Настоящее изобретение относится к устройству для машины смещающего типа, содержащему a) невращающийся кожух, который окружает две совместно движущиеся детали, b) первую деталь, которая со своей внешней периферией способна управляемым образом вращательно перемещаться вдоль внутренней стенки кожуха, c) вторую деталь, которая способна управляемым образом перемещаться относительно внутренней периферической поверхности первой детали, и d) по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие, связанные со стенкой кожуха.
Кроме того, изобретение относится, в первом аспекте, к управляющей зубчатой передаче для того, чтобы приводить к непрерывному, совместно изменяющемуся перемещению первой детали и второй детали, которые являются коаксиальными, и при этом упомянутые первая и вторая детали находятся в оперативном взаимодействии с главным приводным валом, а во втором аспекте относится к управляющей зубчатой передаче, находящейся в оперативном взаимодействии с устройством машины для управления двумя непрерывно вращающимися, совместно перемещающимися функциональными деталями в устройстве машины, таким образом приводя к непрерывному, совместно изменяющемуся движению в устройстве машины первой детали и второй детали, которые являются коаксиальными, причем упомянутые первая и вторая детали находятся в оперативном взаимодействии с вращающимся главным приводным валом, который образует часть управляющей зубчатой передачи,
главный приводной вал находится в оперативной связи через зубчатое зацепление с первым вращающимся переходным приводным валом для первой детали и со вторым вращающимся переходным приводным валом для второй детали, соответственно, и
упомянутая связь через зубчатое зацепление включает в себя взаимодействующие эллиптические зубчатые колеса, и вращающийся главный приводной вал оборудован зафиксированным эллиптическим зубчатым колесом.
Изобретение также относится к использованию такой управляющей зубчатой передачи.
Из литературы и в качестве продукта известно очень большое количество различных типов машин смещающего типа, таких как двигатели внутреннего сгорания, компрессоры и насосы. Однако, такие машины чаще всего сконструированы с двумя параллельными или двумя эксцентрично расположенными осями вращения.
В качестве двигателя внутреннего сгорания, основанного на изменениях объема, которые основаны на вращательных конфигурациях, самым известным является двигатель Ванкеля, и в настоящее время он все еще совершенствуется. Однако, другие роторные двигатели внутреннего сгорания, основанные на геометрических изменениях объема, не нашли коммерческого применения.
Известный двигатель Ванкеля имеет только один ротор, который вращается эксцентрично в своем окружающем неподвижном кожухе. В его первых вариантах осуществления он был сконструирован таким образом, что являлся кожухом, в известной в настоящее время версии, поворачивающимся вокруг своей собственной оси, и это подразумевает, что этот первый вариант двигателя Ванкеля в действительности представляет собой двухроторный двигатель.
Однако, двигатель Ванкеля не имел большой коммерческой эффективности, несмотря на его способность демонстрировать высокие частоты вращения за единицу времени и почти безвибрационную работу, маленький конструкционный размер и небольшой вес. Это обусловлено существенными недостатками, такими как относительно высокие производственные расходы из-за требований, связанных с тонким шлифованием и покрытием пути перемещения внутренней периферии статора, существенных проблем, связанных с уплотнением между статором и ротором, в частности, по направлению к периферии. Это связано с тем, что эти уплотняющие поверхности становятся чрезвычайно узкими, почти как полоски, и там, где угол опоры заметно изменяется при вращении. Некоторые из этих проблем были до некоторой степени решены с технической точки зрения, но проблемы, связанные с конфигурацией, кажутся почти неразрешимыми. В числе прочего, поверхность горения в камерах между ротором и статором по периферии становится довольно большой, а степень сжатия геометрически весьма мала. Это приводит к тому, что двигатель Ванкеля, к сожалению, демонстрирует низкую эффективность и высокий расход топлива.
В литературе и в многочисленных патентных публикациях помимо этого было найдено значительное количество предложений, связанных с машинами, имеющими один или два ротора, которые демонстрируют эксцентричную ось вращения.
Следующие патентные публикации упоминаются в качестве представления связанного известного уровня техники: US 2012/0080006-A1, US 3430573-A, US 2004/0187803-A1, WO 03/008764-A1, US 5622149-A, GB 1021626-A, GB 1028098-A, US 3356079-A и US 3112062-A.
В чистом виде смещающие или расширительные машины с вращательными конфигурациями используются чаще всего как компрессоры для газов и до некоторой степени как расширительные машины для газов. Винтовые компрессоры с двумя параллельными роторами и осями вращения в настоящее время широко используются, в частности, для получения сжатого воздуха. В области расширительных машин, которые преобразуют давление в механическую энергию, присутствуют, в частности, основанные на пластинах машины с эксцентричной осью вращения, и они также используются для инструментов, приводимых в действие сжатым воздухом.
Другие конструкции подобных типов представляют собой, например, гидравлические насосы, являющиеся так называемыми смещающими машинами. Эксцентриковые конфигурации также часто используются в насосах, например, в насосах для смазочно-охлаждающих жидкостей в автомобильных двигателях.
Целью изобретения является нахождение решения задач и известных проблем, связанных и с уплотнением, и с соотношением поверхностей во время нормальной работы для устройств типов, упомянутых во введении, например, таких как двигатели внутреннего сгорания, поскольку они представлены в соответствии с изобретением, предназначенным для обеспечения машины, которая демонстрирует многие из преимуществ ротационной машины, таких как наличие компактной и легкой конструкции, и при этом является безвибрационной, что касается объемной силы, и которая демонстрирует механически простую конструкцию с минимальным количеством перемещающихся деталей, одновременно с выбором требуемой степени сжатия.
В соответствии с изобретением, упомянутая вначале машина отличается тем, что
e) две совместно движущиеся детали имеют коаксиальные оси вращения,
f) первая деталь внутри имеет по меньшей мере две направленные радиально внутрь лопасти с выполненным взаимным угловым расстоянием вдоль криволинейной внутренней стенки детали между этими лопастями,
g) вторая деталь имеет ступицу, которая имеет по меньшей мере две направленные радиально наружу лопасти со взаимным угловым расстоянием,
h) участок ступицы между лопастями второй детали находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейного свободного оконечного участка лопастей на первой детали,
i) криволинейный свободный оконечный участок каждой лопасти на другой детали находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейной внутренней стенки на первой детали, которая расположена между соответствующими одними из двух соседних упомянутых лопастей на первой детали,
j) первая деталь и вторая деталь обе способны находиться в непрерывном вращающемся движении, но с взаимно изменяющимся перемещением, при этом лопасти второй детали могут перемещаться между соответствующими соседними лопастями на первой детали так, что камеры, которые создаются между взаимодействующими парами лопастей на первой детали и второй детали, последовательно увеличиваются и уменьшаются, и уменьшаются и увеличиваются, соответственно, в объеме в течение цикла вращения образующихся камер,
k) один первый конец в осевом направлении двух деталей находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от первой крышки, имеющей отверстия для управляемой связи с камерами, причем первая крышка образует упомянутую стенку, а второй конец в осевом направлении двух деталей закрыт второй крышкой, которая прикреплена к первой детали и вращается вместе с ней, и вторая деталь находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от второй крышки, и
l) перемещения упомянутых совместно движущихся деталей происходят под действием управляющей зубчатой передачи, которая функционально взаимодействует с вращающимся главным приводным валом машины.
В соответствии с вариантом осуществления, вращающийся главный приводной вал, взаимодействующий с управляющей зубчатой передачей, представляет собой оперативную связь через зубчатое зацепление с первым, вращающимся переходным приводным валом для первой детали и со вторым, вращающимся переходным приводным валом для второй детали, соответственно, при этом взаимодействующие, эллиптические зубчатые колеса встроены в соответствующую связь через зубчатое зацепление. Кроме того, главный приводной вал и упомянутые первый и второй переходные приводные валы являются коаксиальными.
Дополнительные варианты осуществления устройства, в соответствии с изобретением, следуют из п.п.4-15 прилагаемой формулы изобретения.
В соответствии с упомянутым первым аспектом, упомянутая управляющая зубчатая передача, которая была упомянута во введении, отличается, в соответствии с изобретением, тем, что вращающийся главный приводной вал, который образует часть управляющей зубчатой передачи, находится в оперативной связи через зубчатое зацепление с первым, вращающимся переходным приводным валом для первой детали и со вторым, вращающимся переходным приводным валом для второй детали, соответственно, причем взаимодействующие эллиптические зубчатые колеса включены в соответствующую связь через зубчатое зацепление, и при этом главный приводной вал и упомянутые первый и второй переходные приводные валы являются коаксиальными.
Дополнительные варианты осуществления первого аспекта управляющей зубчатой передачи следуют из пп.17-19 прилагаемой формулы изобретения.
В соответствии с упомянутым вторым аспектом упомянутой управляющей зубчатой передачей, которая была упомянута во введении, зубчатая передача отличается тем, что:
- главный приводной вал и упомянутые первый и второй переходные приводные валы являются коаксиальными,
- по меньшей мере один первый коаксиальный набор из вращающегося, эллиптического зубчатого колеса и вращающегося, кольцеобразного зубчатого колеса, которые неподвижно соединены между собой с первым взаимным расстоянием по оси, причем ось вращения зубчатых колес параллельна оси вращения главного приводного вала, при этом эллиптическое зубчатое колесо из первого набора образует зацепление зубчатых колес с эллиптическим зубчатым колесом, которое жестко закреплено на главном приводном валу, а кольцеобразное зубчатое колесо из первого набора образует зацепление зубчатых колес с кольцеобразным зубчатым колесом на переходном приводном валу для первой детали для ее вращения, и
- по меньшей мере один второй коаксиальный набор из вращающегося, эллиптического зубчатого колеса и вращающегося, кольцеобразного зубчатого колеса, которые неподвижно соединены между собой со вторым взаимным расстоянием по оси, причем ось вращения зубчатых колес параллельна оси вращения главного приводного вала, при этом эллиптическое зубчатое колесо второго набора образует зацепление зубчатых колес с эллиптическим зубчатым колесом, которое жестко закреплено на главном приводном валу, а кольцеобразное зубчатое колесо второго набора образует зацепление зубчатых колес с кольцеобразным зубчатым колесом на переходном приводном валу для второй детали для ее вращения.
Дополнительные варианты осуществления второго аспекта управляющей зубчатой передачи следуют из п.п.20-22 прилагаемой формулы изобретения.
Использование управляющей зубчатой передачи предназначено для управления двумя непрерывно вращающимися, совместно перемещающимися функциональными деталями устройства машины, чтобы в рабочем цикле устройства машины образовывать последовательно смещающиеся изменяющиеся камеры всасывания, сжатия и выброса в устройстве машины, когда оно представляет собой двигатель внутреннего сгорания или компрессор, или последовательно образовывать изменяющиеся пространства смещения в устройстве машины, когда оно представляет собой насос.
Теперь изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют в настоящее время предпочтительный, относительно изобретения, не ограничивающий вариант осуществления соответствующих частей устройства и управляющей зубчатой передачи.
Фиг.1 показывает на виде в перспективе чертеж общего вида устройства машины, в соответствии с изобретением, в качестве варианта двигателя.
Фиг.2 показывает на другом виде в перспективе вариант осуществления фиг.1 с частично вырезанными крышками машины.
Фиг.3a и 3b показывают на видах в перспективе спереди и сзади, соответственно, первую деталь из двух совместно движущихся деталей устройства, где первая деталь представлена в форме внешнего ротора.
Фиг.4 показывает на виде в перспективе вторую деталь из двух совместно движущихся деталей устройства, где вторая деталь представлена в форме внутреннего ротора.
Фиг.5 показывает увеличенный детализированный участок V, представленный на фиг.4.
Фиг.6 показывает схематический чертеж двух соединенных совместно перемещающихся деталей, как видно со стороны первой детали, как показано на фиг.3b.
Фиг.7 представляет собой вид в перспективе части устройства с взаимно движущимися деталями и с передней крышкой, удаленной для полной ясности.
Фиг.8 представляет собой вид в перспективе части устройства с двумя совместно движущимися деталями, с передней крышкой, удаленной для полной ясности, и срезанными участками невращающегося кожуха для этих частей.
Фиг.9 представляет собой вид в перспективе части устройства, которая включает в себя две совместно перемещающиеся детали, но для полной ясности без включенной в нее управляющей зубчатой передачи, и с половиной невращающегося кожуха для совместно движущихся деталей вращения, с половиной невращающегося кожуха для срезанной управляющей зубчатой передачи.
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе управляющей зубчатой передачи в соответствии с изобретением.
Фиг.11 показывает устройство с двумя совместно движущимися деталями и с их окружающим кожухом, частично вырезанным, так же как с управляющей зубчатой передачей и ее окружающим кожухом, частично вырезанным для полной ясности.
Фиг.12 показывает устройство, как показано на фиг.10, с управляющей зубчатой передачей, показанной частично в разобранном виде.
Фиг.13a, 13b и 13c иллюстрируют первый тип набора зубчатых колес для использования в управляющей зубчатой передаче, как видно на виде в плане, виде сбоку и в разрезе по XIIIc-XIIIc, соответственно.
Фиг.14a, 14b и 14c иллюстрируют второй тип набора зубчатых колес для использования в управляющей зубчатой передаче, как видно на виде в плане, виде сбоку и в разрезе по XIVc-XIVc, соответственно
Фиг.15 показывает связанные друг с другом кривые для числа оборотов в единицу времени для двух совместно движущихся деталей относительно постоянного числа оборотов в единицу времени для приводного вала машины.
Фиг.16a-16f иллюстрируют положения двух совместно движущихся деталей в шести различных положениях рабочего цикла устройства, связанного с двигателем, с передней крышкой, адаптированной к режиму функционирования двигателя.
Фиг.17a-17b иллюстрируют положения двух совместно движущихся деталей в шести различных положениях рабочего цикла устройства, связанного с компрессором, с передней крышкой, адаптированной к режиму функционирования компрессора.
Фиг.18a-18b иллюстрируют положения двух совместно движущихся деталей в шести различных положениях рабочего цикла устройства, связанного с насосом, с передней крышкой, адаптированной к режиму функционирования насоса.
В связи с нижеследующим описанием нужно отметить, что начало хода работы двух совместно перемещающихся деталей, обозначенных как внутренний ротор 101 и внешний ротор 102, соответственно (см., в частности, на фиг.3a, 3b, 4, 5, 6 и 7), а также управляющей зубчатой передачи 201 является одинаковым, независимо от устройства, используемого для функционирования двигателя, функционирования компрессора или функционирования насоса, даже в том случае, если там обеспечиваются соответствующие и разные передние крышки 104 (фиг.1, 2 и фиг.16a-16f), 105 (фиг.17a-17b) и 106 (фиг.18a-18b) для соответствующих областей использования, как будет пояснено ниже в связи с соответствующими циклами функционирования. Изменяющиеся камеры, образуемые вращением внутреннего ротора 101 и внешнего ротора 102, ограничены в осевом направлении упомянутой передней крышкой 104 (в качестве альтернативы передней крышкой 105 или 106) и задней крышкой 103, как показано на фиг.2, 8, 9, 11 и 12. Задняя крышка 103 неподвижно прикреплена болтами к периферии внешнего ротора, как будет пояснено ниже в связи с фиг.3b.
На фиг.1 показан вариант осуществления устройства, в соответствии с изобретением, выполненный для функционирования двигателя.
Здесь показан кожух 107, имеющий кольцеобразную стенку 108, первую торцевую стенку 109 и вторую торцевую стенку 104, образованную передней крышкой 104 (передней крышкой 105 или 106, если выполняется функционирование компрессора или функционирование насоса, соответственно). Стенки 108 и 109 предпочтительно отлиты за одно целое. Торцевая стенка или крышка 104 (в качестве альтернативы, крышка 105 или 106, которые также могут образовывать торцевую стенку) предпочтительно прикреплена к стенке 108 с помощью множества соединительных болтов 110, таких, как показаны на фиг.1 и 2.
На фиг.1 дополнительно показан кожух 111 для управляющей зубчатой передачи, муфта 112 для какого-либо тормозного механизма испытательного стенда, зубчатый диск 113 для индикатора зажигания, связанного с устройством 114 зажигания, например, свечей зажигания, которая может быть ввинчена в торцевую стенку 104. Кроме того, на фиг.1 показан маховик 115, который может быть закреплен на главном приводном валу 116 (см. в том числе фиг.2) хорошо известным способом. Поэтому маховик для простоты не показан ни на одном из других чертежей. Муфта 112 и диск 113 также могут быть соответствующим образом закреплены на валу 116 или прикреплены к нему через маховик 115. Каждый из кожухов 107 и 111 обеспечен подвесками 117, 118 машины, соответственно. Соответствующие подвески машины, конечно, также могут быть обеспечены на диаметрально противоположной стороне соответствующего кожуха 107, 111. Кожухи 107, 111 могут, например, состоять из четырех взаимосоединяемых частей, но в практическом варианте осуществления, каждый из них может состоять из двух половинок, при этом одна половинка одного кожуха является отлитой за одно целое с половинкой другого кожуха таким образом, что кожухи 107 и 111 состоят из двух отлитых за одно целое частей, которые затем могут быть соединены. В качестве альтернативы, кожух 107 (то есть его стенки 108 и 109) и кожух 111 могут быть отлиты в виде только одного элемента. Это последнее альтернативное решение в настоящее время представляет собой предпочтительный вариант осуществления.
В верхней части кожуха 111 расположена муфта 119 наливного патрубка для масла для управляющей зубчатой передачи 201, которая расположена внутри кожуха, и которая будет подробно описана ниже. В нижней части кожуха 111 может быть расположено маслоспускное отверстие 120. Заполнение маслом может осуществляться, например, через впрыск масляного тумана таким образом, чтобы внутренняя часть кожуха не была полностью заполнена маслом, и масло могло вытекать через отверстие 120, фильтроваться и охлаждаться до повторного впрыска через муфту 119 наливного патрубка.
Как показано, на кожухе 107 имеется по меньшей мере одно отверстие 121 для выдува охлаждающего воздуха из внутренней части кожуха.
Кроме того, как показано на фиг.1, имеется распылитель 122 форсунки для топлива, всасывающий коллектор 123 для воздуха, имеющий в его верхней части средство 124 крепления для воздушного фильтра, рукоятку 125 регулятора скорости и выпускной коллектор 126.
Как показано на фиг.2, на внешней поверхности стенки 104 имеется крепежная скоба 127 для крепления всасывающего коллектора 123 и выпускного коллектора 126 к соответствующим отверстию 128 всасывания и выпускному отверстию 129 из внутренней части кожуха 107, то есть, из камер сгорания, образуемых посредством роторов 101 и 102 и торцевых стенок 104, 109.
Следует отметить, что стенка или крышка 104 соединена как одно целое с выступающим участком стенки в форме передней втулки или передней крышки 130. Стенка 104 окружает передний вал 131 для внешнего ротора 102, а передняя втулка 130 окружает и зажимает роликовый подшипник 132 для переднего вала 131 внешнего ротора 102. Кроме того, передняя втулка 130 окружает вал 133 для внутреннего ротора 101. Компенсатор 134 для силы инерции прикреплен посредством болтов 135 к валу 133 внутреннего ротора. Передняя втулка 130 завершается передним торцевым колпачком 136, который прикреплен к передней втулке 130 посредством болтов 137. Впускное отверстие 138 для охлаждающего и смазочного масла соответствующим образом расположено в переднем торцевом колпачке 136. Однако, также возможно представить себе вместо этого такое впускное отверстие, размещенное в передней втулке 130.
Фиг.3 иллюстрирует внешний ротор 102 более подробно. Он имеет, в показанном варианте осуществления, две расположенные диаметрально противоположно лопасти 137, направленные радиально внутрь. Количество лопастей может быть увеличено, возможно, при условии, что количество лопастей на внутреннем роторе также будет соответствующим образом увеличено. Однако, для этого может потребоваться увеличение диаметральных размеров машины. Вместо этого альтернативой может быть параллельное соединение в осевом направлении нескольких блоков кожуха 107 и роторов 101, 102 или, возможно, увеличение их размеров в осевом направлении.
Лопасти 139 обеспечены множеством углублений 140 перепада давления. Преимущество таких углублений перепада давления заключается в отказе от уплотняющих пружин для скольжения вдоль стенки, которые требуют хорошо контролируемой смазки и которые, с точки зрения износа, представляют собой серьезную проблему, связанную, в частности, с типом двигателя, подобным двигателю Ванкеля.
Как указано выше, и как показано на фиг.8 и 9, задняя крышка 103 прикреплена к задней стороне внешнего ротора 102 с помощью большого количества болтов 141, которые прикреплены в соответствующих крепежных отверстиях 142 (фиг.3b) во внешнем роторе 102. Внешний ротор 102 помимо этого обеспечен охлаждающими креативными выемками 143 с внешней периферии и внутрь в лопастях 139 таким образом, чтобы лопасти в действительности были не сплошными, а полыми. Выемки 143 взаимодействуют с соответствующими отверстиями 144 (фиг.8) в задней крышке 103, чтобы охлаждающий воздух мог циркулировать через эти отверстия и через выемки 143 в лопастях 139 и мог проходить над охлаждающими ребрами 145, которые расположены вдоль внешней окружности внешнего ротора 102, где выдувание охлаждающего воздуха может осуществляться через упомянутое отверстие 121 для выдувания.
Внутренний ротор 101 показан более подробно на фиг.4 и 5. Он имеет ступицу 146 и расположенные диаметрально противоположно лопасти 147. Лопасти 147, как показано для лопастей 139 внешнего ротора 102, также обеспечены углублениями 148 перепада давления с получением таких технических преимуществ, как обсуждалось для углублений 140. Ступица 146 предпочтительно также обеспечена пространством 149 масляного охлаждения для внутреннего ротора. Детали углублений 148 перепада давления показаны на фиг.5, иллюстрирующей участок V на фиг.4. Углубления 140 перепада давления на внешнем роторе 102 предпочтительно выполнены аналогичным образом. Углубления 150 перепада давления, которые находятся на изогнутой части лопасти 147, предпочтительно расположены ближе друг к другу, чем углубления 151, расположенные на радиальном участке лопастей 147.
Фиг.6 показывает «идеализированное» представление того, как соединены внутренний и внешний роторы, а детали, связанные с охлаждающими ребрами и монтажными отверстиями на внешнем роторе, не включены ради простоты, и передняя втулка 130 также не видна. Отверстия 152 должны взаимодействовать с болтами 110, при этом болты неподвижно вставлены в соответствующие отверстия (не показаны) в круговой, кольцеобразной части 108 кожуха 107. Клиновидные канавки 153 расположены во втулке с целью обеспечения прикрепления к приводному валу 133, связанному с внутренним ротором 101. Этот приводной вал будет дополнительно описан ниже.
В кратком изложении, связанном с формулой изобретения, ассоциированной с двумя совместно движущимися деталями, таким образом, присутствует устройство, связанное с машиной, содержащей невращающийся кожух 107, то есть с участками 104, 108, 109, 130; 105, 108, 109, 130; 106, 108, 109, 130 стенок, окружающими две совместно перемещающиеся детали 101, 102. Первая деталь 102, которая образует внешний ротор, со его внешней периферией, способна управляемым образом перемещаться относительно внутренней поверхности стенки, то есть крышки 104 кожуха. Другая деталь, то есть внутренний ротор 101, способна управляемым образом перемещаться относительно внутренней, криволинейной периферической поверхности 150, то есть участка стенки, внешней детали 102. Как показано на фиг.1, по меньшей мере один впускной коллектор 123 и по меньшей мере один выпускной коллектор 126 расположены на стенке 104, то есть передней крышке кожуха 107, и ассоциированы с ней.
Как очевидно, в том числе, из фиг.6, две совместно перемещающиеся детали, то есть два ротора, 101 и 102, имеют коаксиальные оси вращения, то есть ось, обозначенную ссылочной позицией 155. Ротор 102 имеет внутри, как объяснялось выше, по меньшей мере две направленные радиально внутрь лопасти 139 со взаимным угловым расстоянием вдоль изогнутой внутренней стенки 154 ротора (см. фиг.3a и 3b) между лопастями 139. В иллюстрируемом примере, угловое расстояние между радиальной средней областью двух лопастей 139 составляет 180°, то есть лопасти 139 расположены по диагонали напротив друг друга. Внутренний ротор 101 имеет ступицу 146 по меньшей мере с двумя направленными радиально наружу лопастями 147 со взаимным угловым расстоянием между радиальной средней областью двух лопастей 147, составляющим 180°, то есть, лопасти 147 расположены по диагонали напротив друг друга. Участок 156 на ступице 146 изогнут и находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейного свободного оконечного участка 157 лопастей 139.
Криволинейный свободный оконечный участок 158 каждой лопасти 147 на внутреннем роторе 101 находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейного свободного оконечного участка 154 на внешнем роторе 102, который расположен там между двумя соседними лопастями 139.
Термин «изогнутый, криволинейный» в связи с двумя предыдущими параграфами интерпретируется, например, как имеющий форму отрезка дуги окружности.
Оба ротора 101, 102 непрерывно вращательно перемещаются, но с взаимно изменяющимся перемещением, при этом лопасти 147 внутреннего ротора 101 перемещаются между упомянутыми соответствующими соседними и расположенными диаметрально противоположно лопастями 139 на внешнем роторе 102 таким образом, что камеры 159, 160 и 161 162, которые образуются между взаимодействующими парами 139, 147 лопастей на внешнем роторе 102 и внутреннем роторе 101, последовательно увеличиваются и уменьшаются, и уменьшаются и увеличиваются в объеме, соответственно, в ходе цикла вращения для образующихся камер.
Первый конец в осевом направлении двух деталей 101, 102 находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от первой крышки, то есть передней крышки 104 с отверстиями 128 и 129, возможно, через крепежную скобу 127, для управляемой связи с камерами, причем первая крышка 104 образует упомянутую стенку. Второй конец двух роторов 101, 102 закрыт второй крышкой 103, которая прикреплена к внешнему ротору 102, как объяснялось выше, и которая таким образом вращается вместе с ним. Это означает, таким образом, что первый ротор 101 оказывается в скользящем контакте или в непосредственной близости от второй крышки 103, когда этот ротор 101 вращается.
Перемещения двух совместно перемещающихся роторов 101, 102 находятся под влиянием управляющей передачи 201, которая функционально включает в себя вращающийся главный приводной вал 116 для машины.
Относительно фиг.3a следует отметить, что лопасти 139 имеют три отверстия 163. Эти отверстия используются для крепления к этим лопастям 139 переднего вала 131 для внешнего ротора посредством болтов 164 (см. фиг.7), и там роликовый подшипник 132 взаимодействует с передним валом 131 внешнего ротора.
Вал 133 для внутреннего ротора 101 может быть прикреплен к ступице 146 внутреннего ротора через клиновидные канавки 153 хорошо известным способом. Вал 133 тоже виден на фиг.2, а также на фиг.8 и 9.
Как видно на фиг.8, там предпочтительно присутствует игольчатый подшипник 165 для внутреннего ротора 101. Этот игольчатый подшипник не виден на других чертежах, но внутренний вал 133 также имеет дополнительный игольчатый подшипник 166, расположенный между валом 133 и крышкой 103. Крышка 103 в ее осевом продолжении представляет собой приводной вал 167 для внешнего ротора 102. Роликовый подшипник 168 для вала 167 внешнего ротора 102 расположен с его внешней периферией, зажатой во фланце 169, на кожухе 111 (см. фиг.9). Упорный подшипник 170 скольжения для приводного вала 167 внешнего ротора зажат между валом 167 и кожухом 111 (см. фиг.9).
Отверстия 171 и 172, показанные на фиг.8, являются винтовыми креплениями для присоединения вала 167 внешнего ротора и вала 133 внутреннего ротора, соответственно, к конструктивным элементам управляющей зубчатой передачи 201, как будет описано более подробно.
Как показано с конкретной ссылкой на фиг.10-14, вращающийся главный приводной вал 116, который также является частью управляющей зубчатой передачи 201, функционально взаимодействует через связи 202, 203; 202, 204 через зубчатые зацепления с первым вращающимся переходным приводным валом, то есть с осью 167 ротора для внешнего ротора 102, а также функционально взаимодействует через связи 202, 205; 202, 206 через зубчатые зацепления со вторым вращающимся переходным приводным валом, то есть с осью 133 ротора для внутреннего ротора 101, и при этом совместно действующие, эллиптические зубчатые колеса 207-211 включены в соответствующую связь через зубчатое зацепление.
Эллиптическое зубчатое колесо 207 расположено на главном приводном валу 116 и является общим для всех связей 202, 203; 202, 204; 202, 205; 202, 206 через зубчатые зацепления. Зубчатые колеса в деталях 203; 204; 205; 206 соответствующих связей через зубчатые зацепления установлены с возможностью вращения на соответствующих валах 212; 213; 214; 215, и эти валы установлены на монтажной пластине 216, которая неподвижно закреплена болтами на кожухе 111 через отверстия 217 в пластине 216 и крепежные отверстия 219 в кожухе 111. Короткие соединительные болты 218 могут проходить через крепежные отверстия 219 в пластине 216. Кольцеобразные зубчатые колеса 220; 221; 222; 223 также включены в детали 203; 204; 205; 206. Зубчатые колеса 220, 221 находятся в зацеплении зубчатых колес с кольцеобразным зубчатым колесом 224, которое образует соединение с валом 167 для внешнего ротора 102. Зубчатые колеса 222, 223 находятся в зацеплении зубчатых колес с кольцеобразным зубчатым колесом 225, которое образует соединение с валом 133 для внутреннего ротора 101.
Набор зубчатых колес, включенный в детали 203; 204, показан более подробно на фиг.13, на которой видно, что эллиптическое зубчатое колесо 208; 209 в осевом направлении отделено расстоянием d1 от кольцеобразного зубчатого колеса 220; 221, но жестко соединено с ним. Подшипники 226; 227 расположены внутри эллиптического зубчатого колеса 208; 209 и на кольцеобразном зубчатом колесе 220; 221 для выполнения их с возможностью вращения на валу 212; 213. Болты 228 неподвижно соединяют зубчатые колеса 208, 220 и 209, 221 с промежуточной деталью 229. Расстояние d1 несколько больше, чем толщина зубчатого колеса 225, например, больше приблизительно на 10-25% - даже в том случае, если речь идет только о том, чтобы рассматривать это в качестве не имеющего ограничительного характера предложения. Расстояние d1 присутствует для того, чтобы зубчатые колеса 210, 222 и 211, 223 надежным образом могли образовывать соответствующее зацепление зубчатых колес с зубчатыми колесами 223, 224.
Набор зубчатых колес, включенный в детали 205; 206, показан более подробно на фиг.14, на которой видно, что эллиптическое зубчатое колесо 210; 211 в осевом направлении отделено расстоянием d2 от кольцеобразного зубчатого колеса 222; 223, но жестко соединено с ним, при этом расстояние d2 - в не имеющем ограничительного характера примере – составляет, например, 10-25% от d1. Подшипники 230; 231 расположены внутри эллиптического зубчатого колеса 210; 211 и на кольцеобразном зубчатом колесе 222; 223 для выполнения их с возможностью вращения на соответствующем валу 214; 215. Болты 232 неподвижно соединяют зубчатые колеса 210, 222 и 211, 223 с промежуточной деталью 233. Расстояние d2 обеспечивает возможность зубчатому колесу 225 беспрепятственно проходить с его внешней окружностью в этот промежуток, имеющий размер d2.
Даже в том случае, если показана одна первая пара одинаковых деталей 203, 204 и вторая пара одинаковых деталей 205, 206, должно быть понятно, что можно будет использовать только одну из деталей из каждой пары, например, детали 203 и 205. Использование только одной из деталей из каждой пары может привести к ограничению максимальной передачи момента (вращающего момента), если характеристики прочности не улучшены. В практическом, в настоящее время предпочтительном варианте осуществления используются пары деталей 203, 204 и 205, 206.
Комбинация наборов зубчатых колес, только что показанных и описанных, в настоящее время является предпочтительной.
Передача мощности от двигателя, в котором роторы 102, 101 взаимодействуют через соответствующие валы 103', 131, к выходному валу 116, таким образом, осуществляется через соответствующие наборы соединений зубчатых колес (где C = кольцеобразное зубчатое колесо, а E = эллиптическое зубчатое колесо).
Довольно схематично передачи мощности представляют собой:
167 → 224C → 220C + 208E → 207E → 116
167 → 224C → 221C + 209E → 207E → 116
133 → 225C → 222C + 210E → 207E → 116
133 → 225C → 223C + 211E → 207E → 116
В этом варианте осуществления имеется 6 кольцеобразных зубчатых колес и 5 эллиптических зубчатых колес.
Технический эквивалент, который из практических соображений на чертежах не показан, поскольку он в настоящее время представляет собой не предпочтительный вариант осуществления, может быть сконструирован следующим образом (где C = кольцеобразное зубчатое колесо, а E = эллиптическое зубчатое колесо):
167 → 224E → 220E + 208С → 207С → 116
167 → 224E → 221E + 209C → 207C → 116
133 → 225E → 222E + 210C → 207C → 116
133 → 225E → 223E + 211C → 207C → 116
В этом варианте осуществления имеется 6 эллиптических зубчатых колес и 5 кольцеобразных зубчатых колес.
В этом техническом эквиваленте тогда может подразумеваться, что кольцеобразные зубчатые колеса 224, 225 на валах 167, 133 выполнены эллиптическими, кольцеобразные зубчатые колеса 220, 221, 222, 223 выполнены эллиптическими, эллиптические зубчатые колеса 208, 209, 210, 211 выполнены кольцеобразными, и общее эллиптическое зубчатое колесо 207 выполнено кольцеобразным. Начальное взаимное угловое позиционирование эллиптических зубчатых колес должно быть таким, как и в предпочтительном в настоящее время варианте осуществления, чтобы функциональное взаимодействие между роторами стало правильным.
Если устройство машины будет функционировать в качестве компрессора или насоса, то есть с внешней управляющей мощностью, прикладываемой к приводному валу 116, то направление стрелок в двух вышеприведенных представлениях будет идти в противоположном направлении.
В частности, на фиг.12 видно, что главный приводной вал 116 и приводные валы 167, 133 являются коаксиальными (ось 155).
Эллиптические зубчатые колеса в деталях 203, 204, 205 и 206 наборов зубчатых колес имеют предпочтительно одинаковую конфигурацию, и кольцеобразные зубчатые колеса в деталях 203, 204, 205 и 206 наборов зубчатых колес имеют предпочтительно одинаковую конфигурацию.
Следует принять во внимание, что управляющая зубчатая передача 201, в предпочтительном в настоящее время варианте осуществления, демонстрирует непрерывное вращательное движение, которое управляет совместно изменяющимся перемещением внешнего ротора и внутреннего ротора, при этом вращательная траектория перемещений этих деталей является функцией соотношения между наибольшим и наименьшим диаметром на эллиптических зубчатых колесах 208-211 и наибольшим и наименьшим диаметром эллиптического зубчатого колеса на главном приводном валу 116.
В качестве альтернативы, технически эквивалентный вариант осуществления (не показан) управляющей зубчатой передачи 201, соответственно, будет представлять собой соотношение между наибольшим и наименьшим диаметром на эллиптических зубчатых колесах 220-225, которое будет иметь решающее значение для объединенной вращательной траектории внешнего ротора 102 и внутреннего ротора 101.
Кожух 111 находится в области 176 задней кромки, обеспеченной множеством крепежных отверстий 177 для болтов 178 для крепления задней крышки 179, которая закрывает управляющую зубчатую передачу 201. Подобный втулке участок 180, который составляет единое целое с крышкой 179, окружает приводной вал 116.
Роликовый подшипник 181 расположен между приводным валом 116 и внутренней частью участка 180. Кроме того, между приводным валом 166 и внутренней частью участка 180 расположен упорный подшипник 182 скольжения. Упорный подшипник 182 скольжения удерживается на месте посредством стопорного кольца 183. Свободный конец подобного втулке участка 180 завершается торцевой крышкой 184, которая прикреплена посредством болтов 185 к свободному концу участка 180. Как показано на фиг.11, приводной вал 116 проходит через торцевую крышку 184 и sim-кольцо 186, которое в упомянутом месте образует уплотнение между приводным валом 116 и торцевой крышкой 184.
Как описано в связи с фиг.1, устройство может быть выполнено как двигатель внутреннего сгорания, и при этом одна из торцевых стенок кожуха 104 обеспечена задвижкой 123 на всасывающей линии для воздуха, выпускной задвижкой 126 и устройством зажигания, например свечей 114 зажигания и/или распылителем 122 форсунки для топлива, если предмет обсуждения представляет собой функционирование дизеля.
Двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен для функционирования в соответствии с Otto-процессом.
Следует принимать во внимание, исходя из просмотра изображений на фиг.1 и фиг.16, что свеча 114 зажигания или распылитель 122 расположен, если смотреть в радиальном направлении, на противоположной стороне оси 155 вращения двух роторов, относительно упомянутых задвижки 128 на всасывающей линии и выпускной задвижки 129, которые связаны с соответствующими коллекторами 123, 126.
В случае устройства, выполненного в виде компрессора, такого, как показан на фиг.17, одна из торцевых стенок 105 обеспечивается по меньшей мере двумя задвижками 172 на всасывающей линии для текучей среды и по меньшей мере двумя эжекторными задвижками 173 для текучей среды. Когда устройство выполнено в виде насоса, такого, как показан на фиг.18, одна из торцевых стенок обеспечивается по меньшей мере двумя задвижками 174 на всасывающей линии для текучей среды и по меньшей мере двумя эжекторными задвижками 175 для текучей среды.
Как показано на фиг.17 и 18, пары задвижек 172; 174 на всасывающей линии и эжекторных задвижек 173; 175 расположены по соседству. По отношению к общей оси 155 вращения двух деталей 101, 102, пары задвижек на всасывающей линии расположены диаметрально противоположно, и пары выпускных окон расположены диаметрально противоположно.
В отношении фиг.15 следует отметить, что только для выбранного, не имеющего ограничительного характера примера, с постоянной скоростью вращения, составляющей 3000 об/мин (оборотов в минуту) для приводного вала 116, скорость вращения для ротора 101 и ротора 102 будет изменяться между 2000 и 4000 оборотов в минуту (об/мин) по синусоидальной кривой, и там, где скорости для ротора 101 и ротора 102 находятся в противофазе, они имеют одинаковую скорость при прохождении соответствующих углов при 0°, 90°, 180°, 270° и 360° вращения вала 116. Эти синусоидальные кривые вызваны использованием эллиптических зубчатых колес в управляющей зубчатой передаче.
Скорость вращения приводного вала 116, таким образом, будет равна среднему значению скорости вращения роторов. Таким образом, роторы выполняют взаимное колебание относительно стационарного вращения приводного вала: силы давления при горении вызывают возникновение большего механического момента от лопасти на том роторе, который двигается быстрее, чем на другом, и этот механический момент передается на приводной вал. Поскольку роторы вслед за каждым зажиганием (в том положении, которое для каждой камеры может соответствовать верхней мертвой точке поршневого двигателя) изменяются так, что оказываются самыми быстрыми, они поочередно соответствуют днищу поршня и верхней крышке.
В качестве двигателя внутреннего сгорания, устройство в соответствии с изобретением имеет некоторые общие отличительные признаки с четырехтактным поршневым двигателем, но также заметно отличается от такого двигателя.
Машина, в соответствии с изобретением, имеет подобно поршневым двигателям небольшую поверхность горения и сравнительно большие уплотняющие поверхности. Поскольку эти поверхности являются настолько большими и кроме того не касаются друг друга, возможны лабиринтное уплощение и прижимное уплотнение уловителя, приводящие в результате к тому, что смазочное масло в области камеры предпочтительно можно исключить. В отличие от четырехтактного поршневого двигателя, каждая камера выполняет всасывание, сжатие, расширение и выброс для каждого оборота. С четырьмя камерами, как показано, машина таким образом соответствует - в отношении циклов - восьмицилиндровому поршневому двигателю. Однако, с изобретением требуется только одно устройство зажигания и не требуются никакие клапаны с автоматическим управлением.
Для простоты, теперь рассмотрим фиг.16 в отношении того, что происходит с одной камерой 159 из четырех камер 159-162.
Фиг.16a представляет начальную фазу всасывания для топлива, например, смеси бензина и воздуха, связанную с камерой 159, при этом камера 159 находится в закрытом положении непосредственно перед началом всасывания. Эту камеру 159 указывает круглое пятно. Остальные три камеры 160-162 находятся в других частях цикла. Поэтому для упрощения понимания мы отслеживаем только работу камеры 159 по фазам всасывания, сжатия, зажигания, горения/расширения и выдувания отработавших газов.
Фиг.16b представляет начальную фазу сжатия, связанную с камерой 159, при этом камера 159 завершила всасывание через задвижку 128 на всасывающей линии и начинает сжатие с показанного положения, задвижка на всасывающей линии закрыта лопастью 147.
Фиг.16c представляет фазу предельного сжатия, связанную с камерой 159, при этом у камеры 159 большая часть ее объема сокращена, и топливный газ приближается к пространству у свечи 114 зажигания. Если двигатель должен функционировать как дизельный двигатель, там будет только воздух, который сжимается и приближается к устройству 114 зажигания в форме распылителя форсунки для контролируемого впрыска дизельного топлива и последующего самовоспламенения и расширения смеси дизельного топлива и воздуха.
Фиг.16d представляет фазу зажигания и внутреннего горения, связанную с камерой 159. В этой фазе свеча 114 зажигания открыта по направлению к камере 159, и в зависимости от скорости вращения происходит определенное преждевременное зажигание, раньше, если скорость вращения высокая, и несколько позже, если скорость вращения является низкой. Если двигатель, в качестве альтернативы, предназначен для функционирования дизеля, впрыск дизельного топлива через упомянутый распылитель (который заменяет свечу 114 зажигания) осуществляется относительно поздно, близко к состоянию камеры непосредственно перед тем, как она достигнет минимального объема. Это делается для того, чтобы иметь достаточно высокую степень сжатия для дизельного топлива вместе со сжатым воздухом, чтобы сразу же произошло самовозгорание. Для дизельного двигателя потребуется только одна форсунка.
Фиг.16e представляет фазу расширения, связанную с камерой 159, то есть иллюстрирует камеру 159 во время горения топлива и вследствие этого расширения.
Фиг.16f показывает фазу выдувания, связанную с камерой 159, при этом камера 159 открывается в направлении выпускного отверстия или задвижки 129 и таким образом, что сжигаемые газы выпускаются туда.
На основании фиг.16e следует отметить, что там уже начата новая фаза всасывания со сжатием на фиг.16f для камеры 161, которая расположена по диагонали относительно камеры 159, отмеченной черным пятном. Три другие камеры 160, 161 и 162 выполняют основанный на таком же цикле процесс, как у камеры 159, но они находятся в других фазах во время вращения относительно тех, что показаны на фиг.16a-16f. Следует отметить, что на один оборот имеет место четыре четырехтактных процесса, приводя к тому, что машина соответствует четырехтактному двигателю с восемью цилиндрами.
Имеется большое преимущество в наличии всего газового обмена или обмена по текучей среде, а также зажигания в торцевой крышке 104 машины, поскольку тогда избегают наличия отверстий/задвижек, направленных к периферии внешнего ротора 102, которые в какой-то степени могут вызывать воздействие горячего газа, проходящего к окружающему кожуху 107. Последняя проблема известна из функционирования двигателя Ванкеля.
Если вновь рассмотреть фиг.6, то можно отметить, что воздушное охлаждение, являющееся доступным для ротора 102, было бы более или менее невозможным, если бы потребовалось использовать расположенные по периферии задвижки на всасывающей линии и выпускные/эжекторные задвижки.
Внутренний ротор 101 охлаждается пропускаемым через него маслом, вводимым через впускное отверстие 138 в переднем торцевом колпачке 136 и рассеивающимся в осевом направлении в сторону внутренней части кожуха 111, при этом масло на своем пути обеспечивает смазку и охлаждение подшипников для валов роторов и вытекает из кожуха 111 через выпускное отверстие 120 вместе со смазочным маслом, введенным в кожух через муфту 119 патрубка.
В качестве двигателя, машина в соответствии с изобретением может использовать турбонагнетатель, почти аналогичный поршневому двигателю, с целью повышения эффективности. Нагнетатель в этом случае будет работать в превосходном динамическом режиме, поскольку часть турбины будет получать почти равномерный поток отработавшего газа.
Благодаря бесконтактным роторам с ловушками 148 150 151 и 157 перепада давления, машина в соответствии с изобретением может работать без масла внутри между роторами. Это имеет большое преимущество в отношении трения и выбросов загрязнений в окружающую среду, и приводит к небольшому потреблению масла или его отсутствию, а также уменьшает или исключает замену масла, потому что оно на самом деле не загрязняется продуктами сгорания.
Фиг.17a и 17b обычно связаны с предположением, что машина функционирует в качестве компрессора, при этом внешняя энергия подводится к приводному валу 161.
Фиг.17a представляет фазу всасывания для текучей среды, например, воздуха и/или газа, связанную с камерой 160, тогда как фиг.17b представляет фазу выброса сжатой текучей среды, например, воздушной и/или газовой текучей среды, связанную с камерой 160. Остальные камеры находятся в других вращательных фазах, но камеры 160 и 162 выполняют в действительности одновременно одни и те же фазы функционирования компрессора, и то же самое справедливо, соответственно, для камер 159 и 161.
В качестве компрессора, машина выполняет четыре всасывания и четыре выброса за один оборот, соответствуя четырёхцилиндровому поршневому двигателю. Поскольку два всасывания и два выброса происходят одновременно, и если две задвижки 172 на всасывающей линии, возможно, имеют общий подающий коллектор, а две эжекторные задвижки 173, возможно, имеют общий выпускной коллектор, в том, что касается цикла, машина даже в большей степени рассматривается как двухцилиндровый компрессор.
Фиг.17а и 17b показывают, таким же образом, как на фиг.16a-16f, что мы, для простого понимания работы придерживаемся конкретной камеры, в данном случае камеры 160, отмеченной черным пятном, но в этом случае с более простым процессом исполнения.
Для того, чтобы использовать машину в качестве компрессора, торцевая крышка 105 используется с диаметрально расположенными наборами из двух задвижек 172 на всасывающей линии и двух эжекторных задвижек 173. Эти соответствующие задвижки могут, как указано выше, либо быть взаимосвязаны, либо работать отдельно. В качестве альтернативы упомянутым режимам работы, машина также может использоваться для смешивания двух различных газов с отдельным всасывающим притоком через задвижки 172 и с общим выбросом через задвижки 173, которые имеют общий выпускной коллектор, посредством чего два различных газа, имеющие отдельные задвижки, могут быть сжаты, при этом соотношением между газами можно управлять, дросселируя соответствующие всасывающие притоки. Очевидно, что задвижки 172 на всасывающей линии и эжекторные задвижки 173, соответственно, являющиеся взаимосвязанными, как упоминалось, подвергают сжатию один единственный газ с полным допустимым диапазоном из всех камер и выводят его в общий выпускной коллектор.
Цикл в данном случае очень простой, как на фиг.17a, газ или газы (возможно, только один воздух или газ и воздух), всасываемые через задвижки 172, сжимаются и выбрасываются после этого через задвижки 173, как показано на фиг.17b.
Необходимо отметить, что для получения максимальной эффективности с помощью этого использования, геометрическое соотношение между роторами, то есть образуемыми камерами, можно изменять почти до нуля при самом маленьком объеме в камерах. Это может быть выполнено, например, путем увеличения ширины лопастей роторов, или изменения соотношения между наибольшим и наименьшим размером на управляющих эллиптических зубчатых колесах в управляющей зубчатой передаче 201. Последнее может обеспечить больший пропускаемый объем. Адаптированная степень сжатия определяется размером, формой и расположением эжекторных отверстий 173.
В компрессоре в качестве термина степень сжатия не используется, а вместо этого используется соотношение смещений, которое указывает, насколько смещается общий объем цилиндра. Участок, который не смещается, обозначается как «вредное пространство». Соотношение смещений в компрессоре должно быть как можно выше, чтобы избегать вредного пространства, насколько это возможно. По этой причине, как только что упоминалось, в машине в соответствии с настоящим изобретением также может быть необходимо изменить кое-что в конфигурации эллиптических зубчатых колес в управляющей зубчатой передаче 201, чтобы получить наибольшее возможное соотношение смещений.
Может быть заслуживающим внимания, что при протекании газа в противоположном направлении тот же самый вариант осуществления машины может использоваться в качестве газового двигателя.
Соответствующая ситуация, подобная той, которая только что объяснялась в отношении фиг.17a и 17b, присутствует в решении для насоса, которое иллюстрируется со ссылкой на фиг.18a и фиг.18b.
Поскольку на начальном этапе насос, в соответствии с изобретением, походит на компрессор, с точки зрения конструкции, но с той разницей, что выпускные отверстия изменены так, чтобы они имели такие же размеры и форму, как впускные отверстия. Это происходит потому, потому что смещение должно осуществляться с камер с того момента, когда они имеют наибольший объем, до достижения ими наименьшего объема. Как было описано выше, требуется только переключить переднюю крышку 104 на вариант осуществления крышки 106, чтобы использовать изобретение в версии насоса.
Фиг.18a и 18b наглядно иллюстрируют, что там имеются значительные сходства с применением для компрессора, как показано на фиг.17a-17b. Существенные различия заключаются в форме и размере эжекторных задвижек 175, которые в данном случае образованы аналогично задвижкам 174 на всасывающей линии. Это обусловлено тем, что жидкость не может сжиматься до известной степени подобно воздуху и/или газу, в результате чего выброс должен начинаться, как только начинается уменьшение камер. В остальном функционирование идентично функционированию компрессора, показанного на фиг.17, но в данном случае в функционировании насоса, соотношением компонентов смеси трудно управлять, и поэтому оно может быть закреплено на 1:1.
Роторы 101 и 102, возможно, могут иметь большее количество лопастей, но на практике это приведет к пониженному объему смещения и увеличенной поверхности, подвергаемой воздействию тепла, и при функционировании в качестве двигателя внутреннего сгорания это значительно увеличит тепловые потери, которые, следовательно, не приведут ни к каким техническим преимуществам, если рассматривать это в полном объеме. С другой стороны, в компрессоре будет желательно большее количество лопастей, так как увеличенная теплопередача во время сжатия понижает индекс политропии и, таким образом, понижает потребление энергии.
Управляющая зубчатая передача 201 может быть сконструирована с использованием технических решений, отличающихся от тех, которые подразумевают эллиптические зубчатые колеса. В качестве примера, почти такое же перемещение может быть получено при использовании кольцеобразных зубчатых колес вместо эллиптических, но когда центр вращения зубчатых колес в этом случае расположен в зубчатом колесе эксцентрически. Однако, это приведет к чрезвычайно сложной конструкции и является почти не осуществимым на практике или экономически не выгодным для реализации. Поэтому показанное и описанное решение представляет собой решение, которое в настоящее время является предпочтительным, хотя также может быть исследован описанный выше технический эквивалент.
Машина может быть выполнена с несколькими наборами роторов в осевом направлении, а также может иметь области использования, отличающиеся от описанных.
Изобретение обеспечивает конструкцию машины, которая решает проблематичные вопросы, связанные и с уплотнением, и с соотношением поверхностей во время фазы горения, такие как свобода выбора степени сжатия, в то же самое время приводя к компактной и легкой конструкции, которая является безвибрационной, относительно массовых сил, и которая обладает в значительной степени технической простотой, а также имеет небольшое количество подвижных деталей.
Ради простоты все зубчатые колеса показаны без зубцов, но должно быть понятно, что такие зубцы присутствуют. Являются ли зубцы параллельными оси вращения зубчатого колеса, наклонными относительно оси вращения или имеют V-образную форму, это вопрос выбора конструкции. Наклонные зубцы обеспечивают большую поверхность захвата для взаимного зацепления зубцов и приводят к меньшему уровню шума при работе, аналогично зубцам, имеющим V-образную форму.
Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для машины смещающего типа содержит две детали. Первая деталь внутри имеет две направленные внутрь лопасти со взаимным угловым расстоянием. Вторая деталь имеет ступицу, которая имеет две направленные наружу лопасти со взаимным угловым расстоянием, при этом участок ступицы между лопастями второй детали находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейного свободного оконечного участка лопастей на первой детали. Криволинейный свободный оконечный участок каждой лопасти на другой детали находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейной внутренней стенки на первой детали, которая расположена между соответствующими одними из двух соседних лопастей на первой детали, при этом лопасти второй детали могут перемещаться между соответствующими соседними лопастями на первой детали таким образом, что камеры, которые образуются между взаимодействующими парами лопастей на первой детали и второй детали, последовательно увеличиваются и уменьшаются, соответственно, в объеме в течение цикла вращения образующихся камер, и при этом перемещения упомянутых совместно движущихся деталей происходят под действием управляющей зубчатой передачи, которая оперативно взаимодействует с вращающимся главным приводным валом машины. Обеспечивается упрощение конструкции устройства. 10 з.п. ф-лы, 30 ил.
1. Устройство для машины смещающего типа, содержащее:
a) невращающийся кожух (107), который окружает две совместно перемещаемые детали (101; 102), причем упомянутые детали имеют коаксиальные оси (155) вращения,
b) первую деталь (102), которая со своей внешней периферией имеет возможность управляемым образом вращательно перемещаться вдоль внутренней стенки кожуха (107),
c) вторую деталь (101), которая имеет возможность управляемого перемещения относительно внутренней периферийной поверхности первой детали (102) и содержит ступицу (146), которая имеет по меньшей мере две направленные радиально наружу лопасти (147), выполненные со взаимным угловым расстоянием,
d) по меньшей мере один впускной канал (128) и по меньшей мере один выпускной канал (129), связанные со стенкой кожуха (107),
отличающийся тем, что
e) первая деталь (102) внутри имеет по меньшей мере две направленные радиально внутрь лопасти (139), выполненные со взаимным угловым расстоянием вдоль криволинейной внутренней стенки (154) первой детали (102) между лопастями (139),
f) участок ступицы (146) между лопастями (147) второй детали (101) находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейного свободного оконечного участка (157) лопастей на первой детали (102),
g) криволинейный свободный оконечный участок (158) каждой лопасти на второй детали (101) находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от криволинейной внутренней стенки (154) на первой детали (102), которая расположена между соответствующими одними из двух соседних из упомянутых лопастей (139) на первой детали (102),
h) первая деталь (102) и вторая деталь (101) обе имеют возможность находиться в непрерывном вращающемся движении, но с взаимно изменяющимся перемещением, при этом лопасти (147) второй детали (101) имеют возможность перемещения между соответствующими соседними лопастями (139) на первой детали таким образом, что камеры (159-162), которые образуются между взаимодействующими парами лопастей (139, 147) на первой детали (102) и на второй детали (101), последовательно увеличиваются и уменьшаются, и уменьшаются и увеличиваются, соответственно, в объеме в течение цикла вращения образующихся камер,
i) один первый конец в осевом направлении двух деталей (102, 101) находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от первой крышки (104, 105, 106), имеющей входные и выходные каналы (128, 129) для управляемой связи с камерами (159-162), при этом первая крышка (104, 105, 106) образует упомянутую стенку, а второй конец в осевом направлении двух деталей (102, 101) закрыт второй крышкой (103), которая прикреплена к первой детали (102) с возможностью вращения вместе с ней, и вторая деталь (101) находится в скользящем контакте или в непосредственной близости от второй крышки (103),
j) углубления перепада давления или так называемые ловушки (140, 148, 150, 151) перепада давления обеспечены на боковых поверхностях каждой лопасти (139, 147) упомянутой первой детали (102) и упомянутой второй детали (101),
при этом углубления перепада давления обеспечены на двух из боковых поверхностей на лопастях (147) второй детали (101), которые обращены к упомянутой первой крышке (104, 105, 106) и упомянутой второй крышке (103), соответственно, причем углубления перепада давления обеспечены
на одной из боковых поверхностей на лопастях (139) первой детали (102), которая обращена к упомянутой первой крышке (104, 105, 106), и
на радиальной торцевой поверхности (157) лопасти (139) на первой детали (102), обращенной к ступице (146) на второй детали (101), и в радиальной торцевой поверхности (157) лопасти (147) второй детали (101), обращенной к участку (154) внутренней периферии первой детали (102),
k) возможность перемещения упомянутых совместно перемещаемых деталей (102, 101) обеспечена под действием управляющей зубчатой передачи (201), которая приспособлена для взаимодействия с вращаемым главным приводным валом (116) машины,
l) управляющая зубчатая передача (201) содержит:
- вращаемый главный приводной вал (116), который оборудован зафиксированным эллиптическим зубчатым колесом (207),
- два первых коаксиальных набора из вращаемого эллиптического зубчатого колеса (208, 209) и вращаемого кольцеобразного зубчатого колеса (220, 221), которые неподвижно соединены между собой с первым взаимным расстоянием (d1) по оси, причем ось вращения зубчатых колес (208, 209, 220, 221) параллельна оси вращения главного приводного вала (116), при этом эллиптическое зубчатое колесо из первого набора образует зацепление зубчатых колес с эллиптическим зубчатым колесом (207), которое жестко закреплено на главном приводном валу (116), а кольцеобразное зубчатое колесо (220, 221) из первых наборов образует зацепление зубчатых колес с кольцеобразным зубчатым колесом (224) на переходном приводном валу (167) для первой детали (102) для ее вращения, и
- два вторых коаксиальных набора из вращаемого эллиптического зубчатого колеса (210, 211) и вращаемого кольцеобразного зубчатого колеса (222, 223), которые неподвижно соединены между собой со вторым взаимным расстоянием (d2) по оси, причем ось вращения зубчатых колес параллельна оси вращения главного приводного вала (116), при этом эллиптическое зубчатое колесо (210, 211) из вторых наборов образует зацепление зубчатых колес с эллиптическим зубчатым колесом (207), которое жестко закреплено на главном приводном валу (116), а кольцеобразное зубчатое колесо (222, 223) из вторых наборов образует зацепление зубчатых колес с кольцеобразным зубчатым колесом (225) на переходном приводном валу (133) для второй детали (101) для ее вращения, при этом вращаемый главный приводной вал (116) связан (202-206) через зубчатое зацепление с первым вращаемым переходным приводным валом (167, 131) для первой детали (102) и со вторым вращаемым переходным приводным валом (133) для второй детали (101), соответственно, при этом взаимодействующие эллиптические зубчатые колеса (207-211) включены в соответствующую связь (202-206) через зубчатое зацепление, причем главный приводной вал (116) и упомянутые первый и второй переходные приводные валы (167, 131, 133) являются коаксиальными.
2. Устройство по п.1, в котором управляющая зубчатая передача (201) выполнена с возможностью выполнять непрерывное вращательное движение, которое управляет совместно изменяющимся перемещением упомянутых первой и второй совместно перемещающихся, вращающихся деталей (102, 101), при этом вращательная траектория перемещений этих деталей (102, 101) является функцией соотношения между наибольшим и наименьшим диаметром на эллиптических зубчатых колесах (208, 209, 210, 211) упомянутых первого и второго наборов и на эллиптическом зубчатом колесе (207) на главном приводном валу (116).
3. Устройство по п.1, в котором кожух (107) имеет по меньшей мере одно радиально расположенное отверстие (121) для выдува охлаждающего воздуха по меньшей мере от одной лопасти (137) в первой детали (102), причем обращенный наружу участок крыла (137) выполнен с выемкой или вогнутостью (143),
4. Устройство по п.1, в котором устройство выполнено в виде двигателя внутреннего сгорания, и при этом первая крышка (104) обеспечена входным каналом (128) для всасывания, выпускным каналом (129) для выпуска и устройством (114) зажигания для топлива.
5. Устройство по п.4, в котором устройство (114) зажигания представляет собой свечу зажигания и/или задвижку на всасывающей линии для всасывания топлива или топливной смеси.
6. Устройство по п. 4 или 5, в котором двигатель внутреннего сгорания выполнен для функционирования в соответствии с Otto-процессом.
7. Устройство по п.4, в котором устройство зажигания представляет собой распылитель форсунки для дизельного топлива, и в котором входной канал предназначен для всасывания воздуха.
8. Устройство по п.4, в котором устройство (114) зажигания расположено, если смотреть в радиальном направлении, на противоположной стороне оси (155) вращения двух совместно перемещаемых, вращаемых деталей (102, 101) относительно упомянутого входного канала для всасывания и выпускного канала (128, 129).
9. Устройство по п.1, в котором устройство выполнено в виде компрессора или насоса, и при этом первая крышка (105) обеспечена по меньшей мере двумя входными каналами (128) для всасывания текучей среды и по меньшей мере двумя выпускными каналами (129) для эжектирования текучей среды.
10. Устройство по п.9, в котором пары из входного канала (128) для всасывания и выпускного канала (129) для эжектирования расположены рядом друг с другом.
11. Устройство по п.9 или 10, в котором пара входных каналов (128) для всасывания расположена диаметрально противоположно относительно оси (155) вращения двух деталей (102, 101), и при этом пара выпускных каналов (129) для эжектирования расположена диаметрально противоположно относительно оси вращения этих двух деталей.
| DE 4131847 C1, 01.10.1992 | |||
| WO 1986005548 A1, 25.09.1986 | |||
| ТОРОВАЯ ПОРШНЕВАЯ МАШИНА | 1993 |
|
RU2067187C1 |
