Двухроторный четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2022 года по МПК F02B53/04 

Область техники к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. В частности для автомобильной и авиационной промышленности. Изобретение может быть использовано при создании роторно-лопастных двигателей, насосов, компрессоров.

Уровень техники

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является двухтактный двухроторный двигатель внутреннего сгорания [Патент RU №2763245, МПК F02B 53/08 F01C 1/077 опубл. 28.12.2021 г.]. Механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов прототипа содержит выходной вал, на котором закреплены две шестерни - эксцентрики, каждая из которых входит в зацепление с n-вершинными зубчатыми венцами закрепленными на полых внешнем и внутреннем валах машины. Лопасти расположенные в цилиндрах машины образуют холодные и горячие камеры. Холодные камеры используются для продувки горячих камер - всасывания горючей смеси и ее сжатия необходимого для перетока горючей смеси в горячие камеры. Горячие камеры используются для осуществления рабочего хода - движения лопастей, при котором двигатель совершает полезную работу в процессе сгорания топлива и расширения продуктов сгорания. Таким образом, для осуществления рабочего хода используются половина камер образованных лопастями.

Недостатками данного решения являются:

- необходимость использования половины образованных лопастями камер для осуществления продувки горячих камер. Таким образом, их не возможно использовать для осуществления рабочего хода.

Недостатки, характерные для двухтактных двигателей, такие как:

- неполное использование хода лопастей для совершения полезной работы

- неполное освобождение горячих камер от остаточных газов

- затраты части работы двигателя на продувку

- попадание части не сгоревшей горючей смеси в систему выхлопа через не закрытое выхлопное окно в начале такта сжатия в горячих камерах.

Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения - использовать все объемы образованные лопастями для осуществления рабочего хода, устранить перечисленные недостатки прототипа при сохранении таких преимуществ как возможность проточного охлаждения роторов и использование энергии выхлопа.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение коэффициента полезного действия (КПД) и удельной мощности роторно-лопастных машин, возможность охлаждения роторов, использование энергии выхлопных газов.

Достигается данный технический результат за счет того, что двигатель содержит кольцевой клапан, позволяющий организовать в камерах четырехтактную схему газораспределения. Четырехтактная схема газораспределения не требует задействования половины камер образованных лопастями для продувки камер в которых осуществляется сжигание горючей смеси. Таким образом, все камеры образованные лопастями могут быть задействованы для осуществления рабочего хода. Улучшается наполнение камер горючей смесью и освобождение их от продуктов сгорания. Используется весь ход лопастей для совершения полезной работы. Тем самым увеличивается отношение мощности к объему двигателя (увеличивается удельная мощность) и повышается КПД. Двигатель имеет радиальные каналы для протока охладителя в цилиндрах и лопатках, что позволят достигать высокой интенсивности охлаждения. Двигатель имеет патрубки направленного выхлопа для использования энергии выхлопных газов и увеличения коэффициента полезного действия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показаны основные составные части двигателя и их совместное расположение. Позиции 13, 14, 15 показаны справочно, так как не относятся к сути изобретения и могут быть выполнены различными способами.

На фиг. 2 показан вид со стороны патрубков направленного выхлопа. Показаны детали конструкции, которые не просматриваются на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен вид двигателя со стороны выхлопного кожуха. Показан патрубок подачи охладителя в каналы роторов 16. Позиция 16 показана справочно так как может быть выполнена различными способами и не относится к сути изобретения.

На фиг. 4 представлен внутренний ротор, его составные части и элементы. Показана установка лопастей 17 в цилиндр внутреннего ротора 8, расположение впускных окон 20 и 21 и выхлопных окон 18 и 19.

На фиг. 5 показано в разрезе расположение внутренних элементов внутреннего ротора. Показан в разрезе выхлопной коллектор 24 соединяющий выхлопные окна 18 и 19 с внешним выхлопным окном 22. Так же на разрезе представлен канал 25 для подачи охлаждающей жидкости и отверстия 28 для протока жидкости в радиальные каналы внутреннего и внешнего роторов.

На фиг. 6 показан в разрезе карман внутреннего ротора 29, а так же части каналов 27 для протока охлаждающей жидкости.

На фиг. 7 показаны составные части внешнего ротора. Установка лопастей 30 в цилиндре внешнего ротора 9, расположение выхлопных окон 31, 32 и впускных окон 33, 34. Так же показано расположение карманов внешнего ротора 35.

На фиг. 8 показан в разрезе карман внешнего ротора 35. Показаны части каналов 27, а так же канал 36 через который охлаждающая жидкость подается в радиальные каналы 27 внешнего ротора.

На фиг. 9 представлен кольцевой клапан 37 и его части. Показаны выхлопные окна 40, 41 и впускные окна 42, 43. Показаны карманы кольцевого клапана 38, 39.

На фиг. 10 показан разрез демонстрирующий установку кольцевого клапана 37 в пространстве между полыми валами роторов 4 и 5. На разрезе просматривается зацепление защелки 45 с кольцевым клапаном 37. Так же показано соединение цилиндров роторов 8 и 9 и камера образованная цилиндрами.

На фиг. 11 показан разрез демонстрирующий установку защелок 44, 45 в карманах роторов 29, 35 и зацепление защелок 44, 45 с карманами 38, 39 кольцевого клапана 37.

На фиг. 12 представлена форма защелок 44, 45.

На фиг. 13 представлено одно из двух положение выходного вала 2 при котором зубчатые зацепления зубчатых венцов 6 и 7 с шестернями входного вала 3 имеют равные передаточные числа, вследствие чего угловые скорости роторов в таких положениях равны (положение равных угловых скоростей). В положении равных угловых скоростей одна из камер образованных лопастью (17, 30) имеет минимальный объем, а другая имеет максимальный объем. На данном изображении камеры с минимальным объемом являются камерами первой линии. Лишние детали убраны для наглядности.

На фиг. 14 показано положение защелок 44, 45 утопленных в карманы 38, 39 кольцевого клапана 37 в положении равных угловых скоростей. Для наглядности валы роторов показаны полупрозрачными и лишние детали скрыты.

На фиг. 15 показано промежуточное положение роторов в процессе вращения. Внутренний ротор является опережающим (вращение по часовой стрелке при взгляде со стороны подачи горючей смеси). Кольцевой клапан 37 вращается синхронно с внутренним ротором так как защелка 44 находится в зацеплении с карманом 38 кольцевого клапана 37. Защелка 45 при этом отжата в карман 35 отстающего внешнего ротора и удерживается в нем скользя по боковой поверхности кольцевого клапана 37. Для наглядности валы роторов показаны полупрозрачными и лишние детали скрыты.

На фиг. 16 показано относительное положение окон вала внешнего ротора 5 и окон кольцевого клапана 37 в положении минимального объема камер первой линии (положение равных угловых скоростей). Частично просматривается положение окон вала внутреннего ротора 4. Положение лопастей скрыто и соответствует положения показанному на фиг. 13. Данное положение соответствует началу такта рабочего хода в камерах первой линии и началу такта выпуска в камерах второй линии. Так же для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали скрыты.

Фиг. 17 демонстрирует начало перекрытия выхлопных окон 32 вала внешнего ротора 5 и выхлопных окон 41 кольцевого клапана 37. Показано положение остальных окон внешнего вала 5 закрытых кольцевым клапаном 37. Положение лопастей скрыто для наглядности. Так же для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали скрыты.

Фиг. 18 демонстрирует положение окон валов роторов 4, 5 и кольцевого клапана 37 перед началом выхлопа в камерах первой линии и окончанием выпуска в камерах второй линии. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

На фиг. 19 показан момент начала выхлопа в камерах первой линии и начала впуска в камерах второй линии. Показаны моменты начала открытия выхлопных окон 31, начала закрытия выхлопных окон 32 и начала открытия впускных окон 34. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

На фиг. 20 показано положение окон валов роторов 4, 5 и кольцевого клапана 37 при минимальном объеме камер второй линии (положение равных угловых скоростей). Положение соответствует началу такта впуска в камерах второй линии и такта выпуска в камерах первой линии. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

На фиг. 21 показано изменение положения окон кольцевого клапана 37 относительно окон вала внутреннего ротора 4 в процессе такта впуска в камерах второй линии и такта выпуска в камерах первой линии. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

Фиг. 22 демонстрирует положение окон валов роторов и кольцевого клапана 37 в конце такта впуска в камерах второй линии и такта выпуска в камерах первой линии. Показано положение начала закрытия впускного окна 34 и выпускного окна 31 вала внешнего ротора 5 телом вала внутреннего ротора 4. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

Фиг. 23 демонстрирует положение окон валов роторов 4, 5 и кольцевого клапана 37 в положении когда в камерах первой линии закончился такт выпуска, а камерах второй линии закончился такт впуска (положение равных угловых скоростей). Впускные окна 34 и выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5 закрыты телом вала внутреннего ротора 4. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

Фиг. 24 демонстрирует положение окон валов роторов 4, 5 и окон кольцевого клапана 37 в начале такта впуска в камерах первой линии и такта сжатия в камерах второй линии. Показано начало открытия впускных окон 33 вала внешнего ротора 5 и начало закрытия окон 31 и 34 вала внешнего ротора кольцевым клапаном 37 (окна 31,34 при этом закрыты телом вала внутреннего ротора 4).

На фиг. 25 показан момент начала закрытия впускных окон 33 вала внешнего ротора 5 кольцевым клапаном 37. Показано положение остальных окон внешнего вала 5 закрытых клапаном 37. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

На фиг. 26 изображено положение окон вала внешнего ротора закрытых кольцевым клапаном 37 в положении равных угловых скоростей при котором в камерах первой линии завершен такт впуска, а в камерах второй линии завершен такт сжатия. Для наглядности вал внешнего ротора 5 изображен полупрозрачным и лишние детали включая лопасти скрыты.

Фиг. 27 показывает (справочно) расположение каналов 27 для протока охлаждающей жидкости вала внутреннего ротора 4 и цилиндра внутреннего ротора 8. Показано расположение каналов 25 и отверстий 28. Направление протока показано стрелками. Внутренний ротор изображен полупрозрачным для наглядности.

Фиг 28 показывает (справочно) расположение каналов 27 для протока охлаждающей жидкости вала внешнего ротора 5 и цилиндра внешнего ротора 9. Направление протока показано стрелками. Цилиндр внешнего ротора 9 изображен полупрозрачным для наглядности.

Осуществление изобретения

Двигатель содержит опорную раму 1 с установленными соосно внутренним ротором и внешним ротором. На полых валах роторов установлены n-вершинные зубчатые венцы (в данном случае 3-х вершинные). Роторы состоят из полых валов 4 и 5 с жестко установленными зубчатыми венцами 6 и 7, цилиндров 8 и 9 установленных на полых валах и лопастей 17 и 29 установленных в цилиндрах. Зубчатые венцы роторов 6 и 7 входят в зацепление с зубчатыми колесами 3 выходного вала 2. Передача закрыта кожухом 12. Свечи 13 запитаны через систему электропитания 14. Подача охладителя в роторы и цилиндры в которых закреплены лопасти производится насосом 15. Охладитель собирается кожухом 10. Выхлоп отводится через кожух 11. Позиции 13, 14, 15, 16 показаны справочно. В полых валах 4 и 5 выполнены выхлопные окна 18, 19 и 31, 32, а так же впускные окна 20, 21 и 33, 34 являющиеся частью механизма газораспределения. В пространстве между полыми валами роторов 4 и 5 установлен кольцевой клапан 37. На валу внутреннего ротора 4 установлены патрубки направленного выхлопа 23 соединенные с внешними выхлопными окнами 22 через выхлопные коллекторы 24.

В лопастях и стенках цилиндров роторов выполнены каналы охлаждения 27 для протока жидкости. Для подачи жидкости в каналы охлаждения служат каналы 25 и 36, а так же отверстия 28 в вале внутреннего ротора 4. Соединение цилиндров показано на фиг. 10. Лопасти двигаются совместно с цилиндрами роторов в которых они закреплены.

При вращении выходного вала 2 роторы вращаются с различными угловыми скоростями, вследствие чего лопасти 17 и 30 закрепленные в цилиндрах роторов 8 и 9 образуют камеры переменного объема. Роторы поочередно и периодически выступают ведомым (отстающим) или ведущим (опережающим). В части устройства и работы механизма синхронизации лопастей двигатель не отличается от прототипа.

Особенностью двигателя является то, что в пространстве между полыми валами 4 и 5 установлен кольцевой клапан 37 взаимодействующий с защелками 44, 45 установленными в карманах роторов 29, 35 посредством попеременного зацепления с карманами 38, 39 кольцевого клапана 37. Кольцевой клапан 37, защелки роторов 44, 45, карманы 38, 39, впускные окна 20, 21, 33, 34, 42, 43 и выпускные окна 18, 19, 31, 32, 40, 41 образуют механизм газораспределения позволяющий реализовать четырехтактный цикл.

Четырехтактный цикл состоит из следующих тактов:

1. Такт впуска - объем камер увеличивается из положения максимального сближения лопастей до положения максимального удаления лопастей при открытых впускных окнах и закрытых выпускных окнах. Происходит заполнение камер горючей смесью.

2. Такт сжатия - объем камер уменьшается из положения максимального удаления лопастей до положения максимального сближения при закрытых впускных и выпускных окнах. Происходит сжатие горючей смеси.

3. Такт рабочего хода - объем камер увеличивается из положения максимального сближения лопастей до положения максимального удаления лопастей при закрытых впускных и выпускных окнах. В положении максимального сближения лопастей происходит зажигание. Продукты сгорания создают в камерах избыточное давление преобразуемое двигателем в полезную работу.

4. Такт выпуска - объем камер уменьшается из положения максимального удаления лопастей до положения максимального сближения при открытых выпускных окнах и закрытых впускных окнах. Продукты сгорания вытесняются из камер. Далее цикл переходит на такт впуска и процесс повторяется.

Старт двигателя осуществляется внешним приводом (стартером) придающим роторам начальную кинетическую энергию необходимую для осуществления первоначального сжатия горючей смеси в камерах.

Горючая смесь подается через полый вал внутреннего ротора 4 и попадает в камеры образованные лопастями через впускные окна 21, 22 вала внутреннего ротора 4, далее через впускные окна 42, 43 кольцевого клапана 37 и затем через впускные окна 33, 34 вала внешнего ротора 5. Продукты сгорания отводятся через выхлопные окна 31, 32 вала внешнего ротора 5, далее через выхлопные окна 40, 41 кольцевого клапана 37 и далее через выхлопные окна 18, 19 вала внутреннего ротора 4. Через выхлопные окна 18, 19 вала внутреннего ротора 4 отработанные газы попадают в выхлопные коллекторы 24. Из выхлопных коллекторов 24 отработанные газы проходят через внешние выхлопные окна 22 и попадают через патрубки направленного выхлопа 23 в выхлопной кожух 11, откуда выводятся в окружающую среду.

Камеры образованные лопастями роторов разделяются на 2 типа: камеры первой линии и камеры второй линии. В камеры первой линии горючая смесь попадает через впускные окна 20 вала внутреннего ротора 4, впускные окна 42 кольцевого клапана 37, впускные окна 33 вала внешнего ротора 5. Отработанные газы отводятся из камер первой линии через выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5, выхлопные окна 40 кольцевого клапана 37 и выхлопные окна 18 вала внутреннего ротора 4. В камеры второй линии горючая смесь попадает через впускные окна 21 вала внутреннего ротора 4, впускные окна 43 кольцевого клапана 37, впускные окна 34 вала внешнего ротора 5. Отработанные газы отводятся из камер второй линии через выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5, выхлопные окна 41 кольцевого клапана 37 и выхлопные окна 19 вала внутреннего ротора 4.

Защелки 44, 45 расположены в карманах роторов 29, 35 (фиг. 11) и выталкиваются из карманов роторов пружинными элементами расположенным между торцевыми стенками карманов роторов и задней торцевой стенкой защелок 44, 45. Это позволяет защелкам 44, 45 входить в зацепление с карманами 38, 39 кольцевого клапана 37. Пружинные элементы не показаны на чертежах так как может применяться любой пружинный элемент (плоский, спиральный, и так далее). Способ которым подпружинены защелки не изменяет сути изобретения.

На фиг. 13 показано положение вала 2 при котором угловые скорости роторов равны вследствие равенства передаточных отношений зубчатых зацеплений в этот момент - положение равных угловых скоростей. Такое положение повторяется через каждые 180 градусов поворота вала 2 от представленного. Карманы роторов 29, 35, защелки 44, 45 и карманы 38, 39 кольцевого клапана 37 расположены таким образом, что в положении равных угловых скоростей защелки 44 полностью входят в карманы 38, а защелки 45 полностью входят в карманы 39 (фиг. 14). После прохождения положения равных угловых скоростей опережавший ротор становится отстающим, а отстававший становится опережающим. Защелки 44, 45 (фиг. 12) и карманы 38, 39 кольцевого клапана имеют грани обращенные по ходу вращения роторов близкие к перпендикулярному положению по отношению к вектору линейной скорости роторов. Грани обращенные против хода вращения роторов - скошены. Грани защелок и карманов кольцевого клапана обращенные по ходу вращения роторов образуют упор позволяющий опережающему ротору зацеплять кольцевой клапан. Так как прилагаемое к защелкам 44, 45 усилие направлено перпендикулярно продольной оси роторов в этом случае усилия выталкивающего защелки 44, 45 в карманы роторов 29, 35 не возникает. Скошенные грани защелок и роторов обращенные против хода вращения роторов позволяют отжимать защелки 44, 45 отстающего ротора в карманы 29, 35 так как часть прилагаемого к защелкам 44, 45 усилия направленна вдоль продольной оси роторов. Защелки отжатые в карманы 29, 35 удерживается в них скользя по боковой поверхности клапана 37 (фиг. 15) до следующего положения равных угловых скоростей. Таким образом опережающий ротор зацепляет кольцевой клапан 37 и проворачивает его за собой до следующего положения равных угловых скоростей. В положении равных угловых скоростей происходит переключение зацепления кольцевого клапана 37 на зацепление с ротором который далее будет опережающим - перезацепление кольцевого клапана.

Защелки 44, 45, карманы 29, 35 и карманы 38, 39 кольцевого клапана 37 образуют храповой механизм позволяющий кольцевому клапану вращаться всегда синхронно с опережающим ротором.

Рассмотрим работу двигателя стартующего из положения показанного на фиг. 13 (вращение выходного вала 2 против часовой стрелки при взгляде со стороны подачи горючей смеси). Камеры с минимальным объемом на фиг. 13 - камеры первой линии. Камеры с максимальным объемом - камеры второй линии.

1. Камеры первой линии предварительно заполнены горючей смесью. Горючая смесь в них сжата. Все окна вала внешнего ротора 5 перекрыты клапаном 37. На фиг. 16 показано расположение окон роторов и кольцевого клапана 37 в этот момент. Происходит зажигание сжатой горючей смеси от свечей зажигания 13 во всех камерах первой линии одновременно. В камерах первой линии начинается такт рабочего хода. В камерах второй линии начинается такт выпуска.

2. Внутренний ротор является опережающим. Кольцевой клапан 37 сцеплен защелками 44 с внутренним ротором и поворачивается с ним синхронно. Защелки 45 отжимаются в карманы 35 внешнего ротора и выходят из зацепления с кольцевым клапаном 37. Выхлопные окна 19 вала внутреннего ротора 4 и выхлопные окна 41 кольцевого клапана 37 при этом совмещены и образуют сквозной проход в выхлопные коллекторы 24. Внешний ротор смещается (проворачивается) относительно внутреннего ротора и кольцевого клапана 37. При этом выхлопные окна 32 вала внешнего ротора начинают перекрываться с выхлопными окнами 41 кольцевого клапана 37 образуя сквозной проход из камер второй линии в выхлопные коллекторы 24 (фиг. 17). В случае, когда данное положение достигается камерами второй линии после такта рабочего хода -начинается выхлоп. Давление в камерах второй линии становится равным атмосферному. Объем камер второй линии сокращается и их содержимое начинает вытесняться через образовавшийся сквозной проход в выхлопные коллекторы 24. Впускные окна вала внешнего ротора 34 перекрыты клапаном 37. В камерах первой линии впускные окна 33 и выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5 перекрыты кольцевым клапаном 37. Объем камер первой линии возрастает. В камерах первой линии продолжается рабочий ход. В камерах второй линии продолжается такт выпуска. Положение окон представлено на фиг. 17.

3. Рабочий ход в камерах первой линии продолжается. До достижения положения представленного на фиг. 18 окна 31, 33, 34 внешнего ротора 5 остаются перекрыты кольцевым клапаном 37. Сквозные проходы образованные выхлопными окнами 32 вала внешнего ротора 5, выхлопными окнами 41 кольцевого клапана 37 и выхлопными окнами 19 вала внутреннего ротора 4 остаются открытыми. Содержимое камер второй линии продолжает вытесняться в выхлопные коллекторы 24. В камерах второй линии продолжается такт выпуска.

4. В позиции представленной на фиг. 19 выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5 в камерах второй линии начинают закрываться кольцевым клапаном 37. При этом впускные окна 34 вала внешнего ротора 5 начинают перекрываться с окнами 43 кольцевого клапана 37 образуя сквозной проход через впускные окна 21 вала внутреннего ротора 4 в полость вала внутреннего вала 4. В камерах первой линии выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5 начинают перекрываться с выхлопными окнами 40 кольцевого клапана 37 образуя сквозной проход в коллекторы 24 через выхлопные окна 18 вала внутреннего ротора 4. В камерах первой линии происходит выхлоп. Давление в камерах первой линии становится равным атмосферному. Впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 остаются при этом закрыты кольцевым клапаном 37. В камерах первой линии подходит к завершению такт рабочего хода. В камерах второй линии подходит к завершению такт выпуска.

5. Двигатель достигает состояния представленного на фиг. 20. Объем камер первой линии максимален, а объем камер второй линии минимален. В камерах первой линии завершен такт рабочего хода и произведен выхлоп. В камерах второй линии завершен такт выпуска. Защелки 44 и 45 утоплены в карманы 38 и 39 кольцевого клапана 37. Угловые скорости роторов равны. В камерах первой линии выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5 полностью перекрываются с выхлопными окнами 40 кольцевого клапана 37 и образуют сквозной проход в выхлопные коллекторы 24 через выхлопные окна 18 вала внутреннего ротора 4. Впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 в камерах первой линии перекрыты кольцевым клапаном 37. В камерах второй линии выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5 перекрыты кольцевым клапаном 37. Впускные окна 34 вала внешнего ротора 5 в камерах второй линии полностью перекрываются с впускными окнами 43 кольцевого клапана 37 и образуют сквозной проход в полость вала внутреннего ротора 4 через впускные окна 21 вала внутреннего ротора 4.

6. При дальнейшем вращении роторов (фиг. 21) внешний ротор становится опережающим. Происходит зацепление кольцевого клапана 37 защелками 45 и клапан начинает вращаться синхронно с внешним ротором. Относительное положение окон внешнего ротора и окон кольцевого клапана 37 при этом не изменяется. Защелки 44 выходят из зацепления с кольцевым клапаном 37 и отжимаются в карманы роторов 29. Объем камер первой линии уменьшается, а объем камер второй линии увеличивается. В камерах первой линии начинается такт выпуска. В камерах второй линии начинается такт впуска. В камерах первой линии сквозной проход в выхлопные коллекторы 24 через выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5, выхлопные окна 40 кольцевого клапана 37 и выхлопные окна 18 вала внутреннего ротора 4 остается открытым. Продукты сгорания из камер первой линии вытесняются в выхлопные коллекторы 24. Впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 в камерах первой линии закрыты кольцевым клапаном 37. В камерах второй линии выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5 остаются закрытыми кольцевым клапаном 37. Впускные окна 34 вала внешнего ротора 5, впускные окна 43 кольцевого клапана и впускные окна 21 вала внутреннего ротора 4 образуют сквозные проходы в полость вала внутреннего ротора 4, через которые происходит всасывание горючей смеси в камеры второй линии.

7. Двигатель переходит в положение показанное на фиг. 22. В камерах первой линии заканчивается такт выпуска. В камерах второй линии заканчивается такт впуска. Выхлопные окна образованные выхлопными окнами 31 вала внешнего ротора 5 и выхлопными окнами 40 кольцевого клапана 37 начинают закрываться телом вала внутреннего ротора 4 вследствие их смещения относительно выхлопных окон 18 вала внутреннего ротора 4. Сквозной проход из камер первой линии в выхлопные коллекторы 24 начинает закрываться. Впускные окна 34 вала внешнего ротора 5 и впускные окна 43 кольцевого клапана 37 в камерах второй линии так же начинают закрываться телом вала внутреннего ротора 4 вследствие их смещения относительно впускных окон 21 вала внутреннего ротора 4. Сквозной проход из камер второй линии в полость внутреннего вала 4 начинает закрываться.

8. Двигатель достигает положения показанного на фиг. 23. В камерах первой линии закончился такт выпуска. В камерах второй линии закончился такт впуска. Объем камер первой линии минимален, объем камер второй линии максимален. Камеры второй линии заполнены горючей смесью. Угловые скорости роторов равны. Защелки 44, 45 полностью утоплены в карманы 38, 39 кольцевого клапана 37. С этого момента внутренний ротор становится опережающим. В камерах первой линии выхлопные окна образованные выхлопными окнами 31 вала внешнего ротора 5 и выхлопными окнами 40 кольцевого клапана 37 закрыты телом вала внутреннего ротора 4. Впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 закрыты кольцевым клапаном 37. В камерах второй линии выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5 закрыты кольцевым клапаном 37. Впускные окна образованные впускными окнами 34 вала внешнего ротора 5 и впускными окнами 43 кольцевого клапана 37 закрыты телом вала внутреннего ротора 4.

9. Далее двигатель переходит в положение показанное на фиг. 24. В камерах первой линии начинается такт впуска. В камерах второй линии начинается такт сжатия. Объем камер первой линии увеличивается создавая в них разряжение. Объем камер второй линии уменьшается. Давление в камерах второй линии нарастает. Кольцевой клапан 37 зацеплен защелкой 44 и вращается синхронно с внутренним ротором. В камерах первой линии выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5 начинают закрываться клапаном 37. При этом выхлопные окна 40 кольцевого клапана 37 закрыты телом вала внутреннего ротора 4. Впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 в камерах первой линии начинают перекрываться с впускными окнами 42 кольцевого клапана 37 и впускными окнами 20 вала внутреннего ротора 4 образуя сквозной проход из камер первой линии в полость внутреннего вала 4. В камерах первой линии происходит всасывание горючей смеси. В камерах второй линии выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5 закрыты кольцевым клапаном 37. Впускные окна 34 вала внешнего ротора 5 начинают закрываться кольцевым клапаном 37. При этом выхлопные окна 43 кольцевого клапана 37 остаются закрытыми телом вала внутреннего ротора 4. В камерах второй линии происходит сжатие горючей смеси.

10. При достижении положения показанного на фиг. 25 впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 начинают закрываться кольцевым клапаном 37. Выхлопные окна 31,32 вала внешнего ротора 5 и впускные окна 34 вала внешнего ротора 5 закрыты кольцевым клапаном 37. В камерах первой линии завершается такт впуска. В камерах второй линии завершается такт сжатия.

11. Двигатель достигает положения показанного на фиг. 26. Объем камер первой линии в этом положении максимален. Объем камер второй линии минимален. Угловые скорости роторов равны. Защелки 44, 45 утоплены в карманы 38, 39 кольцевого клапана 37. С этого момента внешний ротор становится опережающим. Происходит перезацепление кольцевого клапана 37 защелками 45 и с этого момента он вращается синхронно с внешним ротором (до следующего перезацепления). В камерах первой линии завершен такт впуска. Камеры первой линии заполнены горючей смесью. В камерах первой линии впускные окна 33 вала внешнего ротора 5 и выхлопные окна 31 вала внешнего ротора 5 закрыты кольцевым клапаном 37. В камерах второй линии горючая смесь максимально сжата. Выхлопные окна 32 вала внешнего ротора 5 и впускные окна 34 вала внешнего ротора 5 в камерах второй линии закрыты кольцевым клапаном 37. В камерах второй линии происходит зажигание от свечей зажигания 13. В камерах второй линии начинается такт рабочего хода. В камерах первой линии начинается такт сжатия.

12. При дальнейшем вращении роторы приближаются к положению показанному на фиг. 16. Внешний ротор является опережающим. В камерах первой линии происходит такт сжатия. В камерах второй линии происходит такт рабочего хода. Все окна вала внешнего ротора 5 остаются закрытыми кольцевым клапаном 37. При достижении положения показанного на фиг. 16 двигатель переходит в состояние описанное в пункте 1 и цикл повторяется.

Таким образом в смежных камерах (первой лини - I и второй линии - II) такты осуществляются следующим образом (циклически):

1. Такт рабочего хода (I), такт выпуска (II).

2. Такт выпуска (I), такт впуска (II).

3. Такт впуска (I), такт сжатия (II).

4. Такт сжатия (I), такт рабочего хода (II)

Охлаждение двигателя происходит за счет протока жидкости через радиальные каналы 27 в лопастях и стенках цилиндров 8, 9 установленных на валах роторов 4, 5. Проток жидкости через радиальные каналы происходит за счет центробежных сил возникающих при вращении роторов. Сток жидкости собирается внешним кожухом 10, прокачивается насосом 15 через патрубок 16 и радиатор (не показан - установлен в разрыве патрубка 16) и подается в каналы 25. Из каналов 25 жидкость попадает в радиальные каналы 27 внутреннего ротора и канал 36 внешнего ротора через отверстия 28 и далее в радиальные каналы 27 внешнего ротора. Таким образом, происходит циркуляция охлаждающей жидкости.

Вращение обоих роторов в одном направлении позволяет использовать энергию выхлопных газов путем направления реактивной струи выхлопа в сторону противоположную вращению. Для этого патрубки направленного выхлопа 23 повернуты в сторону противоположную вращению роторов.

Таким образом, осуществление четырехтактного цикла сохраняет такие свойства прототипа как использование проточного охлаждения и направленного выхлопа.

Описанные примеры конструктивного выполнения двигателя внутреннего сгорания и их работа не сужают объем прав заявителя, а являются частными примерами выполнения устройства.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает опорную раму (1), на которой установлены соосно внутренний и внешний роторы, выхлопные и впускные окна, радиальные каналы для протока охладителя в цилиндрах (9), (8) и лопастях. Внутренний и внешний роторы выполнены в форме полых валов (4), (5) с лопастями. На концах лопастей установлены зубчатые венцы (6), (7), входящие в зацепление с зубчатыми колесами (3). В пространстве между полыми валами (4), (5) роторов имеется кольцевой клапан, взаимодействующий с защелками, установленными в карманах роторов. Посредством попеременного зацепления с карманами кольцевого клапана обеспечивается механизм газораспределения, позволяющий реализовать четырехтактный цикл, используя весь рабочий ход лопастей для совершения полезной работы, сопровождающийся увеличением удельной мощности и повышением КПД. Технический результат заключается в обеспечении четырехтактной схемы газораспределения. 28 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, включающий опорную раму, на которой установлены соосно внутренний и внешний роторы, выполненные в форме полых валов с лопастями, с выхлопными и впускными окнами, радиальными каналами для протока охладителя в цилиндрах и лопастях, на концах которых установлены зубчатые венцы, входящие в зацепление с зубчатыми колесами, отличающийся тем, что содержит в пространстве между полыми валами роторов кольцевой клапан, взаимодействующий с защелками, установленными в карманах роторов, посредством попеременного зацепления с карманами кольцевого клапана, обеспечивающий механизм газораспределения, позволяющий реализовать четырехтактный цикл, используя весь рабочий ход лопастей для совершения полезной работы, сопровождающийся увеличением удельной мощности и повышением КПД.