ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2022 года по МПК F01C1/22 F02B53/10 F02B55/02 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к технической области двигателей и, в частности, относится к топологическому роторному двигателю.

Уровень техники

[0002] Двигатели вовлечены во все аспекты жизни и хозяйственного общества и играют очень важную роль во внутренней экономике. С 1860-х годов поршневой двигатель постоянно дорабатывается и совершенствуется и стал наиболее часто используемым двигателем в жизни людей. Однако поскольку для передачи мощности поршневой двигатель использует кривошипно-шатунный механизм, существуют присущие ему некоторые недостатки. (1) Каждый раз при вращении шпинделя в течение двух циклов, одна рабочая камера совершает четырехтактный рабочий цикл и один раз выполняет работу. (2) Перемещение поршня порождает силу инерции возвратно-поступательного хода, которая с увеличением скорости увеличивается в квадратичной зависимости. (3) Эффективность преобразования энергии является низкой. В первой четверти рабочего хода, хотя поршень находится под высоким давлением газа, угол вращения является небольшим, и внешняя работа является небольшой. (4) Между поршнем и стенкой цилиндра существует переменное боковое давление, которое вызывает неравномерный серьезный износ поршневого цилиндра. (5) В процессе передачи существуют верхнее и нижнее мертвые положения, что часто вызывает удары и вибрацию.

[0003] В настоящее время существуют два основных способа повышения экономии топлива поршневых двигателей, которые увеличивают тепловой коэффициент полезного действия и снижают выбросы. Один способ заключается в увеличении эффективности использования энергии двигателя и улучшении характеристик выбросов двигателя. Другой способ состоит в разработке двигателя нового типа без поршней возвратно-поступательного хода. В первом способе применяются различные технические индикаторы, которые могут быть получены при помощи различных вспомогательных машин после более чем ста лет усовершенствований, и менее вероятно, что способ первого типа приведет к дальнейшему повышению производительности. Соответственно, отечественные и зарубежные разработчики посвятили второму способу большое количество энергии и финансовых средств. Однако в этом способе только двигатель Ванкеля применялся в небольшом объеме в спортивных автомобилях серии Mazda RX и дронах. Треугольный ротор двигателя Ванкеля вращается в течение одного цикла, при этом шпиндель вращается в течение трех циклов, а двигатель выполняет работу три раза. Двигатель Ванкеля имеет более высокое отношение мощности в лошадиных силах к объему. Реализация на практике доказала, что отношение мощности в лошадиных силах к объему двигателя Ванкеля существенно улучшена по сравнению с поршневым двигателем возвратно-поступательного хода. Однако вследствие конструкции и передаточных характеристик треугольного ротора двигателя Ванкеля такой двигатель имеет очевидные недостатки, такие как недостаточное сгорание, высокий расход топлива, сильное загрязнение и короткий срок службы. Хотя в течение полувека двигатель Ванкеля подвергался усовершенствованию, все еще существует ряд проблем, таких как высокая стоимость производства, плохая воздухонепроницаемость, плохая смазывающая способность, вибрация цилиндров, низкая долговечность и т.п., так что такой двигатель не может быть популяризирован в практических применениях.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В свете приведенных выше недостатков или требований к улучшению обычной технологии в настоящем изобретении предложен топологический роторный двигатель, благодаря которому решаются технические проблемы, такие как низкая эффективность сгорания и большое количество подвижных частей, с которыми сталкивается обычный поршневой двигатель, использующий кривошипно-шатунный механизм и поршни возвратно-поступательного хода в качестве основного режима выходной мощности.

[0005] Для достижения приведенной выше цели в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен топологический роторный двигатель, содержащий первый передаточный механизм, второй передаточный механизм, клапанный механизм, ротор и цилиндр, расположенные в топологическом роторном двигателе. Ротор расположен во внутренней камере цилиндра. Поперечное сечение ротора представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n сторон. Поперечное сечение внутренней камеры цилиндра представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n+1 сторон, причем n представляет собой четное число, которое больше или равно 4. Внешняя топологическая криволинейная поверхность ротора зацеплена с внутренней топологической криволинейной поверхностью цилиндра. Ротор реверсивно поворачивается вокруг оси цилиндра с эксцентриситетом Δe в качестве радиуса при вращении и разделяет цилиндр на n+1 независимых камер. При вращении ротора в течение одного цикла каждая из n+1 камер последовательно совершает n/2 раза впуск воздуха, сжатие, работу и выпуск воздуха. Скорость поворота ротора составляет n значений скорости вращения ротора, при этом скорость поворота ротора является такой же, что и выходные обороты двигателя. Цилиндр имеет n+1 форсунок для впрыска топлива и n+1 свечей зажигания. Форсунки для впрыска топлива и свечи зажигания взаимодействуют с ротором и клапанным механизмом с возможностью поддержания сгорания топлива и его работы в камере, а также вывода мощности наружу через первый передаточный механизм и второй передаточный механизм.

[0006] Предпочтительно, радиус скругленного скоса поперечного сечения ротора равен радиусу скругленного скоса поперечного сечения внутренней камеры цилиндра.

[0007] Предпочтительно, радиус описанной окружности внутренней камеры цилиндра представляет собой разность между радиусом описанной окружности ротора и эксцентриситетом Δe.

[0008] Предпочтительно, ротор снабжен n/2 парами впускных и выпускных каналов, причем количество пар впускных и выпускных каналов составляет 1/2 от количества топологических сторон поперечного сечения ротора.

[0009] Предпочтительно, ротор содержит первый впускной и выпускной канал, второй впускной и выпускной канал, третий впускной и выпускной канал и четвертый впускной и выпускной канал. Каждый из первого впускного и выпускного канала, второго впускного и выпускного канала, третьего впускного и выпускного канала и четвертого впускного и выпускного канала представляет собой L-образную конструкцию и имеет два конца, расположенных на концевой поверхности ротора и верхней поверхности скругленного скоса ротора, соответственно.

[0010] Предпочтительно, первый впускной и выпускной канал и второй впускной и выпускной канал расположены симметрично вдоль оси ротора. Третий впускной и выпускной канал и четвертый впускной и выпускной канал расположены симметрично вдоль оси ротора. Первый впускной и выпускной канал и четвертый впускной и выпускной канал симметрично расположены на обоих концах ротора, и второй впускной и выпускной канал и третий впускной и выпускной канал симметрично расположены на обоих концах ротора.

[0011] Предпочтительно, первый передаточный механизм содержит передаточный вал ротора, первый подшипник, второй подшипник, третий подшипник, четвертый подшипник, первый выходной вал, второй выходной вал, первую пластину противовеса, вторую пластину противовеса, опорное основание первого выходного вала и опорное основание второго выходного вала. Оба конца передаточного вала ротора соединены с первым подшипником и третьим подшипником, соответственно, причем первый подшипник расположен на первой пластине противовеса, а третий подшипник предусмотрен на второй пластине противовеса. Один конец первой пластины противовеса снабжен первым выходным валом, причем первый выходной вал последовательно проходит через второй подшипник и установочную крышку первого подшипника, расположенные в опорном основании первого выходного вала. Один конец второй пластины противовеса снабжен вторым выходным валом, причем второй выходной вал последовательно проходит через четвертый подшипник и установочную крышку второго подшипника, расположенные в опорном основании второго выходного вала.

[0012] Второй передаточный механизм содержит первую шестерню внутреннего зацепления, первую шестерню внешнего зацепления, опорное основание первой шестерни внутреннего зацепления, вторую шестерню внутреннего зацепления, вторую шестерню внешнего зацепления и опорное основание второй шестерни внутреннего зацепления. Первая шестерня внешнего зацепления и вторая шестерня внешнего зацепления закреплены и смонтированы на обоих концах передаточного вала ротора, соответственно. Первая шестерня внешнего зацепления зацеплена с первой шестерней внутреннего зацепления, причем первая шестерня внутреннего зацепления расположена на опорном основании первой шестерни внутреннего зацепления. Вторая шестерня внешнего зацепления зацеплена со второй шестерней внутреннего зацепления, причем вторая шестерня внутреннего зацепления расположена на опорном основании второй шестерни внутреннего зацепления.

[0013] Клапанный механизм содержит первую клапанную пластину, вторую клапанную пластину и клапанную камеру. Первая клапанная пластина и вторая клапанная пластина симметрично расположены на обеих сторонах цилиндра и взаимодействуют с возможностью скольжения с обеими концевыми поверхностями ротора, соответственно.

[0014] Предпочтительно, первая клапанная пластина и вторая клапанная пластина имеют одинаковую конструкцию, причем обе из первой клапанной пластины и второй клапанной пластины снабжены расположенными в них клапанными камерами. Вторая клапанная пластина снабжена множеством клапанных канавок, выполненных в форме удлиненных отверстий и расположенных в окружном направлении. Количество клапанных канавок соответствует количеству внутренних камер цилиндра. Клапанная камера сообщается с камерой, расположенной в цилиндре, через клапанную канавку и впускной и выпускной канал.

[0015] Предпочтительно, первая клапанная пластина снабжена первым вентиляционным отверстием, причем первое вентиляционное отверстие используется для обеспечения сообщения клапанной камеры, расположенной в первой клапанной пластине, с внешней средой. Вторая клапанная пластина снабжена вторым вентиляционным отверстием, причем второе вентиляционное отверстие используется для обеспечения сообщения клапанной камеры, расположенной во второй клапанной пластине, с внешней средой.

[0016] Предпочтительно, передаточное отношение первой шестерни внутреннего зацепления к первой шестерне внешнего зацепления составляет (n+1):n. Передаточное отношение второй шестерни внутреннего зацепления ко второй шестерне внешнего зацепления составляет (n+1):n.

[0017] Вообще говоря, по сравнению с известной технологией приведенные выше технические решения, представленные в соответствии с настоящим изобретением, могут обеспечивать следующие полезные эффекты.

[0018] 1. В соответствии с настоящим изобретением ротор и внутренняя стенка цилиндра взаимодействуют друг с другом криволинейным способом, что обеспечивает хорошие уплотняющие характеристики камеры сгорания, тем самым обеспечивая адекватность и равномерность сгорания топлива, что улучшает эффективность сгорания, экономит энергию и снижает выбросы, а также уменьшает загрязнение окружающей среды.

[0019] 2. В соответствии с настоящим изобретением благодаря тому, что впускные и выпускные каналы на роторе открываются во время вращения ротора, взаимодействие между впускными и выпускными каналами и клапанной пластиной и взаимодействие между свечой зажигания и форсункой для впрыска топлива обеспечивают возможность совершения четырехтактного цикла каждой камеры сгорания, а именно: впуск воздуха, сжатие, работу и выпуск воздуха. Кроме того, при вращении ротора в течение одного цикла выходной вал вращается в течение n (n≥4) циклов, а двигатель выполняет работу n (n+1)/2 паза. Таким образом, можно получить высокое отношение мощности в лошадиных силах к объему и высокую скорость на выходе.

[0020] 3. В роторном двигателе в соответствии с настоящим изобретением опущено применение кривошипно-шатунного механизма с воздушным клапаном, так что количество подвижных частей двигателя может быть значительно уменьшено. Соответственно, количество частей невелико, конструкция является простой и компактной, объем небольшой, выходная мощность высокая, а частота возникновения неисправностей значительно снижена.

[0021] 4. Рабочий процесс роторного двигателя в соответствии с настоящим изобретением отличается от частей передачи и преобразования мощности поршневого двигателя с возвратно-поступательным движением. Вся работа, выполняемая роторным двигателем, может быть приложена непосредственно к ротору и выходной мощности. Таким образом, нет потерь инерционной кинетической энергии, а кривая рабочей мощности является гладкой, так что вибрация является небольшой, шум - низким, а топливная эффективность - высокой.

[0022] 5. Благодаря изменению конструкции конкретной камеры сгорания внутренней камеры цилиндра роторного двигателя посредством настоящего изобретения можно регулировать относительно постоянный коэффициент сжатия в соответствии с потребностями, улучшать эффективность сгорания и обеспечивать возможность адаптации камеры сгорания к бензину, керосину, дизельному топливу, природному газу, водороду и другим новым источникам энергии и топливу и т.п., что тем самым увеличивает область применения двигателя в отношении топлива.

[0023] 6. Каждая камера топологического роторного двигателя в соответствии с настоящим изобретением оборудована независимыми форсунками и свечами зажигания, которые могут выполнять независимую работу сгорания, благодаря чему эффективно предотвращается воздействие переменного бокового давления на стенку цилиндра двигателя, а также возникновение проблем неравномерного охлаждения и нагрева корпуса цилиндра. Таким образом, срок службы двигателя может быть продлен.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0024] На фиг. 1 показан схематичный вид спереди конструкции топологического роторного двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0025] На фиг. 2 показан схематичный вид сбоку конструкции топологического роторного двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0026] На фиг. 3 показан схематичный вид распределения впускных и выпускных каналов ротора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0027] На фиг. 4 показан схематичный вид конструкции клапанной пластины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0028] На всех чертежах для обозначения одинаковых элементов или конструкций используются следующие одинаковые ссылочные обозначения: второй выходной вал 1; установочная крышка 2 второго подшипника; опорное основание 3 второго выходного вала; вторая шестерня 4 внешнего зацепления; вторая пластина 5 противовеса; вторая шестерня 6 внутреннего зацепления; опорное основание 7 второй шестерни внутреннего зацепления; вторая клапанная пластина 8; цилиндр 9; форсунка 10 для впрыска топлива; свеча 11 зажигания; камера 12; ротор 13; передаточный вал 14 ротора; первая клапанная пластина 15, опорное основание 16 первой шестерни внутреннего зацепления; первая шестерня 17 внутреннего зацепления; первая пластина 18 противовеса; первая шестерня 19 внешнего зацепления; опорное основание 20 первого выходного вала; установочная крышка 21 первого подшипника; первый выходной вал 22; второй подшипник 23; первый подшипник 24; первое вентиляционное отверстие 25; первый впускной и выпускной канал 26; второй впускной и выпускной канал 27; третий впускной и выпускной канал 28; четвертый впускной и выпускной канал 29; второе вентиляционное отверстие 30; третий подшипник 31; четвертый подшипник 32; клапанная канавка 33.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Для того, чтобы сделать цели, технические решения и преимущества настоящего изобретения более ясными, настоящее изобретение дополнительно подробно описано ниже со ссылкой на сопутствующие чертежи и варианты осуществления. Следует понимать, что описанные здесь конкретные варианты осуществления используются только для пояснения настоящего изобретения, а не для его ограничения. Кроме того, технические признаки, содержащиеся в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных ниже, могут быть объединены друг с другом при условии, что они не противоречат друг другу.

[0030] Как показано на фиг. 1, в настоящем изобретении предложен топологический роторный двигатель, содержащий первый передаточный механизм, второй передаточный механизм, клапанный механизм, ротор 13, цилиндр 9, форсунку 10 для впрыска топлива и свечу 11 зажигания, расположенные в топологическом роторном двигателе. Ротор 13 расположен во внутренней камере цилиндра 9, причем поперечное сечение ротора 13 представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n сторон, а n представляет собой четное число, которое больше или равно 4. Поперечное сечение внутренней камеры цилиндра 9 представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n+1 сторон. Внешняя топологическая криволинейная поверхность ротора 13 зацеплена с внутренней топологической криволинейной поверхностью цилиндра 9.

[0031] Для дополнительной иллюстрации, во время работы ротор 13 реверсивно поворачивается вокруг оси цилиндра 9 с эксцентриситетом Δe в качестве радиуса при вращении. При вращении ротора 13 в течение одного цикла каждая из n+1 камер 12 последовательно совершает n/2 раза впуск воздуха, сжатие, работу и выпуск воздуха. Скорость поворота ротора 13 в n раз больше его скорости вращения, причем скорость поворота ротора 13 является такой же, что и выходные обороты двигателя. Следует отметить, что эксцентриситет Δe представляет собой эксцентриситет, на основании которого параллельно отклоняются ось ротора 13 и ось цилиндра 9. Ротор 13 разделяет цилиндр 9 на n+1 независимых камер 12, причем каждая камера снабжена форсункой 10 для впрыска топлива и свечой 11 зажигания, а топливо сгорает и работает в камере 12 благодаря взаимодействию между форсункой 10 для впрыска топлива, свечой 11 зажигания и ротором 13.

[0032] Для дополнительной иллюстрации, топливо, которое может сгорать в камере 12, содержит бензин, керосин, дизельное топливо, водород, природный газ или другие новые виды топлива для выработки энергии.

[0033] Кроме того, в соответствии с характеристиками сгорания топлива коэффициент сжатия камеры 12 может свободно регулироваться для достижения конструкции с высоким коэффициентом сжатия.

[0034] Для дополнительной иллюстрации, ротор 13 снабжен n/2 парами впускных и выпускных каналов, расположенными внутри него, а количество пар впускных и выпускных каналов составляет 1/2 от количества топологических сторон поперечного сечения ротора 13.

[0035] Для дополнительной иллюстрации, как показано на фиг. 2 и фиг. 3, в варианте осуществления настоящего изобретения предложен топологический роторный двигатель с n=4, содержащий ротор 13, цилиндр 9, форсунку 10 для впрыска топлива и свечу 11 зажигания. Поперечное сечение ротора 13 представляет собой топологический четырехугольник с закругленными и скошенными вогнутыми дугами. Поперечное сечение внутренней камеры цилиндра 9 представляет собой топологический пятиугольник с закругленными и скошенными выпуклыми дугами. Радиус скругленного скоса поперечного сечения ротора 13 равен радиусу скругленного скоса поперечного сечения внутренней камеры цилиндра 9.

[0036] В частности, радиус описанной окружности внутренней камеры цилиндра 9 представляет собой разность между радиусом описанной окружности ротора 13 и эксцентриситетом Δe.

[0037] В частности, две пары L-образных впускных и выпускных канала открываются от концевой поверхности ротора 13 к верхней поверхности скругленного скоса ротора. Ротор 13 разделяет цилиндр 9 на пять независимых камер 12. При вращении ротора 13 в течение одного цикла, каждая из пяти камер 12 последовательно совершает дважды впуск воздуха, сжатие, работу и выпуск воздуха. В частности, скорость поворотов ротора 13 в четыре раза больше его скорости вращения, причем выходные обороты двигателя являются такими же, что и скорость поворота ротора.

[0038] В частности, как показано на фиг. 3, две пары L-образных впускных и выпускных каналов представляют собой первый впускной и выпускной канал 26, второй впускной и выпускной канал 27, третий впускной и выпускной канал 28 и четвертый впускной и выпускной канал 29. Первый впускной и выпускной канал 26 и четвертый впускной и выпускной канал 29 находятся в паре и расположены симметрично вдоль двух концов ротора 13. Второй впускной и выпускной канал 27 и третий впускной и выпускной канал 28 находятся в паре и расположены симметрично вдоль двух концов ротора 13.

[0039] В частности, форсунка 10 для впрыска топлива и свеча 11 зажигания предусмотрены в количестве пяти экземпляров, соответственно, причем форсунка 10 для впрыска топлива и свеча 11 зажигания расположены на верху камеры 12.

[0040] Для дальнейшего пояснения, как показано на фиг. 1-4, в настоящем изобретении предложен топологический роторный двигатель, также содержащий первый передаточный механизм, второй передаточный механизм и клапанный механизм, расположенные в топологическом роторном двигателе. Первый передаточный механизм содержит передаточный вал 14 ротора, первый подшипник 24, второй подшипник 23, третий подшипник 31, четвертый подшипник 32, первый выходной вал 22, второй выходной вал 1, первую пластину 18 противовеса, вторую пластину 5 противовеса, опорное основание 20 первого выходного вала и опорное основание 3 второго выходного вала. Два конца передаточного вала 14 ротора соединены с первым подшипником 24 и третьим подшипником 31, соответственно. Первый подшипник 24 расположен на первой пластине 18 противовеса. Третий подшипник 31 расположен на второй пластине 5 противовеса. Один конец первой пластины 18 противовеса снабжен первым выходным валом 22. Первый выходной вал 22 последовательно проходит через второй подшипник 23 и установочную крышку 21 первого подшипника, расположенные в опорном основании 20 первого выходного вала. Один конец второй пластины 5 противовеса снабжен вторым выходным валом 1. Второй выходной вал 1 последовательно проходит через четвертый подшипник 32 и установочную крышку 2 второго подшипника, расположенные в опорном основании 3 второго выходного вала. Второй передаточный механизм содержит первую шестерню17 внутреннего зацепления, первую шестерню 19 внешнего зацепления, опорное основание 16 первой шестерни внутреннего зацепления, вторую шестерню 6 внутреннего зацепления, вторую шестерню 4 внешнего зацепления и опорное основание 7 второй шестерни внутреннего зацепления. Первая шестерня 19 внешнего зацепления и вторая шестерня 4 внешнего зацепления закреплены и смонтированы на обоих концах передаточного вала 14 ротора, соответственно. Первая шестерня 19 внешнего зацепления зацеплена с первой шестерней 17 внутреннего зацепления, причем первая шестерня 17 внутреннего зацепления расположена на опорном основании 16 первой шестерни внутреннего зацепления. Вторая шестерня 4 внешнего зацепления зацеплена со второй шестерней 6 внутреннего зацепления, причем вторая шестерня 6 внутреннего зацепления расположена на опорном основании 7 второй шестерни внутреннего зацепления. Клапанный механизм содержит первую клапанную пластину 15, вторую клапанную пластину 8 и клапанную камеру. Первая клапанная пластина 15 и вторая клапанная пластина 8 симметрично расположены на обеих сторонах цилиндра 9 и взаимодействуют с возможностью скольжения с двумя концевыми поверхностями ротора 13, соответственно. Для дополнительной иллюстрации, передаточный вал ротора расположен с эксцентриситетом в пластине противовеса динамического баланса выходного вала соосно с цилиндром через радиальные подшипники, размещенные на обоих концах передаточного вала ротора. Этот эксцентриситет представляет собой эксцентриситет Δe, на основании которого параллельно отклоняются ось ротора и ось цилиндра.

[0041] В частности, первая клапанная пластина 15 и вторая клапанная пластина 8 имеют одинаковую конструкцию, причем обе они снабжены расположенными в них клапанными камерами. Вторая клапанная пластина 8 снабжена множеством клапанных канавок 33, расположенных вдоль окружного направления, причем каждая из клапанных канавок 33 имеет форму удлиненных отверстий. Количество клапанных канавок 33 соответствует количеству камер сгорания. Клапанная камера сообщается с камерой 12, расположенной в цилиндре 9, через клапанную канавку 33 и впускной и выпускной канал.

[0042] В частности, первая клапанная пластина 15 снабжена первым вентиляционным отверстием 25, причем первое вентиляционное отверстие 25 используется для обеспечения сообщения клапанной камеры, расположенной в первой клапанной пластине 15, с внешней средой. Вторая клапанная пластина 8 снабжена вторым вентиляционным отверстием 30, причем второе вентиляционное отверстие 30 используется для обеспечения сообщения клапанной камеры, расположенной во второй клапанной пластине 8, с внешней средой.

[0043] В частности, передаточное отношение первой шестерни 17 внутреннего зацепления к первой шестерне 19 внешнего зацепления составляет 5:4. Передаточное отношение второй шестерни 6 внутреннего зацепления ко второй шестерне 4 внешнего зацепления составляет 5:4.

[0044] Для дополнительной иллюстрации, в варианте осуществления настоящего изобретения предложен четырехкружный топологический роторный двигатель с n=4, рабочий процесс которого является следующим. Ротор 13 поворачивается в противоположном направлении вокруг оси цилиндра 9 с эксцентриситетом Δe в качестве радиуса при вращении в цилиндре 9, что тем самым приводит в действие две пары впускных и выпускных каналов (первый впускной и выпускной канал 26, четвертый впускной и выпускной канал 29 и второй впускной и выпускной канал 27, третий впускной и выпускной канал 28) для обеспечения сообщения с клапанной канавкой 33, расположенной на клапанных пластинах (первой клапанной пластине 15 и второй клапанной пластине 8), расположенных на обоих сторонах. Вместе с работой форсунки 10 для впрыска топлива и свечи 11 зажигания совершаются четыре такта каждой из камер 12, а именно: впуск воздуха, сжатие, работа и выпуск воздуха. Одна сторона клапанной камеры, расположенная на клапанных пластинах (первая клапанная пластина 15 и вторая клапанная пластина 8), расположенных с обеих сторон, представляет собой впускное отверстие для воздуха, а другая ее сторона представляет собой выпускное отверстие для воздуха. Когда ротор поворачивается в противоположном направлении, направление для впуска и выпуска воздуха клапанной камеры, расположенной на двух клапанных пластинах (первая клапанная пластина 15 и вторая клапанная пластина 8) изменяется на обратное. Эксцентрическая конфигурация передаточного вала ротора и выходного вала может преобразовывать поворотное перемещение ротора во вращательное перемещение выходного вала. При вращении ротора в течение одного цикла каждая из пяти камер последовательно совершает дважды впуск воздуха, сжатие, работу и выпуск воздуха, а его скорость поворота в четыре раза выше его скорости вращения. Следовательно, при вращении ротора четырехкружного топологического роторного двигателя в течение одного цикла его выходной вал может вращаться в течение четырех циклов, а двигатель может выполнять работу десять раз. На основании характеристик сгорания различного топлива при помощи регулирования конструктивного размера камеры сгорания или эксцентриситета Δe, на основании которого параллельно отклоняются ось ротора и ось цилиндра, может быть изменен коэффициент сжатия камеры сгорания. Таким образом, четырехкружный топологический роторный двигатель может применяться для различных видов топлива, таких как бензин, керосин, дизельное топливо, природный газ, водород или другие новые виды топлива для выработки энергии.

[0045] Специалисты в данной области техники могут легко понять, что приведенные выше описания являются только предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Любые модификации, эквивалентные замены, улучшения и т.п., выполненные в соответствии с сущностью и принципом настоящего изобретения, должны быть включены в объем защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к двигателестроению. Топологический роторный двигатель содержит первый и второй передаточные механизмы, клапанный механизм, ротор (13) и цилиндр (9). Поперечное сечение ротора (13) представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n сторон, а поперечное сечение внутренней камеры цилиндра (9) представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n+1 сторон, при этом радиус скругленного скоса поперечного сечения ротора (13) равен радиусу скругленного скоса поперечного сечения внутренней камеры цилиндра (9), и n представляет собой четное число, которое больше или равно 4. При вращении ротора (13) в течение одного цикла каждая из n+1 камер (12) последовательно выполняет n/2 раза впуска воздуха, сжатия, работы и выпуска воздуха, причем скорость поворота ротора (13) составляет n значений скорости вращения ротора (13), и скорость поворота ротора (13) идентична выходным оборотам двигателя. Каждый цилиндр (9) содержит форсунку (10) и свечу (11) зажигания. Технический результат заключается в улучшении эффективности сгорания и снижении выбросов. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Топологический роторный двигатель, содержащий первый передаточный механизм, второй передаточный механизм, клапанный механизм, ротор (13) и цилиндр (9), расположенные в топологическом роторном двигателе, причем ротор (13) расположен во внутренней камере цилиндра (9), отличающийся тем, что поперечное сечение ротора (13) представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n сторон, а поперечное сечение внутренней камеры цилиндра (9) представляет собой топологический многоугольник с криволинейными сторонами, имеющий n+1 сторон, при этом радиус скругленного скоса поперечного сечения ротора (13) равен радиусу скругленного скоса поперечного сечения внутренней камеры цилиндра (9), и n представляет собой четное число, которое больше или равно 4;

внешняя топологическая криволинейная поверхность ротора (13) зацеплена с внутренней топологической криволинейной поверхностью цилиндра (9);

ротор (13) выполнен с возможностью реверсивного поворота вокруг оси цилиндра (9) с эксцентриситетом Δe в качестве радиуса при вращении и разделения цилиндра (9) на n+1 независимых камер (12); при вращении ротора (13) в течение одного цикла каждая из n+1 камер (12) последовательно выполняет n/2 раза впуска воздуха, сжатия, работы и выпуска воздуха, причем скорость поворота ротора (13) составляет n значений скорости вращения ротора (13), и скорость поворота ротора (13) идентична выходным оборотам двигателя;

цилиндр (9) имеет n+1 форсунок (10) для впрыска топлива и n+1 свечей (11) зажигания, причем форсунки (10) для впрыска топлива и свечи (11) зажигания взаимодействуют с ротором (13) и клапанным механизмом для поддержания сгорания топлива и его работы в камере (12), а также вывода мощности наружу через первый передаточный механизм и второй передаточный механизм.

2. Топологический роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что радиус описанной окружности внутренней камеры цилиндра (9) представляет собой разность между радиусом описанной окружности ротора (13) и эксцентриситетом Δe.

3. Топологический роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что ротор (13) снабжен n/2 парами впускных и выпускных каналов, а количество пар впускных и выпускных каналов составляет 1/2 от количества топологических сторон поперечного сечения ротора (13).

4. Топологический роторный двигатель по п. 3, отличающийся тем, что ротор (13) содержит первый впускной и выпускной канал (26), второй впускной и выпускной канал (27), третий впускной и выпускной канал (28) и четвертый впускной и выпускной канал (29);

каждый из первого впускного и выпускного канала (26), второго впускного и выпускного канала (27), третьего впускного и выпускного канала (28) и четвертого впускного и выпускного канала (29) представляет собой L-образную конструкцию и имеет два конца, расположенных на концевой поверхности ротора (13) и верхней поверхности скругленного скоса ротора (13), соответственно.

5. Топологический роторный двигатель по п. 4, отличающийся тем, что первый впускной и выпускной канал (26) и второй впускной и выпускной канал (27) расположены симметрично вдоль оси ротора (13); третий впускной и выпускной канал (28) и четвертый впускной и выпускной канал (29) расположены симметрично вдоль оси ротора (13); первый впускной и выпускной канал (26) и четвертый впускной и выпускной канал (29) симметрично расположены на обоих концах ротора (13); и второй впускной и выпускной канал (27) и третий впускной и выпускной канал (28) симметрично расположены на обоих концах ротора (13).

6. Топологический роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что первый передаточный механизм содержит передаточный вал (14) ротора, первый подшипник (24), второй подшипник (23), третий подшипник (31), четвертый подшипник (32), первый выходной вал (22), второй выходной вал (1), первую пластину (18) противовеса, вторую пластину (5) противовеса, опорное основание (20) первого выходного вала и опорное основание (3) второго выходного вала, оба конца передаточного вала (14) ротора соединены с первым подшипником (24) и третьим подшипником (31), соответственно, при этом первый подшипник (24) расположен на первой пластине (18) противовеса, а третий подшипник (31) предусмотрен на второй пластине (5) противовеса; один конец первой пластины (18) противовеса снабжен первым выходным валом (22), и первый выходной вал (22) последовательно проходит через второй подшипник (23) и установочную крышку (21) первого подшипника, расположенные в опорном основании (20) первого выходного вала; один конец второй пластины (5) противовеса снабжен вторым выходным валом (1), и второй выходной вал (1) последовательно проходит через четвертый подшипник (32) и установочную крышку (2) второго подшипника, расположенные в опорном основании (3) второго выходного вала;

второй передаточный механизм содержит первую шестерню (17) внутреннего зацепления, первую шестерню (19) внешнего зацепления, опорное основание (16) первой шестерни внутреннего зацепления, вторую шестерню (6) внутреннего зацепления, вторую шестерню (4) внешнего зацепления и опорное основание (7) второй шестерни внутреннего зацепления; первая шестерня (19) внешнего зацепления и вторая шестерня (4) внешнего зацепления закреплены и смонтированы на обоих концах передаточного вала (14) ротора, соответственно; первая шестерня (19) внешнего зацепления зацеплена с первой шестерней (17) внутреннего зацепления, причем первая шестерня (17) внутреннего зацепления расположена на опорном основании (16) первой шестерни внутреннего зацепления; вторая шестерня (4) внешнего зацепления зацеплена со второй шестерней (6) внутреннего зацепления, причем вторая шестерня (6) внутреннего зацепления расположена на опорном основании (7) второй шестерни внутреннего зацепления;

клапанный механизм содержит первую клапанную пластину (15), вторую клапанную пластину (8) и клапанную камеру; первая клапанная пластина (15) и вторая клапанная пластина (8) симметрично расположены на обеих сторонах цилиндра (9) и взаимодействуют с возможностью скользящего перемещения с обеими концевыми поверхностями ротора (13), соответственно.

7. Топологический роторный двигатель по п. 6, отличающийся тем, что первая клапанная пластина (15) и вторая клапанная пластина (8) имеют одинаковую конструкцию, и каждая из первой клапанной пластины и второй клапанной пластины снабжена расположенной в ней клапанной камерой; вторая клапанная пластина (8) снабжена множеством клапанных канавок (33), выполненных в форме удлиненных отверстий и расположенных в окружном направлении, причем количество клапанных канавок (33) соответствует количеству камер (12) в цилиндре (9); клапанная камера сообщается с камерой (12), расположенной в цилиндре (9), через клапанную канавку (33) и впускной и выпускной канал.

8. Топологический роторный двигатель по п. 7, отличающийся тем, что первая клапанная пластина (15) снабжена первым вентиляционным отверстием (25), причем первое вентиляционное отверстие (25) выполнено для обеспечения возможности сообщения клапанной камеры, расположенной в первой клапанной пластине (15), с внешней средой; вторая клапанная пластина (8) снабжена вторым вентиляционным отверстием (30), причем второе вентиляционное отверстие (30) выполнено для обеспечения возможности сообщения клапанной камеры, расположенной во второй клапанной пластине (8), с внешней средой.

9. Топологический роторный двигатель по п. 6, отличающийся тем, что передаточное отношение первой шестерни (17) внутреннего зацепления к первой шестерне (19) внешнего зацепления составляет (n+1):n; и передаточное отношение второй шестерни (6) внутреннего зацепления ко второй шестерне (4) внешнего зацепления составляет (n+1):n.