выпуска из цилиндра рабочей среды. Данный коэффициент выражает отношение количества рабочей среды, фактически всасываемой в цилиндр, к объему самого цилиндра. Поэтому за счет создания давления на входе в двигатель выше давления окружающей среды. С помощью указанной выше технологии наблюдались значения объемного КПД больше 100%.
[00108] Альтернативные конфигурации впуска включают в себя первоначально раскрытые отверстие 136 впуска и вращательный клапан 232, показанные на фиг. 15. Этот вариант реализации не включает в себя меньшие отверстия во внешней поверхности 60 контура, но включает дополнительное отверстие 218 с фасками в передней пластине и опорную пластину через отверстие 220.
[00109] Вращательный клапан 232 также включает верхний зубчатый диск 230, цилиндр 234, которые могут быть или не быть полыми, и нижний диск 236. Нижний диск 236 установлен у нижней поверхности опорной пластины и имеет диаметр, который достаточно велик, чтобы проходить за округлое отверстие 140 впуска.
[00110] Нижний диск 236 имеет два дугообразных отверстия 238, 240, на периферийных противоположных местах на диске 236. Каждое отверстие занимает примерно от тридцати до сорока процентов площади диска 236. При таком клапане 232, впуск 136 открывается и закрывается два раза за каждый оборот двигателя дисковыми отверстиями 238, 240.
[00111] Еще один альтернативный вариант реализации показан на фиг. 16 и 17. В этом варианте отверстие 148 ввода свечи зажигания в опорной пластине 34 не является нужным. Напротив, в этом варианте альтернативной подвижной контур 242 включает в себя одно или более отверстий 244 с фасками, каждый из которых выполнено с возможностью размещения свечи зажигания 246. Отверстие 248 в отверстии 244 на внешней поверхности 250 контура обеспечивает доступ к свече зажигания, а отверстие 252 на внутренней поверхности контура 254 позволяет помещать электроды 256 в рабочий объем. Антенные провода (не показаны) крепятся к соединению свечи зажигания.
[00112] По сравнению с размещения свечи зажигания в фиксированном положении в опорной пластине, этот альтернативный вариант реализации обеспечивает высоко предсказуемое сжигание, даже при разных скоростях движения контура. Это происходит по причине того, что установленные в контуре свечи зажигания находятся всегда в точном положении, в котором желательно иметь начало процесса горения.
[00113] Кроме того, создается искровой промежуток путем размещения металлической пластины (не показана), подключенной к высоковольтной катушке (не показана), рядом с областью горения вдоль передней пластины 26. При движении контура 242 около высоковольтной пластины, искра переходит к движущейся свече зажигания 248 и через свечу зажигания на зазор в свече зажигания для начала процесс горения.
[00114] В еще одном альтернативном варианте реализации, потери при перекачке, связанные с тактом выпуска, могут быть уменьшены путем добавления контрольного лепесткового клапана 258, показанного в покомпонентном изображении на фиг. 18, на задней стороне опорной пластины, у отверстия 138 выпуска. Контуры проходят через область выпуска в течение такта выпуска, а затем оставляют отверстие выпуска открытым для атмосферного давления. Это приводит к увеличению трения в насосе, потому что газы не содержатся в одном направлении движения.
[00115] В частности, лепестковый клапан герметизирует отверстие выпуска то время, когда нет контура 30, и предотвращает скопление выхлопа в камере двигателя. В другом варианте изобретения для этой цели используется вращательный клапан (не показан).
[00116] В другом альтернативном варианте реализации контур модифицирован для хранения определенного количества выхлопа и соединяет его с новым топливом во время процесса впуска. Было бы желательно, при переходе от такта выпуска к такту впуска, в целях контроля за видом и количеством побочных продуктов сгорания.
[00117] Тип контура, который может быть модифицирован, чтобы обеспечить внутреннюю рециркуляцию газа, похож на контур 242 на фиг. 17. Предусмотрена внутренняя поверхность отверстия 252, которая является полусферическим, что вместо того, чтобы ограничивать у отверстия 248 во внешней поверхности 250 контура, ограничивает внутри, в пределах контура, и захватывает отработанное горючее вещество. Таким образом, предварительно заданное количество выхлопных газов рекомбинируют с новым горючим веществом и используют для контроля температуры сгорания таким образом, чтобы снизить опасные загрязнители.
[00118] Кроме того, рециркуляция достигается перемещением или уменьшать размер отверстия выпуска, так что это не провод выпуска всего сжигаемого горючего (например, выходная площадь не может вместить поток выпускаемой массы), тем самым производя транспортировку остатка к новому горючему веществу во время впуска. Поршневой двигатель не способен выполнять это без использования дополнительных клапанов и сложного хронометража с использованием распределительного вала, как это известно для этой отрасли.
[00119] Фиг. 19 представляет покомпонентное изображение двухконтурного двигательного блока, включая исходный контур 30 и идентичный ему второй контур 260. Все аспекты выше первоначально раскрытого варианта реализации справедливы и для этого альтернативным варианта реализации. Результирующая структура является эквивалентом двух клапанного двигателя, хотя используется только одна камера.
[00120] Кроме того, с опорной пластиной 262, показанной на фиг. 20, описанный IDAR двигатель может быть использован за пределами технического класса двигателей внутреннего сгорания. IDAR технология имеет гораздо более предпочтительную механическую передачу в крутящий момент, чем в поршневой технологии с подобным смещением. Осуществляется вывод большей полезной работы на единицу смещения по сравнению с поршневыми технологии. В связи с этим, используя только IDAR такт расширения (горение, без искры индуцируемая вспышка) и IDAR такт выпуска, поддерживающие такты впуска и сжатия происходят во внешнем, но связанном устройстве, что повышает общую эффективность. Кроме того, при таком применении, по причине движения контура по-прежнему относительно всего изолированного элемента, такты впуска и сжатия в технологии IDAR могут быть использованы как вторичные относящиеся к IDAR технологии такты расширения и сжатия в одной камере.
[00121] Технически, эти применения используют только IDAR такты расширения и выпуска для обеспечения двигателей внешнего сгорания или силовых станций на сжатом воздухе вместо двигателей внутреннего сгорания. Воздух под высоким давлением или другое горючее вещество поступает из внешних, но соединенных устройств для осуществления движения контуров.
[00122] Для достижения такой альтернативной конфигурации опорная пластина 262 включает два отверстия 264, 266 впуска, которые могут быть одинаковыми по размеру с отверстиями для свеч зажигания, которые обеспечивают порты для трубок поставки воздуха под высоким давлением, который обеспечивает такт расширения. Также показаны два отверстия 266, 268 выпуска, которые имеют место в конце такта расширения. Отверстия выпуска выполнены, как указано выше. Противоположные отверстия расположены по существу на противоположных периферийных краях изолированного элемента, позволяя выполнять два полных приложений расширения и выпуска для каждого полного оборота контура внутри камеры.
[00123] Другими словами, поскольку нет впуска и сжатия, происходящих в двигателе (высокое сжатие воздуха осуществляется вне двигателя и другими средствами) эти два татка используются для удвоения в качестве второй такт расширения и выпуска. Для каждых 360 градусов вращения контур будет выполнить два такта расширения и два такта выпуска.
[00124] Фиг. 21 представляет собой альтернативный контур 270 и альтернативную переднюю пластину 272 по причинам, рассмотренным далее. В первом раскрытом контуре 30 подшипники 178, 180, на противоположных периферийных концах 162, 164 контура 30, выступают наружу от передней стороны контура 40 на том же расстоянии, и они имеют тот же внешний диаметр. Подшипники 178, 180 выступают за внешний край 56 передней пластины, который имеет равномерный радиальный внешний профиль 56.
[00125] Противоположные периферийные края 162, 164 контура не двигаются по точно такой же траектории относительно внешней поверхности 58 изолированного элемента из-за асимметричной формы изолированного элемента 28. Их небольшое смещение по отношению к внешней поверхности изолированного элемента, при вращении контура вращается вокруг изолированного элемента, требует того, чтобы герметизирующие элементы верхней части двигались внутрь или наружу для регулировки незначительных различий.
[00126] Чтобы свести к минимуму нежелательное перемещения герметизирующих элементов верхней части на периферийных противоположных краях контура 274, 276, имеются подшипники 278, 280, которые выполнены с взаимно характерными признаками. А именно, подшипник 278 в ведущем периферийном крае 274 контура 270 выступает дальше от передней стороны 282 контура 270 и имеет больший наружный диаметр, чем подшипник 280 на заднем периферийном крае 276 контура 270.
[00127] Чтобы получить эти подшипники 278, 280, внешний край 282 передней пластины 282 имеет два различных внешних профиля 284, 286, а именно, внешний профиль 284 и внутренний профиль 286. Внешний профиль 284 ближе к задней стороне передней пластины, а внутренний профиль 286 ближе к передней стороне 288 передней пластины.
[00128] Внешний профиль 284 передней пластины радиально больше, чем внутренний профиль 286 передней пластины, а внешний профиль 284 выполнен для отслеживания траектории подшипника 280 заднего края. В свою очередь, внутренний профиль 286 выполнен для отслеживания траектории подшипника 278 ведущего края.
[00129] Внешние диаметры ведущего 278 и заднего 280 краевых подшипников выполнены с возможностью установки у соответствующих профилей 286, 284. Стержень 290 ведущего подшипника 178 достаточно длинен и достаточно узок для размещения подшипника 278 по отношению к внутреннему профилю 286 без контакта с внешним профилем 284 передней пластины 272.
[00130] Следует отметить, что не важно, какой подшипник 278, 280, имеет более длинный стержень. В этом варианте реализации только важно, что передняя пластина имеет профили внешнего края, которые могут принимать соответствующие подшипники, и, что профили отслеживают траекторию, по которой перемещаются соответствующие подшипники 278, 280. Это позволит свести к минимуму или предотвратить нежелаемые перемещения контура 270 во время такта сгорания.
[00131] В целом, выше описанные варианты реализации обеспечивают возможность размещения одного или более роликового подшипника вдоль стороны подвижного контура таким образом, чтобы подшипники могли постоянно контактировать с внешней поверхностью передней пластины для осуществления поворота контур в камерной области при вращении контура вокруг неподвижного изолированного элемента.
[00132] Камера сгорания выполнена в виде несколько частей, которые последовательно расположены в виде слоев так, чтобы формировать целый IDAR двигатель, и каждый слой выровнен в соответствии посредством выравнивающих штырей или коннекторов.
[00133] В одном из раскрытых вариантов реализации отверстие впуска подается через ряд небольших отверстий по периметру изолированного элемента, которые связаны с большим отверстием, проходящим через корпус изолированного элемента и из задней части камеры. В этом варианте реализации размещение цилиндрового клапана в задней части камеры и корпусе изолированного элемента, обеспечивает соединение и управление потоком впуска через отверстия впуска, сконфигурированные согласно изолированному элементу.
[00134] В другом раскрытом варианте реализации размещение вращательного клапана с прикрепленной стержневой частью, который проходит через заднюю часть камеры и корпус изолированного элемента, обеспечивает соединение и управление потоком впуска через впускные отверстия, сконфигурированные согласно изолированному элементу.
[00135] В другом раскрытом варианте реализации, конфигурация двигателя с одной или более свечами зажигания, установленными в подвижных контурах с соединительным узлом к свече зажигания, присоединенной к антенне, которая собирает спланированную по времени энергию искры при своем перемещении по соседней области относительно к стационарному высоковольтному проводнику.
[00136] В раскрытых вариантах реализации используются герметизирующие элементы верхней части, которые контактируют с поверхностью передней панелью и опорной панели.
[00137] В одном из вариантов реализации на задней стороне камеры двигателя установлен лепестковый клапан над отверстием выпуска для осуществления открытия и закрытия этого отверстия.
[00138] В другом раскрыты варианте поворотный клапан устанавливается на задней стороне камеры двигателя в выхлопной порт для осуществления открытия и закрытия выхлопного отверстия.
[00139] В другом раскрытом варианте реализации удаляется часть поверхности вогнутого контура, которая обращена к поверхности изолированного элемента, для осуществления процесса внутренней рециркуляции газов непосредственно между тактами впуска и выпуска.
[00140] Таким образом, была показана технологи я усовершенствования асимметричного роторного двигателя обратного смещения (IDAR) и внутреннего сгорания. Также описаны конструктивные улучшения камеры двигателя, которые упрощают процессы сборки и улучшить допуски в двигателе. Кроме того, описаны улучшение конфигурации контура, снимающие нагрузку на боковые герметизирующие элементы и герметизирующие элементы верхней части и улучшающие механизм сжатия в двигателе, функциональную воспроизводимость и срок службы двигателя. Также рассмотрены усовершенствования конструкции выводящих отверстий, как впускных и выпускных, и совместимая конструкция клапана для повышения производительности каждого такта.
[00141] В другой рассмотренной конфигурации IDAR технологии было раскрыто расширение использования с привлечением других технологий, таких как IDAR функции в качестве силовой установки, в то время как существующие технологии обеспечивают источники воздуха с высоким давлением или смеси горючего вещества и воздуха для IDAR силовых установок. В этом случае устройство согласно IDAR технологии действует как силовая установка внешнего сгорания, например, работающая на сжатом воздухе, вместо двигателя внутреннего сгорания.
[00142] Хотя выше было раскрыто несколько вариантов реализации настоящего изобретения, данное изобретение не должны быть ограничено ими. Фактически, следует понимать, что специалисты в данной области техники будет иметь возможность разработать многочисленные варианты, которые, хотя специально не показаны или не описаны, можно воплотить по принципам настоящего изобретения и которые попадет под его объем. Модификации раскрытых выше вариантов очевидны для специалистов в данной области техники, но это не должно привести к вариантам модифицирования изобретения, находящимся за пределами объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
Изобретение относится к роторному двигателю. Асимметричный роторный двигатель содержит камеру. Камера содержит неподвижный изолированный элемент, переднюю пластину, подвижный профильный элемент вогнутой формы и по меньшей мере один взаимодействующий с передней пластиной подшипник. Изолированный элемент имеет внешнюю поверхность и удлиненную выпуклую форму и включает канал коленчатого вала. Канал коленчатого вала расположен на расстоянии от центра указанного изолированного элемента. Передняя пластина присоединена к передней поверхности изолированного элемента и снабжена направляющим краем. Профильный элемент смещен в направлении внешней поверхности изолированного элемента и выполнен с возможностью вращения вокруг изолированного элемента с образованием рабочего объема камеры между внутренней поверхностью профильного элемента и внешней поверхностью изолированного элемента. Подшипник проходит от передней поверхности подвижного профильного элемента и над направляющим краем передней пластины. Взаимодействующий с передней пластиной подшипник выполнен с возможностью взаимодействия с указанным направляющим краем. Техническим результатом является повышение эффективности и облегчение производства двигателя. 24 з.п. ф-лы, 21 ил.
1. Асимметричный роторный двигатель, содержащий камеру, в свою очередь содержащую
неподвижный изолированный элемент, имеющий внешнюю поверхность и удлиненную выпуклую форму и включающий канал коленчатого вала, расположенный на расстоянии от центра указанного изолированного элемента,
переднюю пластину, присоединенную к передней поверхности указанного изолированного элемента и снабженную направляющим краем,
подвижный профильный элемент вогнутой формы, смещенный в направлении внешней поверхности изолированного элемента и выполненный с возможностью вращения вокруг изолированного элемента с образованием рабочего объема камеры между внутренней поверхностью профильного элемента и внешней поверхностью изолированного элемента,
и по меньшей мере один взаимодействующий с передней пластиной подшипник, проходящий от передней поверхности подвижного профильного элемента и над направляющим краем передней пластины, при этом взаимодействующий с передней пластиной подшипник выполнен с возможностью взаимодействия с указанным направляющим краем.
2. Двигатель по п. 1, в котором профильный элемент включает два взаимодействующих с передней пластиной подшипника, расположенных на соответствующих противоположных периферических краях профильного элемента.
3. Двигатель по п. 2, в котором два указанных подшипника содержат подшипник ведущего края и подшипник заднего края, причем один из подшипников проходит дальше от передней поверхности подвижного профильного элемента, чем другой подшипник, а передняя пластина содержит два направляющих края с различными профилями, при этом первый из направляющих краев контактирует с одним из подшипников, а второй из направляющих краев - с другим из указанных подшипников.
4. Двигатель по п. 2, в котором камера дополнительно содержит
обод с внутренней поверхностью, причем по меньшей мере часть изолированного элемента и профильного элемента расположены в пределах внутренней поверхности обода,
подшипник для взаимодействия с внутренней поверхностью обода, проходящий от внешней поверхности подвижного профильного элемента,
причем внутренняя поверхность обода имеет такую форму, чтобы смещать профильный элемент в направлении изолированного элемента, посредством чего взаимодействующий с передней пластиной подшипник взаимодействует с направляющим краем.
5. Двигатель по п. 4, дополнительно содержащий опорную пластину, включающую отверстие впуска и отверстие выпуска, причем отверстие выпуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте выпуска.
6. Двигатель по п. 5, в котором отверстие впуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте впуска.
7. Двигатель по п. 5, в котором в пластине выполнено два упомянутых отверстия впуска и два упомянутых отверстия выпуска, причем отверстия впуска и выпуска выполнены у периферийных краев изолированного элемента на противоположных сторонах.
8. Двигатель по п. 7, приводимый в действие сжатым воздухом.
9. Двигатель по п. 7, в котором отверстия впуска выполнены с обеспечением возможности управления потоком горючего вещества.
10. Двигатель по п. 7, в котором опорная пластина соединена с дополнительной опорной пластиной, при этом в дополнительной опорной пластине выполнены отверстия впуска.
11. Двигатель по п. 6, в котором подвижный профильный элемент дополнительно содержит
боковые герметизирующие элементы, взаимодействующие с поверхностями передней пластины и опорной пластины, и
герметизирующие элементы верхней части, расположенные на периферийной поверхности профильного элемента и взаимодействующие с поверхностями изолированного элемента и передней пластины.
12. Двигатель по п. 11, в котором герметизирующие элементы верхней части выполнены из чугуна.
13. Двигатель по п. 6, в котором опорная пластина включает отверстие для размещения свечи зажигания, расположенное в области, в которой происходит такт сжатия.
14. Двигатель по п. 4, в котором подвижный профильный элемент включает отверстие для размещения свечи зажигания, выходящее на внутреннюю поверхность профильного элемента таким образом, что электроды свечи зажигания входят в рабочий объем.
15. Двигатель по п. 4, включающий
клапанный канал, выполненный в изолированном элементе, и
цилиндрический щелевой клапан, установленный с возможностью вращения в клапанном канале таким образом, что горючее вещество выборочно доставляется в рабочий объем.
16. Двигатель по п. 15, в котором указанный цилиндрический щелевой клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот цилиндрического щелевого клапана для выборочной доставки горючего вещества в рабочий объем.
17. Двигатель по п. 6, включающий клапанное отверстие в изолированном элементе и вращающийся клапан, установленный с возможностью вращения в указанном клапанном отверстии с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска.
18. Двигатель по п. 17, в котором вращающийся клапан включает диск, имеющий отверстия, расположенный напротив поверхности опорной пластины с обеспечением перекрытия поверхностью диска отверстия впуска.
19. Двигатель по п. 18, в котором вращающийся клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот вращающегося клапана с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска.
20. Двигатель по п. 4, в котором профильный элемент включает рециркуляционное отверстие для обеспечения рециркуляции отработавшего газа.
21. Двигатель по п. 6, дополнительно включающий управляющий клапан, расположенный в отверстии выпуска на опорной пластине для герметизации отверстия выпуска, за исключением случая нахождения двигателя в такте выпуска.
22. Двигатель по п. 21, в котором управляющий клапан представляет собой лепестковый клапан.
23. Двигатель по п. 21, в котором управляющий клапан представляет собой вращающийся клапан.
24. Двигатель по п. 4, содержащий подвижные профильные элементы.
25. Двигатель по п. 6, в котором поверхность опорной пластины и внешняя поверхность обода имеют одинаковую форму.
