ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F02B55/02 F01C1/22 F01C17/00 

Изобретение относится к области машиностроения, к двигателям внутреннего сгорания объемного вытеснения.

Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС) объемного вытеснения (ОВ) с ползунно-эксцентриковым механизмом (ПЭМ) и с валом отбора мощности (ВОМ), вращающимся относительно своей неподвижной геометрической коренной оси. В их механизмах все пары трения силовой и управляющей цепей эксцентрикового механизма, требующие непрерывного охлаждения и смазки моторным маслом, располагаются за пределами пространства его внутренней, высоко температурно-напряженной рабочей полости объемного вытеснения.

В широкой практике известны всего лишь два вида ДВС ОВ с ПЭМ и ВОМ, которые отличаются друг от друга типами, так называемого, узла ползуна (УП), в профиле механизма состоящего из подвижного ползуна и опорной для него направляющей поверхности неподвижного статора. Форма профиля траектории перемещения ползуна задается посредством текущего механического контакта ползуна, движущегося вдоль данной опорно-направляющей поверхности, определяется формой ее профиля. Это, во-первых, поршневой двигатель (ПД), в управляющей цепи узла ползуна механизма которого используется прямолинейный профиль опорной и направляющей поверхности УП. А во-вторых, это роторный двигатель (РД), у которого опорно-направляюща поверхность статора УП имеет профиль в форме круговой окружности.

При этом известны два вида роторных ДВС ОВ с ПЭМ и ВОМ, которые обладают одной и той же конструкцией узла ползуна своего роторного механизма, состоящего из пары синхронизирующих шестерен, находящихся в радиальном механическом контакте в секторе взаимного зацепления. Но эти виды роторных ДВС отличаются друг от друга способом взаимного зацепления данных шестерен, а именно. В так называемом, роторно-эксцентриковом гипо-ползунном механизме, так называемый, гипо-ползун узла ползуна, располагающийся в сечении геометрической плоскости, перпендикулярной коренной оси вала и содержит в себе шестеренчатую пару, состоящую из неподвижной шестерни статора большего диаметра с внутренними зубьями, а также установленной внутри нее и эксцентрически по отношению к ней шестерней ротора меньшего диаметра с внешними зубьями. При работе данного УП ротор и вал данного механизма без проскальзывания вращаются во взаимно разных направлениях. В так называемом, роторно-эксцентриковом эпи-ползунном механизме шестеренчатая пара, так называемого, эпи-ползуна состоит из неподвижной шестерни статора меньшего диаметра с внешними зубьями и установленной снаружи и эксцентрически по отношению к ней шестерней ротора большего диаметра с внутренними зубьями. При работе этого УП ротор и вал данного механизма без проскальзывания вращаются в одном направлении. При этом роторный двигатель с эпи-ползунным УП имеет существенно более широкую многолетнюю практику, и поэтому он заслуживает большего внимания исследователей и практиков, чем РД с гипо-ползунным узлом ползуна.

Причем РД с эпи-ползуном также имеет две свои возможные разновидности, которые отличаются друг от друга конструкцией своего, так называемого, генератора момента силы М (ГМС), определяющий собой форму передачи механической энергии в такте рабочего хода (ТРХ) заряда рабочего тела (ЗРТ) от ротора на вал отбора мощности механизма РД. Как известно механическая энергия, воспроизводимая механическими энергоносителями, проявляется в двух своих формах: в форме силы F и в форме момента силы М, или крутящего момента.

Как известно, по определению, роторный ДВС ОВ, являясь тепловым двигателем, служит для преобразования механической энергии теплоты сжигания топлива в составе ЗРТ газовой топливо-воздушной смеси, которая всегда проявляется расширением объема газа ЗРТ в форме толкающей силы F давления раскаленной массы заряда на радиальную грань подвижного ротора, расположенную внутри рабочей полости объемного вытеснения секции РД. Но при этом на соосный с ВОМ входной вал механизма нагрузки механическая энергия передается от двигателя в форме момента силы М. В связи с этим, механизм любого ДВС с вращающимся ВОМ должен содержать в себе генератор момента силы, который имеет в своем составе подвижный механический элемент конструкции, или звено, которое содержит в себе, так называемый, архимедов рычаг - это геометрический прямолинейный отрезок, один конец которого имеет геометрическую точку опоры на статоре и на противоположном его конце - геометрическую точку приложения внешней силы, к которой в ТРХ прикладывается вектор результирующей внешней силы F раскаленного газового ЗРТ. Как известно, любой рычаг, а также текущая длина его плеча L, в любом тепловом двигателе является исключительно геометрическим параметром конструкции его механизма и проявляет свои особенности способностью вырабатывать собой момент силы М и значение своей эффективной работы на ВОМ двигателя - А_е, независимо от значения индикаторной работы - A_i раскаленного газа ЗРТ в ТРХ, хотя и с учетом ее значения. Поэтому при неизменном значении индикаторной работы ЗРТ, чем длиннее рычаг ГМС двигателя, тем больше значение эффективной работы, вырабатываемой валом двигателя.

Отличие между двумя разновидностями РД с эпи-ползуном заключается в том, какое именно механическое звено или механический узел механизма секции двигателя выполняет собой функцию генератора момента силы М - это либо входное звено, либо выходное звено в ТРХ ЗРТ. В связи с этим одной из разновидностей РД с эпи-ползуном является известный четырехтактный роторный ДВС ОВ, так называемый, роторно-поршневой двигатель (РПД) Ванкеля с эксцентриковым валом. Его эксцентриковый ВОМ является, как выходным в ТРХ силовым звеном секции его механизма, так одновременно и его генератором момента силы.

Второй разновидностью роторного двигателя с эпи-ползунным узлом ползуна точно такой же, как и в РПД Ванкеля, шестеренчатой пары УП, является известный четырехтактный роторный двигатель внутреннего сгорания объемного вытеснения (см. патент RU 2634458 С2 от 17.03.2016, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/00, далее [1]).

Он представляет собой, так называемый, муфта-роторный двигатель (МРД), внутри механизма секции которого между его входным в ТРХ и выходным звеньями производится передача механической энергии в форме момента силы М. Генератором момента силы М в секции его механизма является входное в ТРХ силовое звено механизма - трехгранный ротор, а момент силы М передается между ротором и валом отбора мощности посредством, так называемой, силовой цевочной муфты, благодаря которой данный двигатель получил свое название.

В ТРХ ротор секции МРД момент силы М вырабатывается троекратно большей, чем в секции РПД Ванкеля одинакового с ним рабочего объема V, геометрической длиной рычага, равной троекратной длине 3е эксцентриситета е механизма, при тех же, как и в РПД, значениях силы F ЗРТ и индикаторной работы газового ЗРТ - A_i. Поэтому ротор МРД, при той же, как в РПД, длине эксцентриситета е механизма секции двигателя, воспроизводит троекратно больший по величине момент силы М, который внутри механизма секции двигателя передается от его ротора на ВОМ посредством силовой цевочной муфты, которая, по сравнению с РПД, в конструкции механизма секции МРД заменила собой эксцентриковый вал. Рычаг ротора, длина которого равна 3е присутствует и в конструкции механизма РПД Ванкеля, который в ТРХ под действием внешней силы F раскаленного газа ЗРТ вырабатывает собой момент силы М ротора троекратно повышенного значения. Однако в силовой механической цепи РПД вместо цевочной муфты используется эксцентриковый вал, который не способен принимать от ротора энергию в форме момента силы М, но может воспринимать своим силовым цилиндрическим шарниром эксцентрика вала только внешнюю силу F, при этом подставляя под нее свой собственный рычаг своего эксцентрика, длина которого равна однократной длине эксцентриситета е, который в профиле имеет постоянную точку опоры на коренной оси вала и точку приложения к нему вектора внешней силы F, которая в профиле механизма располагается на оси ротора.

В механизме секции МРД точка для приложения силы F рычага 3е та же, что и в механизме секции РПД Ванкеля, но вот точка опоры данного рычага является подвижной, или текущей. Она перемещается по направлению вращения ротора в узле ползуна. Это текущая точка опоры ротора на статоре, или соприкосновения, или точечного в профиле контакта геометрических линий делительных окружностей синхронизирующих шестерней статора - радиусом 2е и ротора - радиусом 3е. Синхронизирующие шестерни находятся в слабосильной управляющей цепи узла ползуна, а также за пределами силовой цепи механизма, транслирующей момент силы М между ротором и валом. Зубчатая нарезка синхронизирующих шестерен, как и в РПД Ванкеля, служит в УП исключительно для предотвращения проскальзывания при качении программного колеса шестерни ротора по программному колесу шестерни статора.

В секциях, как поршневых, так и роторных эксцентриковых механизмов ДВС вращение их геометрического эксцентриситета е определяет собой динамику изменения значения объема V рабочей полости объемного вытеснения в рабочем диапазоне от его минимального и до максимального значения. В отличие от поршневого механизма, в роторных механизмах, например с трехгранным ротором, при отношении 2е : 3е длин радиусов синхронизирующих шестерен УП, соответственно, статора и ротора, эксцентриситет е, кратно числу граней ротора, например, трем радиальным граням трехгранного ротора, вращается в 3 раза быстрее, чем ротор. А например, в роторной секции четырехгранного ротора при отношении, соответственно, 3е:4е - быстрее в 4 раза.

В механизме секции РПД Ванкеля ротор опирается, во-первых, на вал через цилиндрический шарнир эксцентрика и, во-вторых, на статор через узел ползуна - через зубья пары синхронизирующих шестерен в секторе их текущего взаимного контакта. А благодаря жесткому креплению эксцентрика и его геометрического эксцентриситета е на цилиндрическом стержне эксцентрикового вала, число оборотов его вала равно числу оборотов эксцентриситета. То есть вал жестко привязан к центральному эксцентрику, из-за чего эксцентриситет е и вал вращаются синхронно, поэтому за каждый их полный оборот эксцентриситета и вала ротор одной своей гранью подходит в положения верхней мертвой точки (ВМТ) для начала ТРХ. При этом ротор трижды подходит в это положение каждой одной из трех своих граней при трех подряд оборотах эксцентриситета е и вала. В связи с чем, механизм секции РПД Ванкеля в ТРХ работает в режиме механизма мультипликатора.

В механизме секции МРД с трехгранным ротором по-прежнему геометрический эксцентриситет е вращается в 3 раза быстрее ротора. Но в отличие от РПД, в секции МРД ротор механически связан к валом через цевки и плоские диски нескольких взаимно синхронного вращающихся радиальных эксцентриков, которые все принадлежат механизму цевочной муфты. Поэтому в механизме секции МРД вал вращается синхронно с ротором, который движется с прежней частотой вращения в ту же сторону, но теперь в 3 раза медленнее, чем эксцентриситет е. Именно так в ТРХ муфта выполняет свою работу.

Таким образом, из-за использования цевочной муфты вместо эксцентрикового вала, при одинаковой с РПД Ванкеля частоте вращения ротора, в кинематической схеме механизма секции МРД воспроизводится троекратно замедленная частота вращения ее вала отбора мощности. Поэтому в МРД ротор и вал, каждый относительно собственной оси, всегда вращаются, не только взаимно синхронно, но и в одну сторону, в то время как в механизме секции РПД Ванкеля вал всегда вращается в ту же сторону, но в 3 раза быстрее ротора. В связи с этим, за один полный оборот вала число ТРХ ЗРТ в МРД равно трем, в сравнении с одним ТРХ, происходящим за один полный оборот вала в РПД Ванкеля. Из-за троекратного увеличения числа ТРХ за оборот вала быстродействие механизма МРД характеризуется значением тактовой частоты его работы, равным ƒ=3 Герца, против ƒ=1 Герц в РПД Ванкеля.

В результате совокупного эффекта от троекратно более высокого значения длины рычага 3е момента силы М ГМС, а также от троекратно большего значения своей тактовой частоты ƒ, при взаимно одинаковых с секцией РПД Ванкеля значениях рабочего объеме V и, соответственно, индикаторной работы ЗРТ в ТРХ - A_i, вал отбора мощности секции МРД, при одинаковой длине эксцентриситета е, вырабатывает до девяти раз большее значение момента силы М в единицу времени - индикаторной работы А_е, то есть многократно большее значение мощности механической энергии вращения своего ВОМ, тем самым проявляя собой многократно повышенную эффективность своей работы МРД по сравнению с РПД Ванкеля.

Однако конструкция механизма секции данного МРД [1] имеет, по меньшей мере, два недостатка. А именно. Во-первых, в узле ползуна любого роторного ползунного-эксцентрикового механизма роторного двигателя, то есть независимо от конструкции его узла ползуна, текущее во времени геометрическое положение точки не проскальзывающей опоры синхронизирующего подвижного колеса трехгранного ротора, радиусом 3е, на находящемся в той же плоскости, перпендикулярной коренной оси вала, и внутри него направляющего и синхронизирующего колеса неподвижного статора, радиусом 2е, оси которых в профиле механизма отстоят одна от другой на расстояние длины эксцентриситета е, определяет собой форму кривой замкнутой линии эпитрохоиды неподвижного статора секции роторного двигателя и опосредованно кривой замкнутой линии гипотрохоиды подвижного ротора, взаимно симметричные относительно его оси, вершины которого описывают при своем перемещении траекторию указанной линии эпитрохоиды статора.

В секции МРД [1], как и в механизме РПД Ванкеля, данное геометрическое соответствие достигается посредством пары шестерен, когда их зубчатая нарезка надежно исключает вероятность проскальзывания делительной окружности радиусом 3е подвижной шестерни ротора с внутренними зубьями по делительной окружности радиусом 2е неподвижной шестерни статора с внешними зубьями. Однако даже незначительный пространственный перекос оси шестерни ротора относительно оси шестерни статора, который там конструкционно никак не исключен, способен застопорить вращение ротора и вала из-за стопора зубьев шестерни ротора в контактном, узко-профильном, взаимном межзубном пространстве указанных шестерен в секторе их текущего зацепления.

А вероятность наступления данного крайне нежелательного аварийного события, имевшая место в практике РПД Ванкеля, демонстрируя низкую надежность его работы, оказалась тем, самым существенным моральным фактором, который, не смотря на известные преимущества РПД Ванкеля перед поршневым двигателем, как компактность, простота конструкции, уравновешенность, отсутствие газораспределительного механизма и так далее, продолжает служить, пожалуй, основным препятствием для широкого практического применения РПД Ванкеля.

Во-вторых, передача механической энергии в цевочной муфте между ротором и средним диском вала в механизме данного МРД [1] происходит через укрепленные на съемных крышках ротора и через параллельные коренной оси вала цевки ротора. На цевках с возможностью соосного скользящего вращения установлены цевочные втулки, внешние круговые цилиндрические поверхности которых в профиле по одной находящиеся в подвижном катящем точечном контакте с внутренней цилиндрической поверхностью одного из трех сквозных, цевочных, взаимно симметричных относительно оси вала, широких круговых отверстий среднего цевочного плоского диска вала. Поскольку площадь контактной поверхности широкого цевочного отверстия диска вала существенно превышает площадь поверхности внешнего контура меньшей по диаметру круговой втулки цевки, то длина внутренней контактной кромки отверстия диска вала значительно больше, чем у поверхности внешней контактной кромки втулки цевки ротора. При этом направление вектора внешней силы, действующей на рычаги цевочных дисков вала и ротора, изменяется медленнее, чем положение точки механического контакта втулки и цевочного отверстия среднего диска вала.

Таким образом, точка текущего механического контакта цевочной втулки ротора и ее цевочного отверстия диска вала эпизодически теряет способность передачи силы на рычаги цевочных дисков ротора и вала во время воспроизводства, как ТРХ, так и трех других тактов четырехтактного цикла ЗРТ. То есть данная втулка цевочной муфты механизма двигателя [1] работает не в течение всего полного оборота вала и ротора, а эпизодически, что снижает надежность работы контактного механизма цевочной муфты и способствует появлению крайне нежелательных пауз в механической активности по передаче усилий в механическом контакте силовой передачи механической энергии между ротором и валом. Чтобы в такой конструкции цевочной муфты взаимно перекрывать сектора пауз пассивности силового контакта между втулками и цевочными отверстиями цевочной муфты требуется увеличение числа их контактных пар, что не только проблематично внутри компактного внутреннего полого пространства ротора, но и усложняет, утяжеляет собой конструкцию двигателя, а также ухудшает возможности дня балансировки его механизма.

Указанные недостатки, имеющие место в указанном двигателе [1], полностью устранены в другом известном четырехтактном муфта-роторном двигателе внутреннего сгорания с эпи-ползунным узлом ползуна (см. патент RU 2778194 С1 от 14.12.2021, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/00, далее [2]).

Во-первых, его узел ползуна состоит из двух одинаковых составных частей - кинематических пар, расположенных взаимно оппозитно относительно середины осевой высоты призмы ротора, каждая в плоскости одной из крышек ротора. Оппозитное расположение кинематических пар взаимно компенсирует действие рычагов перекоса каждой из них. Каждая кинематическая пара состоит из ползуна, которым является внутренняя обрезная кромка гипотрохоиды ротора, вырезанной на крышке ротора внутри и параллельно профилю внешней гипотрохоиды ротора. Опорой, направляющей и определяющей форму траектории ее перемещения относительно осей ротора и вала, являются две цевки статора, на каждой из которых с возможностью соосного скользящего вращения установлены втулки цевок статора. В профиле механизма геометрические оси цевок установлены взаимно оппозитно относительно коренной оси вала и статора в геометрических точках пересечения прямых геометрических линий малых полуосей симметрии профиля эпитрохоиды статора с геометрической линией ее центральной окружности произвольного радиуса. При вращении вала, внутренняя гипотрохоида ротора каждой кинематической пары УП, опираясь одновременно на две втулки цевок статора, катится по ним, задавая траекторией своего движения траекторию перемещения внешней гипотрохоиды ротора относительно внутреннего обрезного профиля эпитрохоиды статора.

В данной конструкции узла ползуна отсутствуют узко-профильные контактные сектора, которые способны при осевом перекосе ротора застопорить его движение. Этому также способствует наличие двух взаимно оппозитных синхронно работающих указанных кинематических пар единого узла ползуна, которые еще и конструкционно предотвращают этот самый осевой перекос. Что существенно повышает степень надежности работы двигателя, убирая моральные препятствия для изготовителей и потребителей на пути широкого коммерческого использования роторных двигателей.

И более того, в лице данного, так называемого, цевочно-трохоидного узла ползуна, а точнее, так называемого, цевочно-гипотрохоидного узла ползуна своего механизма, роторный ДВС ОВ дополнительно приобретает столь необходимый ему механический демпфер, при помощи которого ротор по короткой механической цепи, параллельной силовой цепи его механизма, непрерывно опирается через внутреннюю гипотрохоиду ротора и через цевки статора непосредственно на статор. Этот самый демпфер за счет своей простоты конструкции и высокой механической прочности, а также за счет прямых тепловых потерь механической энергии в своих четырех механических парах трения при околонулевых текущих длинах плеча рычага ГМС способствует уменьшению нагрузки на коренные подшипники вала, особенно при ударных нагрузках начала такта рабочего хода заряда рабочего тела. Что снимает препятствия для применения дешевых стандартизованных шариковых подшипников в качестве коренных подшипников вала в роторных ДВС объемного вытеснения.

Во-вторых, в каждом из цевочных сквозных круговых отверстиях среднего цевочного диска силовой цевочной муфты, вместо втулки на цевке муфты, с возможностью соосного скользящего вращения установлен один плоский круговой диск радиального эксцентрика цевочной муфты. При этом своим сквозным эксцентрическим круговым отверстием, в профиле отстоящим на длину эксцентриситета е механизма от оси внешнего круга своего диска, радиальный эксцентрик соосно и с возможностью скользящего вращения установлен вдоль оси цевки в ее середине на одной из цевок вала цевочной муфты. Примерное равенство значений диаметров и длин окружностей, подобно седлу и шейке обычного цилиндрического шарнира, контактных поверхностей обрезных кромок каждого цевочного отверстия среднего диска муфты и внешнего круга диска радиального эксцентрика исключает наличие нежелательных пауз в активности механического контакта данной контактной пары в каждом из отверстий среднего диска муфты при любом значении угла поворота ротора и вала.

Однако в механизме данного муфта-роторного двигателя [2] имеется недостаток, снижающий его надежность и эффективность работы. А именно.

Во время работы механизма двигателя в профиле, при подходе вершины внутренней гипортрохоиды ползуна к втулке цевки узла ползуна статора УП, в связи с небольшим геометрическим радиусом выгнутой кривизны ее вершины, и при повышении скорости вращения ротора в конструкции узла ползуна не исключена вероятность проскальзывания профиля внутренней гипотрохоиды ползуна ротора относительно текущей точки непрерывного контактного качения, которое затем быстро и неизбежно восстанавливается. В то время, как при катящем контакте втулок цевок статора узла ползуна с радиальными гранями большого радиуса кривизны профиля внутренней гипотрохоиды ползуна проскальзывание не наблюдается.

Кроме фактора малого радиуса выгнутой относительно оси ротора кривизны вершины внутренней гипотрохоиды ползуна ротора, в конструкции узла ползуна МРД [2] имеется еще один отрицательный фактор. Совокупная статорная направляющая опора каждой одной кинематической пары узла ползуна в профиле состоит из двух цевок статора, геометрически расположенных не только на одной плоскости крышки статора, но и на одной прямой геометрической линии малых полуосей симметрии эпитрохоиды статора, то для пространственной устойчивости контакта в конструкции кинематической пары отсутствует, по меньшей мере, еще одна или две опорные статорные цевки, которые конструкционно способны надежно предотвратить собой тангенциальное смещение и проскальзывание внутренней гипотрохоиды ползуна при нахождении вершины гипотрохоиды ползуна в секторе указанной прямой линии малых полуосей симметрии эпитрохоиды статора. То есть для данной конструкции узла ползуна с гипо-ползуном ротора оси крепления опорных цевок статора должны располагаться во взаимно симметричных относительно геометрической коренной оси статора вершинах либо равностороннего треугольника, либо четырехугольника, либо пятиугольника и так далее, в зависимости от числа граней ротора.

Но для того, чтобы в кинематической паре узла ползуна наиболее надежной и эффективной цевочно-трохоидной конструкции сочетать плавность кривизны профиля геометрической линии трохоиды, состоящим из секторов большого радиуса кривизны, с общим числом цевок кинематической пары УП больше двух единиц, то для надежности воспроизводства не проскальзывающего катящего контакта цевочных круговых втулок такого узла ползуна геометрически возможно использовать только адекватную данной конструкции механизма кривую замкнутую геометрическую линию эпитрохоиды, которая отвечает обоим этим условиям.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является четырехтактный муфта-роторный двигатель внутреннег о сгорания с трехгранным ротором (см. патент RU 2786863 С1 от 22.08.2022, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/00, далее [3]), в котором устранен указанный недостаток муфта-роторного двигателя [2].

В нем также применен цевочно-трохоидный узел ползуна, а точнее, так называемый, цевочно-эпитрохоидный узел ползуна. Цевочная муфта содержит в себе три взаимно параллельных своих плоских цевочных диска; средний диск ротора и два взаимно оппозитных относительно него крайних диска вала. Причем один из соосных с валом дисков вала изготовлен монолитным с валом, а второй соосно и жестко закреплен на валу, но с возможно его демонтажа при разборке механизма двигателя, то есть он является съемным.

Три цевки данного цевочно-эпитрохоидного узла ползуна, состоящих из двух составных частей - двух взаимно оппозитных кинематических пар, жестко и взаимно симметрично относительно оси ротора закреплены в среднем диске ротора цевочной муфты в точке пересечения с геометрической линией центральной окружности произвольного радиуса ротора геометрических линий его малых полуосей симметрии его внешней трехгранной гипотрохоиды, в профиле соединяющих его ось с серединами радиальных граней ротора. На краях каждой из цевок ротора соосно и с возможностью скользящего вращения установлено по одной втулке качения каждой из двух кинематических пар узла ползуна механизма двигателя. Каждая из втулок цевок вала имеет непрерывный катящий точечный контакт с внешней обрезной кромкой плоского диска с профилем формы внутренней эпитрохоиды статора узла ползуна, соосно и жестко закрепленного на внутренней плоскости близлежащей крышки статора для данной кинематической пары узла ползуна.

Причем профиль внутренней эпитрохоиды узла ползуна соосен с профилем эпитрохоиды рабочей полости статора, но при этом имея меньшие размеры своих полуосей симметрии, он расположен не только внутри эпитрохоиды статора, но и внутри внутреннего пространства ротора. Причем каждый диск внутренней эпитрохоиды статора узла ползуна закреплен на крышке статора таким образом, что его геометрические малые полуоси симметрии совпадают с геометрическими большими полуосями симметрии эпитрохоиды рабочей полости статора и наоборот его большие полуоси совпадают с малыми полуосями внешней эпитрохоиды рабочей полости.

В данной конструкции узла ползуна полностью соблюдается условие, согласно которому в профиле механизма в качестве кривой замкнутой кривой симметричной геометрической линии направляющей и опорной для качения без проскальзывания по ней круговых втулок цевок цевочно-трохоидного узла ползуна, используется внутренняя эпитрохоида УП с плавно изменяемым профилем своих больших радиусов кривизны. Также профиль эпитрохоиды зажат внутри профилей круговых втулок трех взаимно симметрично расположенных цевок узла ползуна. В связи с этим, конструкционно полностью исключена возможность проскальзывания и потери точечного в профиле механического контакта между цевкой ползуна ротора и его направляющей опорой - внешней радиальной образной кромкой плоского диска внутренней эпитрохоиды статора.

Однако в механизме двигателя внутреннего сгорания [3] одновременно функционируют и взаимно параллельно перемещаются одинаковые по своей конструкции и числу элементов два комплекта цевок вала и ротора, каждый состоящий из трех цевок. Данное нерациональное построение схемы механизма секции роторного двигателя с использованием дублирующих элементов усложняет и утяжеляет его конструкцию внутри небольшого полого пространства ротора, а также ухудшает условия для балансировки механизма. Поэтому следует убрать из состава конструкции двигателя элементы дублирующих узлов конструкции, передав оставшимся элементам исполнение их функции.

В связи с этим, механизм двигателя требует повышения степени рациональности построения своей конструкции, благодаря чему в нем при минимально возможном, то есть оптимальном наборе элементов его конструкции, большинство из них, наряду с продолжением качественного выполнения своих собственных функций, при этом без излишней потери энергии в двигателе, получают способность выполнять собой в двигателе [3] также и функции элементов его конструкции, которые при оптимизации удаляются из нее.

В механизме двигателя [3] прототипа, чтобы без увеличения радиальных размеров профиля двигателя, которое нежелательно повышает собой его вес, сохранить требуемую высокую нагрузочную и пропускную способность вала на участке, который вдоль оси вала расположен между крайними дисками цевочной муфты, и которые в данной конструкции принадлежат валу, требуется поддерживать значение площади сечения вала посредством замены сечения формы профиля кругового цилиндра на сложный для изготовления профиль сечения, которое имеет форму симметричной многогранной призмы в виде трехлучевой звезды, обладающей таким же, как и для сечения кругового цилиндра, значением площади своего профиля. Данное техническое решение в двигателе [3] принято вынужденно и потому, что при необходимости сохранения широких сквозных цевочных отверстий для размещения в них радиальных эксцентриков силовой цевочной муфты, которые для надежности своей работы имеют большой диаметр и толщину их дисков, массивный средний силовой диск цевочной муфты, закрепленный соосно внутри полости ротора, своей внутренней обрезной кромкой в плоскости сечения среднего диска муфты радиально подходит вплотную к профилю вала, которого во время работы двигателя он не должен касаться. Все это не только сокращает возможности использования конструкционного пространства внутри ротора, но и существенно усложняет конструкцию двигателя. В связи с этим внутри пространства ротора требуется взаимно разнести зоны параллельных сечений плоскости среднего диска цевочной муфты и цилиндра стержня вала, которое технически может быть достигнуто только единственным способом - это переносом среднего диска цевочной муфты непосредственно на стержень вала.

Причем в механизме данной роторной секции ротор, обечайка которого функционально является также и внешней оболочкой, радиально прикрывающей собой механизм секции двигателя, имеет сложную по структуре и форме, а также нетехнологичную в изготовлении конструкцию, остро нуждающуюся в облегчении своей массы и содержащую в себе три толстостенных, плоских, взаимно параллельных диска. Причем средний диск ротора и силовой цевочной муфты, в котором установлены радиальные эксцентрики цевочной муфты, вносит своей неизбежно большой массой основной вклад в инерционное и физическое утяжеление ротора, нежелательно увеличивая собой не только инерционную массу, снижая эффективность работы двигателя, но повышая и массу дисбаланса ротора, эксцентрически установленного относительно вала. Что доя надежности работы двигателя, имеющего малое число секций, приводит к нежелательному повышению массы противовесов для балансировки ротора в механизме двигателя.

Кроме цевок и обечайки эпитрохоиды ротора, вместе с ротором и валом внутри обечаек статора и ротора перемещаются пять плоских дисков, для каждого из которых требуется свое собственное осевое пространство плоского сечения, не занятое другими дисками. Из них - это три толстостенных диска ротора. Во-первых, это средний диск силовой цепи ротора, в цевочных сквозных отверстиях которого вдобавок установлены радиальные эксцентрики силовой цевочной муфты. Во-вторых, это два обязательных элемента конструкции, от которых не удастся отказаться при оптимизации конструкции механизма двигателя, - это крайние и взаимно оппозитные диски крышек ротора, на внешних плоскостях которых выполнены канавки для установки в них газовых и масляных уплотнений ротора, но которые при этом никак не задействованы в работе механизма двигателя [3], что крайне нерационально.

Также в нем закреплены цевки ползуна ротора управляющей цепи узла ползуна, которые через свои втулки опираются на опорно-направляющие поверхности плоских дисков внутренних эпитрохоид данного узла, которые для своего перемещения тоже требуют собственного осевого пространства плоского сечения во внутреннем пространстве ротора. При этом также внутри ротора двигателя [3] располагаются еще и два диска силовой цепи вала, изготовление, монтаж и демонтаж которых усложнены и не вполне технологичны. При всем том, что для выполнения основной задачи механизма роторного двигателя го передаче механической энергии между ротором и валом, а также для нормального функционирования механизма с силовой цевочной муфтой, в секции двигателя требуются всего лишь три плоских силовых диска цевочной муфты. Поэтому необходимо убрать из конструкции механизма два лишних диска, освободив внутри ротора пространство, требуемое для их перемещения, что упрощает и облегчает конструкцию, а также сокращает осевую ширину роторной секции.

Также в механизме двигателя [3] заданный его конструкцией постоянный контроль за отсутствием взаимного торможения плотно расположенных, взаимно параллельные, подвижных дисков в узком вдоль коренной оси вала пространстве внутренней полости ротора производится при помощи выработанных на практике известных значений осевых зазоров, или люфтов между плоскостями дисков ротора и радиальных эксцентриков относительно плоскостей дисков вала. В связи с тем, что диски вала при помощи его осевой опоры на статоре в коренных подшипниках имеет стабильное осевое положение, то стабильность осевого положения ротора и радиальных эксцентриков осуществляется при помощи специально введенных в конструкцию плоских дисков осевых упоров ротора, расположенных между дисками вала и среднего диска цевочной муфты. Поскольку легкие тонкостенные диски осевых упоров ротора при обслуживании двигателя являются первостепенно заменяемыми деталями, по сравнению с массивными силовыми деталями механизма двигателя дисков цевочной муфты. Каждый из этих упоров в двигателе [3] представляет собой кольцевую шайбу, свободно установленную на цевке вала с возможностью собственного соосного вращения. Но поскольку собственное вращение упора, по сравнению с неподвижным упором, способствует образованию дополнительного собственного износа его опорных плоскостей, то она ускоряет преждевременное повышение осевого люфта от его заданного значения, быстрее во времени приводя к снижению надежности и эффективности работы двигателя и сокращая сроки в проведении межремонтного и планового обслуживания двигателя.

Аналогичное требование отсутствия возможности проворачивания относительно собственной геометрической оси также справедливо и для соблюдения надежности и эффективности работы опорных стержней круговых цилиндрических осей вращения, закрепленных на деталях механизма двигателя.

Целью изобретения является упрощение и облегчение механизма двигателя внутреннего сгорания, а также повышение надежности и эффективности его работы.

Указанная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, состоящем, по меньшей мере, из одной секции роторного ползунно-эксцентрикового механизма, содержащего полый статор, рабочая полость объемного вытеснения которого вдоль своей геометрической коренной оси ограничена внутренними плоскостями двух соосных с ним крайних, взаимно оппозитных, плоских крышек статора, а в радиальном направлении она ограничена замкнутой внутренней обрезной кромкой внутренней цилиндрической рабочей полости объемного вытеснения статора, имеющей соосный с коренной осью профиль симметричной замкнутой кривой геометрической линии эпитрохоиды с исходящими из коренной оси статора геометрическими лучами взаимно симметричных прямых линий своих малых и больших геометрических полуосей симметрии, число которых равно, соответственно, числу ее вершин и граней, при этом малые полуоси соединяют ось статора с ее вершинами, а большие полуоси соединяют ось статора с серединами ее радиальных граней, также внутри полости статора с возможностью вращения относительно собственной оси, которая параллельна коренной оси статора и в профиле отстоит от нее на расстоянии прямолинейного геометрического отрезка длиной геометрического луча эксцентриситета е механизма секции двигателя, размещен плоский относительно его собственной оси диск правильной призмы ротора с внешней обрезной кромкой симметричных в профиле дуговых радиальных граней гипотрохоиды, которая также является составной частью поверхности рабочей полости объемного вытеснения механизма секции двигателя, причем число вершин и граней у эпитрохоиды рабочей полости на одну единицу больше числа вершин и граней эпитрохоиды статора, а профиль гипотрохоиды также содержит исходящие из ее оси геометрические лучи взаимно симметричных прямых линий малых и больших полуосей симметрии, число которых равно, соответственно, числу ее вершин и граней, при этом большие ее полуоси соединяют ось ротора с ее вершинами, а малые полуоси соединяют ось ротора с серединами дуг ее радиальных граней, при этом вдоль собственной оси внутреннее полое пространство ротора ограничено в радиальном направлении внутренними поверхностями цилиндрической обечайки гипотрохоиды ротора и в осевом направлении внутренними поверхностями плоских, крайних и взаимно оппозитных дисков собственных крышек ротора, в каждой из которых ее внутренняя плоскость обращена внутрь объема пространства ротора, а ее наружная плоскость, обращенная к параллельной ей внутренней плоскости близлежащей крышки статора, содержит в себе канавки дуговой и круговой формы для размещения в них газовых и маслосъемных узколинейных уплотнительных и подпружиненных относительно нее элементов рабочей полости объемного вытеснению двигателя, также внутри полости эпитрохоиды статора с возможность вращения относительно собственной оси, совпадающей с коренной осью статора, во взаимно оппозитных опорах собственных коренных подшипников на крышках статора установлен круговой цилиндрический стержень вала механизма двигателя, также внутри полости ротора механизм двигателя содержит силовую цевочную муфту, во время работы двигателя передающую механическую энергию вращательного движения между вращающимися ротором и валом, и состоящую из трех взаимно параллельных плоских цевочных дисков, плоскости которых перпендикулярны коренной оси статора и вала и в каждом из которых симметрично относительно их собственных геометрических осей го числу радиальных граней гипотрохоиды ротора каждый диск муфты содержит в своей плоскости равное числу этих граней число взаимно симметрично расположенных, сквозных, круговых цевочных отверстий, причем в профиле механизма геометрическая ось каждого из сквозных круговых цевочных отверстий у всех трех цевочных дисков цевочной муфты располагается в геометрической точке пересечения его геометрического луча, исходящего из собственной геометрической оси цевочного диска, с геометрической линией его центральной окружности, имеющей произвольную по своему значению X длину ее радиуса, при этом один из дисков цевочной муфты - ее средний диск, содержит в себе цевочные круговые отверстия большей длины диаметра и установлен во внутреннем пространстве ротора в середине высоты диска призмы ротора, а с каждой стороны его двух плоскостей вдоль оси вала располагается по одному крайнему диску цевочной муфты, которые содержат в себе такое же число взаимно одинаковых круговых отверстий с меньшей длиной диаметра, чем длина диаметра цевочных отверстий среднего диска цевочной муфты, при этом в каждом из цевочных сквозных круговых отверстий среднего диска муфты с возможностью соосного вращения установлено по одному плоскому круговому диску радиального эксцентрика, а в каждом из сквозных цевочных круговых отверстий взаимно оппозитных относительно среднего диска крайних дисков цевочной муфты соосно закреплены концы круговых цилиндрических стержней цевок муфты, общее число которых равно числу цевочных отверстий в каждом из дисков муфты, причем вдоль своей оси каждая из цевок средней частью своего стержня соосно и с возможностью скользящего вращения установлена в эксцентрическом сквозном круговом отверстии диска одного из радиальных эксцентриков, геометрическая ось каждого и которых в профиле отстоит от геометрической оси круга диска данного эксцентрика на длину, равную длине прямолинейного отрезка эксцентриситета е механизма двигателя, также механизм двигателя содержит в себе цевочно-эпитрохоидный узел ползуна, который состоит из двух одинаковых составных частей - кинематических пар, оппозитно взаимно разнесенных во внутреннем пространстве ротора вдоль оси статора и вала к крышкам ротора, при этом каждая из кинематических пар узла ползуна состоит из подвижного ползуна ротора и неподвижной опоры статора, направляющей и определяющей формой своего профиля траекторию перемещения ползуна относительно коренной оси статора, причем ползун ротора состоит из круговых втулок ползуна, которые по одной установлены с возможностью соосного скользящего вращения относительно осей круговых цилиндрических стержней цевок ротора, на противоположные концы каждого из которых опираются по две втулки ползуна, одна из которых принадлежит к одной из двух кинематических пар узла ползуна, причем общее число цевок узла ползуна ротора равно числу граней гипотрохоиды ротора, а их геометрические оси в профиле взаимно симметрично расположены в геометрических точках пересечения малых геометрических полуосей симметрии гипотрохоиды ротора с геометрической линией ее центральной окружности, при этом в профиле механизма внешние круговые поверхности всех втулок узла каждой из двух кинематических пар ползуна ротора одновременно, непрерывно и точечно контактируют с внешней обрезной кромкой находящегося в одной с ними плоскости сечения плоского диска неподвижной направляющей опоры статора кинематической пары узла ползуна, внешний профиль которой, обкатываемый втулками каждой одной кинематической пары ползуна, в профиле механизма имеет форму эпитрохоиды, которая внутри пространства внешней по отношению к ней эпитрохоиды рабочей полости статора и во внутреннем пространстве обечайки ротора соосно и жестко закреплена на внутренней плоскости близлежащей к кинематической паре крышки статора и подобна форме внешней эпитрохоиды статора с тем же числом вершин и граней, но меньших радиальных размеров, и профиль которой повернут относительно оси статора в положение, при котором каждая геометрическгя линия ее большой полуоси симметрии совпадает с линией каждой малой геометрической полуоси симметрии эпитрохоиды рабочей полости, а соответственно, каждая линия ее малой полуоси симметрии совпадает с линией каждой большой полуоси симметрии эпитрохоиды рабочей полости статора, также двигатель снабжен тонкостенными, плоскими, круговыми, кольцевыми дисками осевых упоров ротора, которые установлены вдоль коренной оси вала взаимно оппозитно с каждой из двух сторон среднего диска цевочной муфты и параллельны его плоскостям, согласно изобретению, двигатель дополнительно снабжен втулками осевых упоров ротора, каждая из которых содержит внешнюю круговую цилиндрическую поверхность и соосное с ней внутреннее, продольное, сквозное, круговое отверстие, причем внутреннее отверстие кольца плоского диска каждого из осевых упоров в профиле внутри полости ротора охватывает собой вал двигателя, а плоскость его диска в профиле содержит в себе взаимно симметрично расположенные относительно его оси сквозные, круговые отверстия, число которых равно числу радиальных граней гипотрохоиды ротора, при этом на одной плоскости каждого диска осевого упора ротора, которая является внешней в отношении середины осевой высоты призмы ротора, соосно с геометрической осью каждого сквозного отверстия плоскости диска упора, жестко и консольно закреплена одна дополнительная втулка осевого упора, круг внутреннего продольного отверстия которой имеет такую же длину своего диаметра, как и длина диаметра круга каждого из сквозных отверстий диска осевого упора ротора, причем геометрические оси каждого из сквозных отверстий плоскости диска и соосной с ним консольной втулки кругового диска каждого осевого упора ротора в профиле лежат в геометрических точках пересечения прямых линий геометрических лучей, взаимно симметрично исходящих из его геометрической оси, с геометрической линией его центральной окружности радиусом X такой же произвольной длины, что и для сквозных круговых цевочных отверстий трех дисков силовой цевочной муфты механизма двигателя, также средний цевочный диск силовой цевочной муфты, имеющий внешний профиль круговой формы, соосно и жестко закреплен на валу механизма двигателя и вдоль коренной оси расположен в середине вала и в середине внутренней полости обечайки ротора, при этом каждая из цевок ротора изготовлена в форме радиально двухступенчатой круговой цилиндрической оси вращения, геометрическая ось которой параллельна геометрической оси ротора и содержит в себе среднюю цилиндрическую ступень с большей длиной диаметра круга и соосные с ней две взаимно одинаковые крайние цилиндрические ступени с меньшей длиной диаметра круга, чем длина диаметра круга средней ступени цевки, при этом средняя ступень каждой цевки ротора с возможностью скользящего соосного вращения установлена внутри эксцентрического сквозного кругового отверстия кругового плоского диска одного из радиальных эксцентриков, которые по одному установлены с возможностью соосного вращения в сквозных цевочных отверстиях среднего цевочного диска вала, а концы крайних ступеней каждой из цевок ротора соосно и жестко закреплены в сквозных цевочных отверстиях съемных крышек ротора, которые соосно и жестко закреплены в крайних вдоль оси ротора плоскостях сечения его гипотрохоидной обечайки, причем точки геометрических осей сквозных круговых цевочных отверстий крышек ротора в профиле механизма располагаются в геометрических точках пересечения геометрических прямых линий малых полуосей симметрии профиля гипотрохоиды ротора с геометрической линией ее центральной окружности с произвольным по своей длине радиусом длиной X, как и у цевочных отверстий среднего диска вала, причем внутренняя плоскость каждого осевого упора ротора, установленного одновременно на всех цевках ротора, жестко упирается в плоские бортики близлежащих к ней средних ступеней большего диаметра всех двухступенчатых цевок ротора, а каждая крайняя ступень меньшего диаметра каждой из двухступенчатых цевок ротора соосно установлена внутри плотно охватывающих ее снаружи одного из сквозных отверстий плоскости диска и соосной с ним консольной втулки осевого упора, каждая из которых своей внешней консольной плоскостью жестко упирается во внутреннюю плоскость близлежащей крышки ротора, при этом каждая одна из втулок узла ползуна механизма двигателя установлена с возможностью скользящего вращения относительно геометрической оси втулки ротора на внешней цилиндрической поверхности каждой одной из консольных втулок осевых упоров ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-14.

На фиг. 1 показан вид спереди на роторную секцию многосекционного ДВС.

На фиг. 2 показан видсбоку на обечайку гипотрохоиды ротора.

На фиг. 3, изображен вид сбоку и с внешней плоскости на крышку ротора.

На фиг. 4 показан вид спереди на двухступенчатую цевку ротора.

На фиг. 5 показан вид сбоку на двухступенчатую цевку ротора.

На фиг. 6 изображен вид справа на осевой упор ротора.

На фиг. 7 изображен вид спереди на осевой упор ротора.

На фиг. 8 изображен вид слева на осевой упор ротора.

На фиг. 9 дан вид спереди на узел осевых упоров и цевок ротора.

На фиг. 10 показан вид секции ДВС сбоку со снятыми крышками статора и ротора, а также снятыми осевыми упорами ротора и втулками узла ползуна.

На фиг. 11 показан вид секции ДВС сбоку со снятыми крышками статора и ротора, а также с обозначением положения контура опорной эпитрохоиды статора узла ползуна.

На фиг. 12 дан вид секции ДВС сбоку со снятыми крышками статора и с обозначением положения контура опорной эпитрохоиды статора узла ползуна.

На фиг. 13 дан вид спереди на уравновешенный механизм односекционного роторного ДВС.

На фиг. 14 показан на уравновешенный механизм односекционного ДВС со снятыми крышками статора, коренным подшипников вала, подшипников эксцентрикового вала противовеса.

Условные обозначения на чертежах, в тексте описания и формуле изобретения.

ДВС - двигатель внутреннего сгорания.

ОВ - объемное вытеснение.

ПД - поршневой двигатель.

РД - роторный двигатель.

РПД Ванкеля - роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

МРД - муфта-роторный двигатель.

ПЭМ - ползунно-эксцентриковый механизм.

ВОМ - вал отбора мощности.

УП - узел ползуна.

ГМС - генератор момента силы М.

ЗРТ - газовый заряд рабочего тела.

ТРХ - такт рабочего хода раскаленного газового заряда рабочего тела.

ВМТ - верхняя мертвая точка.

е - геометрический эксцентриситет механизма двигателя длиной е.

V - объем газового заряда рабочего тела и максимальный объем рабочей полости объемного вытеснения в механизме секции ДВС.

X - длина радиуса произвольной геометрический окружности, которая не зависит от имеющейся длины геометрического эксцентриситета е механизма секции двигателя.

F - результирующая механическая сила раскаленного заряда рабочего тела в такте рабочего хода.

L - плечо рычага.

М - момент силы, или крутящий момент, создаваемый силой F, воздействующей на плечо L рычага крутящего момента в генераторе момента силы механизма роторной секции.

ƒ - тактовая частота, измеряемая в Герцах (Гц), как отношение числа тактов рабочего хода газового заряда рабочего тела, происходящих за один полный оборот вала отбора мощности двигателя.

A_i - индикаторная работа заряда рабочего тела в такте рабочего хода.

А_е - эффективная работа такта рабочего хода на выходном валу отбора мощности механизма двигателя.

2е, 3е, 4е - соответственно, двойная, тройная и четверная длина геометрического эксцентриситета е механизма двигателя.

- обозначение сектора установки свечи зажигания.

- обозначение направления вращения ротора и вала.

На чертежах фиг. 1-14 представлен предложенный, так называемый, муфта-роторный двигатель с вращающимся валом отбора мощности. Он воспроизводит в своей рабочей полости объемного вытеснения открытый четырехтактный термодинамический цикл газового заряда рабочего тела. На фиг. 1-12 представлена его секция с трехгранным ротором, входящая в состав многосекционного роторного двигателя, общее число секций которого, исходя из условий приемлемой балансировки его общего механизма, составляет не менее трех единиц. А на фиг. 13 и фиг. 14 представлен односекционный муфта-роторный двигатель с уравновешенным механизмом, состоящий из одной такой роторной секции с трехгранным ротором.

Данный роторный двигатель также содержит в себе, так называемый, цевочно-эпитроходный узел ползуна. В такте рабочего хода цикла заряда ротор является входным силовым звеном механизма двигателя и одновременно генератором моменты силы М, который от него передается на вал отбора мощности двигателя посредством силовой цевочной муфты, состоящей из трех взаимно параллельных силовых цевочных дисков, механически соединенных между собой тремя дисками радиальных эксцентриков и тремя цилиндрическими стержнями цевок ротора. В тактах выпуска, впуска и сжатия цикла заряда входным силовым звеном является вал двигателя, который через цевочную муфту транслирует приложенный к нему из-за пределов секции двигателя момент силы М, производящий собой планетарное вращение ротора.

В связи с этим роторный механизм секции двигателя внутреннего сгорания объемного вытеснения содержит в своем составе следующие основные элементы своей конструкции. Это неподвижный статор, внутри которого установлены и относительно которого, а также относительно друг друга, перемещаются два его подвижных силовых звена - это ротор и вал отбора мощности (фиг. 1-12).

Рабочая полость объемного вытеснения секции двигателя, в которой располагается газовый заряд рабочего тела, ограничена внутренними неподвижными стенками: в радиальном направлении - цилиндрической обечайки 1 статора, и осевом направлении - двух плоских крышек 2 статора, которые соосно и жестко закреплены на обечайке 1 в крайних геометрических плоскостях сечения вдоль высоты ее цилиндра и взаимно оппозитно вдоль сосной с ней линии его коренной геометрической оси 3. В профиле механизма внутренняя обрезная цилиндрическая кромка обечайки 1 статора имеет форму двухмерной, кривой, замкнутой и в профиле симметричной относительно оси 3 геометрической двуполостной эпитрохоиды 4 рабочей полости. Ее профиль состоит из взаимно одинакового числа и одинаковых по форме криволинейных выгнутых от оси 3 двух дуговых линий радиальных граней, а также взаимно и плавно соединяющих их вершин (фиг. 1, 10, 11,12). При этом осевая проекция профиля эпитрохоиды статора на внутренних плоскостях крышек 2 ротора имеет взаимно перпендикулярные прямые линии геометрических лучей своих малых полуосей 5 симметрии и больших полуосей 6 симметрии, которые исходят из коренной оси 3 статора, число которых равно, соответственно, числу вершин и граней эпитрохоиды 4. Причем вершины линии эпитрохоиды лежат на линиях малых полуосей 5 ее симметрии, а середины граней эпитрохоиды - на больших полуосях симметрии 6 (фиг. 10).

Также рабочая полость объемного вытеснения механизма секции двигателя в радиальном направлении ограничена поверхностями радиальных дуговых граней 7 тонкостенной обечайки 8 ротора, которая пространственно представляет собой полый плоский диск правильной призмы (фиг. 2). Радиальный профиль призмы 8 ротора, в представленном на фиг. 1-14 исполнении механизма двигателя с трехгранным ротором, имеет внешнюю обрезную кромку симметричной относительно линии его собственной геометрической оси 9 формой трехгранной гипотрохоиды, с тремя одинаковыми по форме профилями радиальных дуговых граней и трех вершин, каждая из которых соединяет между собой каждые две соседние грани профиля 7 обечайки ротора 8. Внутренний обрезной профиль тонкостенной обечайки 8 ротора подобен по форме и параллелен своему внешнему профилю.

Геометрическая ось 9 ротора в профиле механизма отстоит от геометрической оси 3 эпитрохоиды 2 статора на прямолинейную длину геометрического эксцентриситета е механизма секции двигателя (фиг. 1). При работе механизма и перемещении его подвижных элементов, или деталей, геометрический отрезок эксцентриситета е остается неподвижен относительно точки его опоры на геометрической коренной оси 3 статора, но при этом противоположный его конец, закрепленный на геометрической оси 9 ротора 8, поворачиваясь, перемещается вместе с ротором и его осью 9 вдоль геометрической линии окружности, имеющей радиус длиной эксцентриситета е, в профиле проведенной из геометрической оси 3 статора. При этом ротор установлен внутри профиля эпитрохоиды полости статора с возможностью вращения относительно своей собственной оси 9.

Таким образом, для геометрической линии двуполостной эпитрохоиды 2 статора 1 ответной является эксцентрически установленная внутри нее геометрическая линия трехгранной гипотрохоиды 7 ротора 8, у которой число вершин и граней на одну единицу больше, чем у эпитрохоиды 2. При этом, как и профиль эпитрохоиды 2 статора, профиль гипотрохоиды 7 ротора содержит в себе прямые геометрические линии больших и малых полуосей симметрии, исходящих из его оси 9. Только по сравнению с полуосями симметрии эпитрохоиды 4, в нем малые полуоси 10 соединяют ось 9 с серединами дуг граней гипотрохоиды, а большие полуоси 11 - с ее вершинами. В передней по направлению вращения вала половине каждой из радиальных граней 7 обечайки 8 ротора снаружи выполнена дуговая в профиле выемка 12, так называемой, камеры сгорания, при помощи значения объема которой в секции двигателя достигается требуемая степень сжатия газового заряда рабочего тела в начале такта рабочего хода его термодинамического цикла.

В каждом из двух крайних плоскостей сечения обечайки 8 ротора соосно и жестко закреплен плоский диск одной из двух крышек 13 ротора, подобной ротору по форме внешнего профиля и ограничивающей собой вдоль оси 9 ротора внутреннее пространство его обечайки 8 (фиг. 3, 1). В трех взаимно симметричных относительно оси 9 геометрических точках пересечения геометрических линий малых полуосей симметрии 10 профиля ротора с геометрической линией его центральной окружности, произвольная длина радиуса которой, то есть независимая от значения длины эксцентриситета е, равна значению А", расположены геометрические оси сквозных круговых цевочных отверстий 14 крышек 13 ротора. На внешней плоскости каждой из крышек 13 вырезаны канавки дугового, кругового и линейного профиля для расположения в них подпружиненных к статору узколинейных газовых и маслосъемных уплотнительных элементов ротора. Каждая крышка 13 закреплена на обечайке ротора с возможностью ее осевого снятий и установки на обечайку 8. То есть крышки 13 ротора являются съемными.

Также в состав основных силовых элементов роторной секции механизма данного двигателя внутреннего сгорания входит вал 15 отбора мощности, который представляет собой прямолнейный цилиндрический стержень, коренная ось которого совпадает с коренной осью 3 статора, относительно которой он установлен с возможностью соосного вращения в коренных шарикоподшипниках качения в крышках 2 статора. Внутри полостей обечайки 1 статора и обечайки 8 ротора, вдоль оси 3 статора и вала, в ее середине, а также и в середине осевой ширины обечаек 1 статора и 2 ротора перпендикулярно ей на стрежне вала 15 соосно, жестко и монолитно закреплен плоский, толстостенный, силовой цевочный средний диск 16 вала, имеющий внешний круговой профиль, в плоскости которого взаимно симметрично относительно оси 3 вырезаны три сквозные и широкие круговые цевочные отверстия 17 и который в составе механизма двигателя выполняет собой функцию, так называемого, цевочного колеса (фиг. 1, 10). Причем оси круговых цевочных отверстий 17 в профиле расположены в геометрических точках пересечения прямых линий взаимно симметричных трех геометрических лучей 18, исходящих из коренной оси 3 вала, с геометрической линией центральной окружности среднего диска 16 вала, произвольная длина радиуса которой равна значению X, то есть той же длины, что и для цевочных отверстий 14 крышки 13 ротора (фиг. 10, 11).

Внутри каждого отверстия с возможностью соосного вращения установлен один плоский круговой диск радиального эксцентрика 19, в плоскости которого вырезано одно сквозное круговое эксцентрическое отверстие 20, ось круга которого в профиле отстоит от оси круга диска эксцентрика на расстоянии длины геометрического эксцентриситета е механизма двигателя, как и в профиле механизма расстояние между геометрической осью 3 статора 1 и геометрической осью 9 ротора 8. Для облегчения и улучшения балансировки в диске эксцентрика 19 оппозитно в отношении оси его диска эксцентрическому отверстию 20 вырезаны два небольших облегчающих сквозных отверстия 21.

В эксцентрическом отверстии 20 каждого из трех радиальных эксцентриков 19 с возможностью соосного скользящего вращения своей средней ступенью 22 установлена одна из трех цевок ротора, каждая из которых представляет собой круговой разновеликий по диаметру своего сечения цилиндрический стержень, или, так называемую, двухступенчатую ось вращения - деталь ротора 8, геометрическая ось которой параллельна его геометрической оси 9 (фиг. 4, 5). При этом каждая цевка ротора, кроме средней ступени 22 большего диаметра, также содержит в себе и две соосные крайние ступени 23 меньшего диаметра, чем соосная и монолитная с ними средняя ступень 22. Каждый из двух концов крайней ступени 23 каждой одной цевки ротора соосно у жестко закреплен в одном из отверстий 14 одной из взаимно оппозитных крышек 13 ротора 8 (фиг. 1).

Таким образом, взаимно оппозитные вдоль коренной оси статора в отношении среднего цевочного диска 16 вала 15 цевочные диски крышки 13 ротора 8 также выполняют собой функцию крайних дисков силовой цевочной муфты.

Для обеспечения надежности работы силовой цевочной муфты данного механизма секции двигателя требуется непременное соблюдение следующих двух обязательных условий для деталей силовой муфты, установленных свободно и с возможностью соосного вращения на ступенях 23 и 22 цевок ротора. Первое условие - это предотвращение осевого выхода из зоны взаимного силового механического контакта внешнего кругового диска каждого радиального эксцентрика 19, как относительно ширины средней ступени 22 цевки ротора, так и по отношению к внутренней контактной цилиндрической поверхности сквозного цевочного отверстия 17 среднего цевочного диска 16 вала 15. Второе условие - это предотвращение образования непрерывного плотного механического контакта внешних плоскостей радиальных эксцентриков 19 с поверхностями каких-либо прочих деталей, которые способны тормозить собой вращение плоскостей дисков данных эксцентриков. Поэтому, чтобы не допускать неконтролируемых процессов, влияющих на надежность работы механизма, одновременное выполнение обоих этих условий требует, прежде всего, конструкционного, то есть непрерывно контролируемого конструкцией, решения задачи поддержания значений двусторонних осевых зазоров, или так называемых, оптимальных значений осевых люфтов между плоскостями радиальных эксцентриков 19 и его специально вводимыми в конструкцию осевыми упорами. При том, что конкретные значения осевых люфтов, которые, в том числе, с учетом имеющего место в тепловых двигателях температурного расширения, уже известны из практики их эксплуатации.

А поскольку, кроме радиальных эксцентриков, установленных на ступенях 22 цевок ротора, также и обечайка 8 ротора через соосно и жестко скрепленные с ней крышки 13 ротора также закреплена и на ступенях 23 трех цевок ротора, то требуемое конструкционное решение осевой стабилизации в оптимальных границах осевых люфтов подвижных звеньев цевочной муфты способствует надежности работы всего механизма в целом. В то же время, вал 15 отбора мощности секции данного двигателя, который благодаря коренным подшипникам, внутренние кольца которых соосно жестко запрессованы на валу, а их внешние кольца запрессованы на крышках статора, имеет в их лице надежный и двусторонний осевой упор для вала, у которого отсутствуют осевые люфты. Поэтому именно относительно среднего диска 16 вала 15, на котором через радиальные эксцентрики 19 установлены все детали ротора, служит опорным базисом для постоянного воспроизводства осевой стабилизации ротора.

Для этого механизм двигателя снабжен двумя одинаковыми, плоскими, кольцевыми, круговыми, тонкостенными дисками осевых упоров 24 ротора (фиг. 1, 6, 7, 8), каждый из которых взаимно оппозитно относительно середины осевой ширины призмы ротора 8 и с каждой одной из двух сторон среднего диска 16 вала соосно с ротором 8 закреплен одновременно на всех цевках ротора, а внутреннее кольцо диска осевого упора 24 снаружи охватывает цилиндрический стержень вала 15 секции двигателя.

В плоскости диска и каждого из его трех внешних радиальных, закругленных в профиле выступов 25 кругового кольца осевого упора 24 ротора, радиально и параллельно его геометрической оси вырезаны три одинаковых сквозных паза 26 U-образного профиля, каждый из которых содержит в себе профиль полуокружности 27, геометрическая ось которой лежит на прямой геометрической линии одного из трех геометрических лучей 28, в профиле исходящих из геометрической оси кругового диска упора и взаимно симметричных относительно нее. Также профиль каждого паза содержит в себе радиальные и параллельные линии своего луча 28 прямые линии отрезков, проведенных в радиальном направлении к периферии внешнего радиального выступа 25 диска осевого упора 24 из концов геометрической линии диаметра полуокружности 27, перпендикулярной линии радиального луча 28 диска упора, на котором лежит геометрическая ось полуокружности 27 данного паза.

При этом со стороны каждой одной из плоскостей, которая является внешней по отношению к среднему диску 16 вала 15, соосно с геометрической осью полуокружности 27 каждого сквозного паза 26 жестко и консольно закреплена дополнительная консольная круговая втулка 29 осевого упора 24, имеющая ту же длину диаметра своего внутреннего, продольного, сквозного кругового отверстия, что и длина диаметра полуокружности 27 паза 26. Причем оси полуокружностей 27 профиля пазов 26 и соосных с ними консольных втулок 29 в профиле расположены в геометрических точках пересечения своих взаимно симметричных трех радиальных лучей 28 диска осевого упора 24 с геометрической линией его центральной окружности, произвольная длина радиуса которой равна значению X, то есть тому же значению длины, что и для цевочных отверстий трех дисков цевочной муфты: отверстий 14 двух крышек 13 ротора и отверстий 17 среднего диска 16 вала 15.

Каждый осевой упор 24 соосно с ротором при сборке механизма установлен с возможностью соосного скользящего по цевкам осевого продольного перемещения, одновременно на трех цевках ротора и вдоль оси ротора своей внутренней обращенной к среднему диску 16 вала плоскостью упирается с одной стороны в плоские бортики расположенных в одной геометрической плоскости сечения средних ступеней 22 всех трех цевок ротора. А внешними плоскостями своих консольных втулок 29 каждый из двух упоров 24 упирается во внутреннюю плоскость одной из крышек 13 ротора, которые соосно и жестко закреплены на обечайке 8 гипотрохоиды 7 ротора. Таким образом, ступенчатые цевки ротора через осевые упоры 24 имеют надежный и плотный осевой упор на крышках ротора, который фиксируется при помощи резьбового крепления либо крепления клепкой съемных крышек 13 ротора на обечайке 8 ротора.

Для предотвращения проворачивания каждой из цевок ротора относительно собственной геометрической оси внутри втулок 29, на каждом из двух концов вдоль своей геометрической оси средняя ступень 22 каждой цевки ротора содержит, подобный по форме профиля U-образного паза 26 и соосный с ним осевой U-образный выступ 30, который в собранном для работы механизме плотно установлен внутри ответного для него U-образного паза 26 тонкостенного диска упора 24, который соосен с продольным отверстием его консольной втулки 29, которая этим продольным внутреннем отверстием плотно охватывает внешний цилиндр крайней ступени 23 цевки ротора (фиг. 6-8). Совместно два осевых упора 24 ротора, установленные на крайних ступенях 23 трех втулок работа, образуют жесткий по конструкции треугольный в профиле опорный узел ротора, жестко закрепленный через крайние концы ступеней 23 втулок ротора на крышках 13 ротора и расположенный внутри пространства тонкостенной обечайки 8 ротора (фиг. 9, 12).

Определяющая надежную работоспособность двигателя осевая стабилизация положения ротора 8, трех ступенчатых цевок ротора с их ступенями 22 и 23, а также трех радиальных эксцентриков 19, достигается посредством конструкционного ограничения их осевого перемещения с использованием, так называемого, допустимого осевого люфта, вдоль коренной оси 3 статора крайних плоскостей этих деталей относительно крайних плоскостей среднего диска 16 вала 15, который, как было отмечено выше, имеет надежную осевую стабилизацию своего осевого положения относительно статора при помощи коренных подшипников. В результате, конструкция роторного механизма предложенного двигателя позволяет ротору, его цевкам и радиальным эксцентрикам штатно, то есть в заданном конструкцией механизма режиме, и беспрепятственно перемещаться и вращаться внутри пространства рабочей полости объемного вытеснения обечайки эпитрохоиды 4 статора 1 и внутри обечайки 8 ротора, при этом никакими другими деталями не зажимая и не тормозя плоскости этих деталей вращения.

Данное ограничение также необходимо для снижения жесткости пружин осевых газовых и маслосъемных узколинейных дуговых и круговых уплотнений, установленных в канавках крышек 13 ротора. Поскольку с учетом того, что штатный, определяемый практикой, осевой зазор между внешними плоскостями каждой крышки 13 и обечайки 8 ротора с близлежащей внутренней плоскостью крышки 2 статора составляет 0,2-0,5 миллиметра, то при отсутствии данного конструкционного ограничения осевого люфта ротора указанные выше осевые, или торцевые уплотнения ротора вынуждены выполнять собой не свойственную им дополнительную функцию механического осевого упора ротора. Причем, для того, чтобы они могли собой относительно надежно удерживать нелегкий по весу ротор от осевого люфта, и при большой скорости его вращения, а также и зоне с определенным дефицитом смазочного масла, требуется существенная по значению жесткость пружин механически чрезвычайно прочных осевых уплотнений ротора, за счет которой ощутимо тормозится вращение ротора, снижая эффективность и надежность работы роторного двигателя внутреннего сгорания.

В то время как в предложенном механизме узел ограничения осевого люфта ротора располагается внутри ротора в пространстве обильной смазки моторным маслом, а торцевые уплотнительные элементы ротора, выполняющие только свойственную им функцию газовых или масляный уплотнений, снабжены пружинами существенно пониженной жесткости, которые не создают собой значимого торможения для заданного вращения ротора, повышая эффективность и надежность работы двигателя.

Кроме среднего диска 16 вала 15, ротор 8 через крайние ступени 23 цевок ротора также имеет постоянную опору на статоре в, так называемом, цевочно-эпитрохоидном узле ползуна, который, согласно прототипу [3], является наиболее надежным и эффективным вариантом исполнения узла ползуна роторного механизма вместо классического варианта узла ползуна на базе пары синхронизирующих шестерен статора и ротора. Как и данная пара шестерен, цевочно-эпитрохоидный узел ползуна при работе механизма двигателя также циклично воспроизводит собой три полных оборота геометрического эксцентриситета е за один полный оборот трехгранного ротора, которые в роторном, так называемом, эпи-ползунном механизме задаются отношением радиусов геометрических окружностей программных, или взаимно синхронизирующих колес статора и трехгранного ротора, соответственно, 2е:3е.

В состав цевочно-эпитрохоидного узла ползуна входят две его составные части - это одинаковые и взаимно зеркально отраженные вдоль коренной оси 3 статора и среднего диска 16 вала две кинематические пары данного механического узла ползуна, который относится к управляющей цепи роторного механизма двигателя, через звенья которой никогда не производится передача механической энергии между ротором 8 и валом 15 отбора мощности. То есть управляющая цепь узла ползуна располагается параллельно и вне силовой цепи механизма двигателя, через которую, в отличие от управляющей цепи, передается механическая энергия в форме момента силы М между ротором 8 и валом 15. Каждая кинематическая пара данного узла ползуна состоит непосредственно из ползуна, которым являются одновременно три ступенчатые цевки ротора, каждая из которых расположена вдоль оси вала с одной из двух сторон среднего диска 16 вала.

Для этого на каждой из крайних ступеней 23 трех цевок ротора соосно и жестко закреплена одна из консольных втулок 29 осевого упора 24, на которой с возможностью соосного с геометрической осью втулки ротора скользящего вращения установлена одна из трех круговых втулок 31 узла ползуна каждой из двух его кинематических пар (фиг. 1, 11). Использование консольной втулки 29 осевого упора 24 в качестве соосной промежуточной опоры на ступени 23 связано с необходимостью обеспечения беспрепятственного вращения втулки 31 ползуна, для плоскостей цилиндра которой осевой длиной консольной втулки 29, жестко упирающейся в крышку 13 статора, наряду с жестким упором внутренней плоскости диска упора 24 в бортик ступени 22 цевки ротора, гарантирован конструкционно контролируемый осевой зазор на стыке плоскостей втулок 31 и плоскости диска 24 осевого упора, примерно около 0,1 миллиметра, то есть фактически между плоскостями цилиндра втулки 31 и внешней плоскостью диска осевого упора 24, а также внутренней плоскостью крышки 13 ротора (фиг. 1). Причем данные опорные плоскости, ограничивающие собой осевое смешение втулки 31, не имеют возможности проворачиваться относительно нее или своей оси из-за одновременного крепления осевого упора 24 сразу на трех цевках ротора, ступень 23 каждой из которых соосно зажата в одном из трех цевочных отверстиях 14 крышек 13 ротора.

Таким образом, единственным узлом ротора, расположенном в его внутренней полости, является предельно простой по своей конструкции механический узел, состоящий из двух тонкостенных осевых упоров 24 и трех двухступенчатых цевок ротора (фиг. 9), который жестко и надежно закреплен относительно ротора и фактически составляет с ним единое целое. В связи с этим, не только радикально упрощается конструкция ротора и снижается его вес, но и полностью исключается необходимость по трудоемкому вырезанию внутренних взаимно симметричных полостей, облегчающих его вес, что также способствует существенному повышению степени технологичности изготовления и снижению стоимости двигателя.

Опорно-направляющей поверхностью статора для втулок 31 ползуна в кинематической паре цевочно-эпитрохоидного узла ползуна служит плоский диск внутренней эпитрохоиды 32 статора, соосно и жестко закрепленный на внутренней плоскости близлежащей статорной крышки 2.

Три втулки 31 цевок ротора взаимно симметрично расположенные относительно оси 9 ротора 8 в своей совокупности являются ползуном одной из двух взаимно оппозитных кинематических пар узла ползуна. Данный ползун в профиле при помощи трех точечных контактов образующих линий внешних цилиндрических поверхностей трех круговых втулок 31 одновременно и непрерывно контактирует с образующей цилиндрической поверхности внешней обрезной кромки своей внутренней эпитрохоиды 32 статора узла ползуна. При этом внешний обрезной профиль плоского диска двуполостной внутренней эпитрохоиды 32 статора, которая располагается во внутреннем радиальном пространстве эпитрохоиды 4 рабочей полости статора и обечайки 8 ротора, по форме профиля подобен эпитрохоиде 4 статора. Однако, во-первых, эпитрохоида 32 относительно эпитрохоиды 4 обладает меньшими радиальными размерами, а, во-вторых, относительно оси 3 статора она установлена таким образом, что ее малые полуоси симметрии совпадают с большими полуосями симметрии эпитроходы 4 и малые полуоси - с большими полуосями симметрии эпитрохоиды 4, и соответственно, малые полуоси симметрии эпитрохоиды 32 совпадают с большими полуосями эпитрохоиды 4. То есть профиль эпитрохоиды 32 относительно коренной оси 3 повернут на угол 90 градусов по отношению к профилю эпитрохоиды 4.

Внутренняя эпитрохоида 32 статора кинематической пары узла ползуна, которая в профиле зажата внутри взаимно симметрично расположенных трех втулок 31 цевок ротора, установленных с возможностью качения по ней, и при этом, являясь опорной и направляющей поверхностью кинематической пары узла ползуна, формой своего профиля определяет траекторию перемещения и взаимное текущее положение ротора 8 и отверстий 17 среднего диска 16 вала 15 и, тем самым, задает собой траекторию плоскостного перемещения профиля вершин и граней гипотрохоиды 7 ротора 8 относительно профиля эпитрохоиды 4 рабочей полости статора. Во время работы механизма секции двигатехя узел ползуна, задавая собой планетарное движение, объединяющее в себе тангенциально перемещающегося и одновременно вращающегося относительно своей оси 9 ротора 8, производит требуемую для воспроизводства термодинамического цикла цикличное изменение рабочего объема V локальной массы газового заряда рабочего тела в пространстве, ограниченном неподвижными внутренними плоскостями крышек 2 статора и внутренним профилем эпитрохоиды рабочей полости 4 статора 1, а также подвижным внешним профилем радиальных граней 7 гипотрохоиды ротора 8 (фиг. 11, 12).

В качестве примера практической реализации предложенного двигателя на фиг. 13 и фиг. 14 показана секция односекционного муфта-роторного двигателя внутреннего сгорания с вращающимся валом отбора мощности, с цевочно-эпитрохоидным узлом ползуна и с уравновешенным механизмом.

Уравновешивание роторного механизма муфта-роторного двигателя основано на тех же известных принципах, что и для механизма роторно-поршневого двигателя Ванкеля. В механизме каждой секции РПД Ванкеля линейный отрезок его геометрического эксцентриситета е, в профиле соединяющий собой коренную ось вала с осью ротора, в виду жесткого крепления эксцентрика на цилиндрическом стержне эксцентрикового вала, вращается синхронно с цилиндрическим стержнем вала отбора мощности двигателя. Поэтому масса дисбаланса ротора, центр которой расположен на оси ротора в точке, которая в профиле перемещается в направлении вращения ротора по геометрической линии окружности радиусом эксцентриситета е синхронно с вращающимся концом его геометрического отрезка, длина которого является рычагом, который совместно со значением массы ротора задает значение момента дисбаланса механизма двигателя, создающего собой нежелательную вибрацию механизма двигателя. Для устранения этого недостатка применяется дополнительная масса балансировочного противовеса, уравновешивающего данный дисбаланс, относительно коренной оси статора и вала в профиле располагается оппозитно и совместно со своим рычагом создает то же самое значение своего момента силы, которое уравновешивает собой значение момента дисбаланса. В механизме секции РПД Ванкеля с эксцентриковым валом, в связи с взаимно синхронным вращением эксцентриситета е с валом, балансировочные рычаги совместно с их противовесами жестко и соосно крепятся непосредственно на стержне вала.

Однако в механизме муфта-роторного двигателя вал вращается взаимно синхронно с ротором, а рычаг дисбаланса эксцентриситета е в нем вращается быстрее их в число раз, равное числу радиальных граней ротора. Например, в роторном механизме с трехгранным исполнением ротора вал и ротор вращаются в три раза медленнее геометрического эксцентриситета е. Поэтому в секции МРД балансировочные противовесы со своими рычагами вращаются не только синхронно с эксцентриситетом е, но и в три раза быстрее ротора и вала.

Как и в известных РПД Ванкеля, в многосекционном исполнении муфта-роторного двигателя (фиг. 1-12) приемлемая балансировка его общего механизма может быть достигнута без применения балансировочных противовесов при числе секций в его составе - от трех и более соосно установленных секций, но при соблюдении условия взаимно симметричного разворота положения в секциях углового положения сквозных цевочных отверстий 17 среднего диска 16 вала 15. Как и в РПД Ванкеля, в односекционном исполнении муфта-роторного двигателя используются два противовеса, каждый из которых устанавливается в сечениях каждого из двух взаимно оппозитных концов вала секции (фиг. 13, 14), а в двухсекционном исполнении также используются два балансировочных противовеса, но они располагаются на каждом внешнем крае общего для них вала со стороны каждой одной из двух секций.

Для синхронизации частоты вращения дополнительных балансировочных противовесов с частотой вращения геометрического эксцентриситета е механизм односекционного муфта-роторного двигателя (фиг. 13, 14) дополнительно снабжен двумя полыми эксцентриковыми валами 33 противовесов 34. Каждый из валов 33 установлен с каждой из двух сторон и соосно с коренным валом 15 механизма секции, цилиндрический стержень которого располагается соосно внутри продольного цилиндрического отверстия тонкостенного кольца цилиндра вала 33. При этом на одном конце каждого эксцентрикового вала 33, расположенном внутри пространства обечайки 8 ротора около внутренней плоскости одной из крышек 13 ротора, то есть в зоне обильности смазочного масла, своим эксцентрическим отверстием, ось которого в профиле отстоит от оси коренного вала на длину геометрического эксцентриситета е механизма, соосно и монолитно закреплен плоский круговой диск эксцентрика 35 данного вала, в профиле содержащий шесть облегчающих отверстий. А на противоположном конце вала 33, за пределами внутреннего объема ротора, соосно и жестко закреплен съемный монолитный балансировочный рычаг с противовесом 34.

Причем вал 33 с возможностью соосного вращения установлен на коренном валу в собственных разнесенных по краям вдоль его оси шарикоподшипниковых опорах, скорость вращения которых в ту же сторону с валом 15, в связи с их внутренней опорой на валу, всего в 2 раза выше, чем у эксцентриситета е. Коренные подшипники вала установлены в дополнительных статорных крышках 36, соосно и жестко закрепленных на статорных крышках 2 рабочей полости.

Синхронное вращение каждого эксцентрикового вала 33 с геометрическим эксцентриситетом е воспроизводится внутренней окружностью кольцевого диска немного расширенного в осевом направлении осевого упора 24, который в данном узле выполняет собой дополнительную функцию водила. Для этого круг диска эксцентрика 35 установлен внутри него с возможностью соосного вращения.

Длина диаметра вала 15 в односекционном двигателе меньше, то есть он тоньше, чем вал многосекционного муфта-роторного двигателя. Однако несущая способность вала односекционного МРД при этом резко не снизилась из-за постоянного демпфирующего действия узла цевочно-эпитрохоидного узла ползуна, защищающего собой не только коренные подшипники, но и сам вал.

В результате всего этого, в механизме предложенного двигателя внутреннего сгорания толстостенный средний диск 16 силовой цевочной муфты, в котором установлены и диски радиальных эксцентриков 19, соосно и монолитно закреплен на стержне вала, который, в свою очередь, на протяжении всей своей осевой длины имеет только круговую форму. А не ограниченная какими-либо условиями предельного значения своей массы осевая ширина среднего диска 16 вала необходима и достаточна по своей величине для поддержания его требуемой пропускной и несущей способности. Это предельно упростило конструкцию, повысив не только степень технологичности ее изготовления, но и уменьшив массу обечайки 8 ротора, которая является полой, тонкостенной и не обремененной какими-либо внутренними выступами, кроме крепежных, снижая этим не только инерционную массу ротора, но и массу балансировочных противовесов.

При этом массивный толстостенный средний диск 16, располагаясь внутри полости тонкостенной обечайки 8 ротора, дополнительно выполняет собой функцию маховика, тем самым из-за смещения маховика внутрь ротора сокращая осевой размер двигателя, а также упрощая не только процессы сборки и разборки, но и конструкцию механизма из-за отсутствия в нем отдельного маховика, в других механизмах устанавливаемого на конце вала, а также упрощая операций дополнительной механической обработки при изготовлении маховика и элементов его крепления, которые используются при установке съемного диска маховика на валу.

Благодаря этому, а также посредством оптимального перераспределения функций между элементами конструкции, а также модернизации элементов - ничтожных по массе тонкостенных кольцевых дисков осевых упоров 24 ротора, по сравнению с прототипом [3], из состава механизма секции муфта-роторного двигателя, кроме наделения среднего диска ротора функцией среднего диска цевочной муфты, также исключены такие необязательные элементы конструкции, как средний диск ротора, съемный диск вала и комплект цевок вала. От этого уменьшились, как осевая ширина, так и вес двигателя. Но при этом в работе механизма двигателя задействованы такие обязательные элементы конструкции, как обе крышки 13 ротора, которые также дополнительно выполняют собой функцию крайних дисков силовой цевочной муфты. В связи с этим существенно облегчились и упростились, как конструкция механизма секции муфта-роторного двигателя, так и процессы его сборки и разборки. При этом из бывших пяти дисков в механизме двигателя остались только три необходимых и достаточных диска силовой цевочной муфты: средний диск 16 вала 15 и два крайних диска 13 крышек ротора 8.

Также из-за применения модернизированной пары осевых упоров 24 ротора с их дополнительно введенными втулками 29 повысилась надежность работы двигателя за счет организации конструкционно контролируемого точного значения осевой ширины средних ступеней 22 двухступенчатых цевок ротора и консольных втулок 29 осевых упоров 24, относительно которых для возможности их беспрепятственного вращения определяется точное значение осевой ширины, соответственно среднего диска 16 вала, дисков радиальных эксцентриков 19 и втулок 31 узла ползуна. Исходя из практики, разница в значениях меньшей осевой ширины у среднего диска 16, диска радиального эксцентрика 19 и втулки 31, с учетом теплового расширения во внутренней полости ротора и приемлемыми условиями смазки, обычно составляет заранее известную заданную ширину осевого зазора, или люфта в размере 0,1-0,3 миллиметра. Что демонстрирует приемлемую технологичность предложенной конструкции механизма двигателя.

С использованием осевых зазоров внутренние плоскости дисков осевых упоров 24 препятствуют выходу радиальных эксцентриков 19, свободно установленных в цевочных отверстиях среднего диска 16 вала, за осевые границы его плоскостей. В то время, как базисный для осевой стабилизации, средней цевочный диск 16 вала надежно по-прежнему защищен от своего осевого смещения коренными шарикоподшипниками, жестко закрепленными своими внутренними кольцами на валу 15 и внешними кольцами относительно крышек 2 статора. При этом и сам ротор 8 с помощью тех же своих осевых упоров 24 имеет надежный ограничитель против своего осевого смещения сверх заданных пределов также относительно среднего диска 16 вала, тем самым способствуя предельному уменьшению жесткости пружин его осевых, или торцевых элементов газового и маслянного уплотнения, которые в данном исполнении не выполняют собой дополнительную и несвойственную им функцию механического осевого упора ротора. Поэтому снизилась степень торможения ротора этими пружинами, повышая эффективность работы двигателя. Причем, по сравнению с уплотнительными осевыми элементами ротора, предложенный узел ограничения осевого перемещения подвижных элементов механизма удобно располагается во внутренней полости ротора 8, в зоне эффективной обильной смазки и охлаждения моторным маслом.

Также в предложенном двигателе элементами или узлами конструкции производится удобное и эффективное совмещение своих штатных функций с дополнительными функциями, выполнение которых необходимо в механизме секции данного теплового двигателя. Причем это происходит без потери качества выполнения функций, как собственных, так и дополнительных. Ими являются указанные выше такие многофункциональные узлы и элементы конструкции механизма двигателя, как монолитный с валом средний круговой диск 16 вала, который одновременно является не только силовым средним диском цевочной муфты и базисным осевым упором для ротора и его элементов, но и дополнительно выполняет собой функцию маховика механизма. Такого же рода свойством обладает и цевочно-эпитрохоидный узел ползуна, который, защищая коренные подшипники и сам вал, также одновременно выполняет собой дополнительную, но очень важную функцию механического демпфера, который, например, принципиально отсутствует в составе механизмов двигателей с эксцентриковым валом.

Но кроме них, цевки ротора также одновременно являются не только цевками управляющей цепи узла ползуна - это их крайние и меньшие по диаметру ступени 23, но и выполняют собой дополнительную функцию цевок силовой цепи - это их средние ступени 22 большего диаметра, на которых установлены радиальные эксцентрики 19 силовой цевочной муфты, а бортики ступени 22 служат еще и упором для осевых упоров 24. Также каждый осевой упор 24 ротора предотвращает собой не только осевое смещение ротора и радиальных эксцентриков, но и его собственное крепление одновременно на нескольких цевках ротора предотвращает его собственное радиальное и тангенциальное смещение относительно ротора 8 и одновременно устраняет смещение и проворачивание диска осевого упора, внешняя плоскость которого является осевой опорной для втулки 31 цевки узла ползуна. Причем посредством применения с двух сторон относительно оси каждой средней ступени 22 цевки ротора U-образных выступов 30, закрепленных в ответных им U-образных пазах 26 осевых упоров 24 ротора, надежно предотвращается нежелательное проворачивание двухступенчатых цевок ротора относительно собственной оси. При этом консольные втулки 29 осевого упора 24 также дополняют толщиной своих цилиндрических колец охватываемую ими толщину крайних и меньших по диаметру ступеней 22 цевок ротора, придавая им собой дополнительную прочность, в которой они нуждаются особенно в момент принятия ими на себя механической энергии ударной силы F раскаленного газового заряда рабочего тела в начальной стадии такта рабочего хода, которую они, защищая от разрушения коренные подшипники и вал, сразу же транслируют в статор, переводя излишек энергии силы F в теплоту нагрева одновременно всех шести поверхностей и элементов трения цевочно-эпитрохоидного узла ползуна механизма секции двигателя внутреннего сгорания.

Предложенный здесь механизм секции роторного двигателя внутреннего сгорания для своей эффективной работы может использовать не только профили двуполостной эпитрохоиды статора и соответствующей ей трехгранной гипотрохоиды ротора, но также и профили эпитрохоид статора и соответствующих им гипотрохоид ротора с любым другим целым числом их взаимно симметричных радиальных граней.

Список использованной литературы:

1. Патент RU 2634458 С2 от 17.03.2016, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/00.

2. Патент RU 2778194 С1 от 14.12.2021, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/00.

3. Патент RU 2786863 С1 от 22.08.2022, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/00.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания состоит, по меньшей мере, из одной секции роторного ползунно-эксцентрикового механизма с ползунно-эксцентриковым механизмом силовой цевочной муфты, состоящей из трех взаимно параллельных силовых цевочных дисков, взаимно соединенных при помощи симметрично установленных внутри них двухступенчатых цевок ротора. Крайние ступени (23) меньшего диаметра цевок ротора закреплены в крышках (13) ротора. На средней ступени (22) большего диаметра каждой цевки ротора с возможностью соосного вращения своим эксцентрическим отверстием установлен радиальный эксцентрик (19), внешний круговой диск которого с возможностью соосного вращения установлен в одном из цевочных отверстий (17) среднего диска (16) вала (15) и цевочной муфты. Каждая из двух кинематических пар цевочно-эпитрохоидного узла ползуна механизма двигателя содержит в профиле взаимно симметрично расположенные втулки (13) ползуна, каждая из которых установлена с возможностью соосного вращения на цевке ротора. Втулки (31) ползуна установлены с возможностью их одновременного катящего контакта по внешней кромке диска опорно-направляющей внутренней эпитрохоиды статора узла ползуна. Двигатель снабжен двумя кольцевыми тонкостенными дисками осевых упоров (24) ротора, с их дополнительными консольными втулками, взаимно оппозитно закрепленными на цевках ротора с возможностью предотвращения осевого смещения радиальных эксцентриков (19) и ротора относительно среднего диска вала. Технический результат заключается в упрощении и облегчении двигателя и в повышении его надежности. 14 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, состоящий, по меньшей мере, из одной секции роторного ползунно-эксцентрикового механизма, содержащего полый статор, рабочая полость объемного вытеснения которого вдоль своей геометрической коренной оси ограничена внутренними плоскостями двух соосных с ним крайних, взаимно оппозитных, плоских крышек статора, а в радиальном направлении она ограничена замкнутой внутренней обрезной кромкой внутренней цилиндрической рабочей полости объемного вытеснения статора, имеющей соосный с коренной осью профиль симметричной замкнутой кривой геометрической линии эпитрохоиды с исходящими из коренной оси статора геометрическими лучами взаимно симметричных прямых линий своих малых и больших геометрических полуосей симметрии, число которых равно, соответственно, числу ее вершин и граней, при этом малые полуоси соединяют ось статора с ее вершинами, а большие полуоси соединяют ось статора с серединами ее радиальных граней, также внутри полости статора с возможностью вращения относительно собственной оси, которая параллельна коренной оси статора и в профиле отстоит от нее на расстоянии прямолинейного геометрического отрезка длиной геометрического луча эксцентриситета е механизма секции двигателя, размещен плоский относительно его собственной оси диск правильной призмы ротора с внешней обрезной кромкой симметричных в профиле дуговых радиальных граней гипотрохоиды, которая также является составной частью поверхности рабочей полости объемного вытеснения механизма секции двигателя, причем число вершин и граней у эпитрохоиды рабочей полости на одну единицу больше числа вершин и граней эпитрохоиды статора, а профиль гипотрохоиды также содержит исходящие из ее оси геометрические лучи взаимно симметричных прямых линий малых и больших полуосей симметрии, число которых равно, соответственно, числу ее вершин и граней, при этом большие ее полуоси соединяют ось ротора с ее вершинами, а малые полуоси соединяют ось ротора с серединами дуг ее радиальных граней, при этом вдоль собственной оси внутреннее полое пространство ротора ограничено в радиальном направлении внутренними поверхностями цилиндрической обечайки гипотрохоиды ротора и в осевом направлении внутренними поверхностями плоских, крайних и взаимно оппозитных дисков собственных крышек ротора, в каждой из которых ее внутренняя плоскость обращена внутрь объема пространства ротора, а ее наружная плоскость, обращенная к параллельной ей внутренней плоскости близлежащей крышки статора, содержит в себе канавки дуговой и круговой формы для размещения в них газовых и маслосъемных узколинейных уплотнительных и подпружиненных относительно нее элементов рабочей полости объемного вытеснения двигателя, также внутри полости эпитрохоиды статора с возможность вращения относительно собственной оси, совпадающей с коренной осью статора, во взаимно оппозитных опорах собственных коренных подшипников на крышках статора установлен круговой цилиндрический стержень вала механизма двигателя, также внутри полости ротора механизм двигателя содержит силовую цевочную муфту, во время работы двигателя передающую механическую энергию вращательного движения между вращающимися ротором и валом и состоящую из трех взаимно параллельных плоских цевочных дисков, плоскости которых перпендикулярны коренной оси статора и вала и в каждом из которых симметрично относительно их собственных геометрических осей по числу радиальных граней гипотрохоиды ротора каждый диск муфты содержит в своей плоскости равное числу этих граней число взаимно симметрично расположенных, сквозных, круговых цевочных отверстий, причем в профиле механизма геометрическая ось каждого из сквозных круговых цевочных отверстий у всех трех цевочных дисков цевочной муфты располагается в геометрической точке пересечения его геометрического луча, исходящего из собственной геометрической оси цевочного диска, с геометрической линией его центральной окружности, имеющей произвольную по своему значению X длину ее радиуса, при этом один из дисков цевочной муфты - ее средний диск, содержит в себе цевочные круговые отверстия большей длины диаметра и установлен во внутреннем пространстве ротора в середине высоты диска призмы ротора, а с каждой стороны его двух плоскостей вдоль оси вала располагается по одному крайнему диску цевочной муфты, которые содержат в себе такое же число взаимно одинаковых круговых отверстий с меньшей длиной диаметра, чем длина диаметра цевочных отверстий среднего диска цевочной муфты, при этом в каждом из цевочных сквозных круговых отверстий среднего диска муфты с возможностью соосного вращения установлено по одному плоскому круговому диску радиального эксцентрика, а в каждом из сквозных цевочных круговых отверстий взаимно оппозитных относительно среднего диска крайних дисков цевочной муфты соосно закреплены концы круговых цилиндрических стержней цевок муфты, общее число которых равно числу цевочных отверстий в каждом из дисков муфты, причем вдоль своей оси каждая из цевок средней частью своего стержня соосно и с возможностью скользящего вращения установлена в эксцентрическом сквозном круговом отверстии диска одного из радиальных эксцентриков, геометрическая ось каждого и которых в профиле отстоит от геометрической оси круга диска данного эксцентрика на длину, равную длине прямолинейного отрезка эксцентриситета е механизма двигателя, также механизм двигателя содержит в себе цевочно-эпитрохоидный узел ползуна, который состоит из двух одинаковых составных частей - кинематических пар, оппозитно взаимно разнесенных во внутреннем пространстве ротора вдоль оси статора и вала к крышкам ротора, при этом каждая из кинематических пар узла ползуна состоит из подвижного ползуна ротора и неподвижной опоры статора, направляющей и определяющей формой своего профиля траекторию перемещения ползуна относительно коренной оси статора, причем ползун ротора состоит из круговых втулок ползуна, которые по одной установлены с возможностью соосного скользящего вращения относительно осей круговых цилиндрических стержней цевок ротора, на противоположные концы каждого из которых опираются по две втулки ползуна, одна из которых принадлежит к одной из двух кинематических пар узла ползуна, причем общее число цевок узла ползуна ротора равно числу граней гипотрохоиды ротора, а их геометрические оси в профиле взаимно симметрично расположены в геометрических точках пересечения малых геометрических полуосей симметрии гипотрохоиды ротора с геометрической линией ее центральной окружности, при этом в профиле механизма внешние круговые поверхности всех втулок узла каждой из двух кинематических пар ползуна ротора одновременно, непрерывно и точечно контактируют с внешней обрезной кромкой находящегося в одной с ними плоскости сечения плоского диска неподвижной направляющей опоры статора кинематической пары узла ползуна, внешний профиль которой, обкатываемый втулками каждой одной кинематической пары ползуна, в профиле механизма имеет форму эпитрохоиды, которая внутри пространства внешней по отношению к ней эпитрохоиды рабочей полости статора и во внутреннем пространстве обечайки ротора соосно и жестко закреплена на внутренней плоскости близлежащей к кинематической паре крышки статора и подобна форме внешней эпитрохоиды статора с тем же числом вершин и граней, но меньших радиальных размеров, и профиль которой повернут относительно оси статора в положение, при котором каждая геометрическая линия ее большой полуоси симметрии совпадает с линией каждой малой геометрической полуоси симметрии эпитрохоиды рабочей полости, а, соответственно, каждая линия ее малой полуоси симметрии совпадает с линией каждой большой полуоси симметрии эпитрохоиды рабочей полости статора, также двигатель снабжен тонкостенными, плоскими, круговыми, кольцевыми дисками осевых упоров ротора, которые установлены вдоль коренной оси вала взаимно оппозитно с каждой из двух сторон среднего диска цевочной муфты и параллельны его плоскостям, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен втулками осевых упоров, каждая из которых содержит внешнюю круговую цилиндрическую поверхность и соосное с ней внутреннее, продольное, сквозное, круговое отверстие, причем внутреннее отверстие кольца плоского диска каждого из осевых упоров в профиле внутри полости ротора охватывает собой вал двигателя, а плоскость его диска в профиле содержит в себе взаимно симметрично расположенные относительно его оси сквозные, круговые отверстия, число которых равно числу радиальных граней гипотрохоиды ротора, при этом на одной плоскости каждого диска осевого упора ротора, которая является внешней в отношении середины осевой высоты призмы ротора, соосно с геометрической осью каждого сквозного отверстия плоскости диска упора, жестко и консольно закреплена одна дополнительная втулка осевого упора, круг внутреннего продольного отверстия которой имеет такую же длину своего диаметра, как и длина диаметра круга каждого из сквозных отверстий диска осевого упора ротора, причем геометрические оси каждого из сквозных отверстий плоскости диска и соосной с ним консольной втулки кругового диска каждого осевого упора ротора в профиле лежат в геометрических точках пересечения прямых линий геометрических лучей, взаимно симметрично исходящих из его геометрической оси, с геометрической линией его центральной окружности радиусом X такой же произвольной длины, что и для сквозных круговых цевочных отверстий трех дисков силовой цевочной муфты механизма двигателя, также средний цевочный диск силовой цевочной муфты, имеющий внешний профиль круговой формы, соосно и жестко закреплен на валу механизма двигателя и вдоль коренной оси расположен в середине вала и в середине внутренней полости обечайки ротора, при этом каждая из цевок ротора изготовлена в форме радиально двухступенчатой круговой цилиндрической оси вращения, геометрическая ось которой параллельна геометрической оси ротора и содержит в себе среднюю цилиндрическую ступень с большей длиной диаметра круга и соосные с ней две взаимно одинаковые крайние цилиндрические ступени с меньшей длиной диаметра круга, чем длина диаметра круга средней ступени цевки, при этом средняя ступень каждой цевки ротора с возможностью скользящего соосного вращения установлена внутри эксцентрического сквозного кругового отверстия кругового плоского диска одного из радиальных эксцентриков, которые по одному установлены с возможностью соосного вращения в сквозных цевочных отверстиях среднего цевочного диска вала, а концы крайних ступеней каждой из цевок ротора соосно и жестко закреплены в сквозных цевочных отверстиях съемных крышек ротора, которые соосно и жестко закреплены в крайних вдоль оси ротора плоскостях сечения его гипотрохоидной обечайки, причем точки геометрических осей сквозных круговых цевочных отверстий крышек ротора в профиле механизма располагаются в геометрических точках пересечения геометрических прямых линий малых полуосей симметрии профиля гипотрохоиды ротора с геометрической линией ее центральной окружности с произвольным по своей длине радиусом длиной X, как и у цевочных отверстий среднего диска вала, причем внутренняя плоскость каждого осевого упора ротора, установленного одновременно на всех цевках ротора, жестко упирается в плоские бортики близлежащих к ней средних ступеней большего диаметра всех двухступенчатых цевок ротора, а каждая крайняя ступень меньшего диаметра каждой из двухступенчатых цевок ротора соосно установлена внутри плотно охватывающих ее снаружи одного из сквозных отверстий плоскости диска и соосной с ним консольной втулки осевого упора, каждая из которых своей внешней консольной плоскостью жестко упирается во внутреннюю плоскость близлежащей крышки ротора, при этом каждая одна из втулок узла ползуна механизма двигателя установлена с возможностью скользящего вращения относительно геометрической оси втулки ротора на внешней цилиндрической поверхности каждой одной из консольных втулок осевых упоров ротора.