Роторный двигатель кашеварова "рдк-9"

 

Двигатель РДК-9 предназначен для использования в автомобилях, самолетах, вертолетах и в других средствах транспорта, а также на стационарных энергетических установках и тепловых электростанциях. Двигатель РДК-9 содержит рабочие и компрессионные ступени, в цилиндрах которых эксцентрично установлены роторы с осями вращения, совмещенными с геометрическими осями цилиндрических поверхностей статоров. В направляющих статоров установлена заслонка, а с торцов статоров на валах установлены диски механизма возвратно-поступательного движения заслонки. Одноименные ступени объединены попарно соответственно в рабочие и компрессионные блоки, соединенные между собой баллонами со сжатым воздухом. 6 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению касается усовершенствования роторных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в автомобилях, тракторах, тепловозах, на электростанциях кораблей морского и речного флота, в самолетах, вертолетах и боевых машинах, а также в газокомпрессорных установках газопроводов, промышленных и энергетических предприятий, в том числе на газотурбинных установках электростанций.

Наиболее близким к изобретению является роторный двигатель, содержащий рабочую и компрессионную ступени, образованные цилиндрическими статорами и цилиндрическими роторами, эксцентрично размещенными в них на валах с образованием камер расширения и сжатия соответственно (US, патент 2461757, кл. F 02 B 53/08, 1949).

Роторный ДВС по патенту N 2461757 имеет малый КПД и малый срок службы, обусловленные большими тепловыми потерями и потерями на трение роторов и заслонок из-за отсутствия смазки заслонок при их движении относительно роторов и статоров в рабочей и компрессорной ступенях, а также из-за отсутствия устройств, уменьшающих утечку сжимаемого воздуха и газов в ступенях компрессорной и рабочей, в зазорах между поверхностями заслонок, роторов и статоров, а также между поверхностями роторов и статоров.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание компактного, надежного, энергоемкого двигателя, объединяющего положительные свойства ДВС и газовых турбин с исключением существенных недостатков этих устройств. РДК-9 непосредственно преобразует давление газов воспламененной топливной смеси во вращение рабочего вала с исключением блока цилиндров с поршнями кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала, маховика и системы водяного охлаждения, свойственным ДВС.

Поставленная задача достигается за счет того, что двигатель снабжен дополнительными, по меньшей мере одной рабочей ступенью и по меньшей мере одной компрессионной ступенью, при этом одноименные ступени объединены попарно соответственно в по меньшей мере один рабочий и по меньшей мере один компрессионный блоки, в которых два вала рабочих ступеней соединены с двумя валами компрессионных ступеней с помощью муфт сцепления. Кроме того, рабочие блоки соединены с компрессионными блоками баллонами со сжатым воздухом, установленными между статорами блоков и соединенными между собой патрубками, на статорах установлены направляющие, в которых с возможностью перемещения расположена заслонка, на торцевых поверхностях которой закреплены пружины с возможностью скольжения по цилиндрическим поверхностям роторов при их вращении. С торцов статоров на валах установлены диски механизма возвратно-поступательного движения заслонки, причем на одних концах валов рабочих и компрессионных ступеней установлены шестерни с образованием зацепления друг с другом через две шестерни-сателлита, установленные между ними. Камеры расширения рабочих ступеней соединены с баллоном со сжатым воздухом воздуховодом, в котором установлены подпружиненная дверца, перекрывающая окно баллона, форсунки впрыска топлива и электросвечи зажигания и имеется для сообщения с баллоном дополнительное отверстие с клапаном, управляемым компьютером. Камеры сжатия компрессионных ступеней соединены с баллоном с помощью самооткрывающихся клапанов. Статоры рабочих ступеней имеют трубы выхлопных газов, а статоры компрессионных ступеней - воздуховоды наружного воздуха, причем цилиндрические поверхности роторов в каждом блоке выполнены и расположены с сохранением расстояния между ними по осевой плоскости заслонки неизменным при их вращении, а цилиндрические поверхности дисков механизма возвратно-поступательного движения заслонки совпадают с цилиндрическими поверхностями роторов с точностью до зазоров, перекрытых пластинчатыми пружинами, дверца, перекрывающая окно между баллоном и воздуховодом рабочих ступеней, имеет механизм ее движения при работе рабочего блока.

Воздуховодом компрессионной ступени ее камера сжатия сообщена с наружным воздухом, а воздуховодом рабочей ступени ее камера расширения сообщена с баллоном со сжатым воздухом, выходное отверстие камеры сжатия компрессионной ступени соединено с баллоном со сжатым воздухом. Выходное окно камеры расширения рабочей ступени соединено с баллоном со сжатым воздухом. Выходное окно камеры расширения рабочей ступени соединено с трубой выхлопных газов, статор и ротор компрессионной ступени расположены с возможностью охлаждения наружным воздухом: статор - посредством радиаторных выступов, внутренние камеры ротора - посредством вентиляционного устройства, статор и ротор рабочей ступени имеют теплоизолирующее покрытие, установленное с возможностью уменьшения утечки тепла в наружный воздух, заслонка рабочего блока выполнена полой с ребрами жесткости, заслонка компрессионного блока выполнена сплошной и имеет поперечное сечение, меньшее поперечного сечения заслонки рабочего блока.

Общая заслонка с механизмом ее возвратно-поступательного движения установлена для каждого блока с возможностью перемещения в направляющих, установленных на статорах блока, с возможностью восприятия давления газов на заслонку зазоры между поверхностями заслонки и направляющих заполнены маслом, нагнетаемым маслонасосом, а в направляющих установлены катки, причем заслонка снабжена боковыми выступами, расположенными с возможностью соединения их со штоками механизма возвратно-поступательного движения заслонки, диски которого установлены по обе стороны торцов статоров, при этом упомянутые штоки расположены с возможностью воздействия цилиндрических поверхностей дисков на катки, закрепленные в кронштейнах на концах штоков с возможностью прокатывания по цилиндрическим поверхностям дисков.

Одна из двух муфт сцепления снабжена редуктором с возможностью увеличения скорости вращения вала компрессионной ступени по сравнению со скоростью вращения вала рабочей ступени, причем валы компрессионных ступеней соединены с валами стартера и электрогенератора муфтами сцепления.

Двигатель имеет пластинчатые пружины, установленные по образующей цилиндрической поверхности ротора и имеющие наибольший радиус вращения на внутренних поверхностях статоров по радиусу от заслонки к осям валов рабочей и компрессионной ступеней, на торцевых поверхностях заслонки эти пружины расположены с возможностью перекрытия зазоров между поверхностями, на которых они расположены, и поверхностями, по которым скользят, при этом пружины ориентированы от места их крепления в зону повышенного давления газов.

Механизм движения дверцы, перекрывающей окно воздуховода, включает ось вращения дверцы и рычага, на которой установлена шестерня с червячным винтом и со спиральной пружиной, закрепленной одним концом на шестерне, а другим - на рычаге, электромагнит с сердечником, против которого на рычаге установлен якорь, и стопор, расположенный с возможностью прижатия рычага к сердечнику электромагнита.

Заслонка рабочего блока установлена в направляющих двух статоров блока с зазорами, перекрытыми плоскими пружинами и заполненными с одной стороны маслом под давлением, создаваемым масляным насосом, а с другой стороны - сжатым воздухом, при этом упомянутые зазоры и катки, установленные в направляющих, расположены с возможностью противостояния давлению газов сгоревшего топлива в камере расширения, заслонка рабочего блока выполнена полой и имеет внутренние камеры, образованные ребрами жесткости, соединенными с ее выступами и с наружными сторонами заслонки. Эти камеры соединены с наружным воздухом через окна, расположенные между выступами, соединенными со штоками механизма возвратно-поступательного движения заслонки, и через продольные отверстия в направляющих заслонки. Причем внутренние поверхности каждой камеры заслонки имеют теплоизолирующее покрытие, предотвращающее воздействие на нее раскаленных газов воспламенившейся топливной смеси, наружные поверхности каждой камеры имеют жаростойкое термоизолирующее покрытие, такое же покрытие имеют все поверхности, соприкасающиеся с газами воспламенившейся топливной смеси.

Устройство РДК-9 поясняется чертежами, где: на фиг. 1 и 2 даны вертикальные сечения рабочей и компрессионной ступеней по А-А и Б-Б на фиг. 3; на фиг. 3 - сечения по В-В на фиг. 1 и 2, на фиг. 4 - узел Л на фиг. 1, увеличенный в четыре раза; на фиг. 5 - сечение по Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 - сечение частей статора, ротора и заслонки с пружинами в крупном масштабе; на фиг. 7 - механизм движения дверцы воздуховода рабочей ступени; на фиг. 8 узел М на фиг. 3, увеличенный в четыре раза по сравнению с фиг. 3.

Двигатель РДК-9 имеет статоры 1 и 2 и роторы 3 и 4, закрепленные на валах 5 и 6 соответственно рабочей и компрессионной ступеней, заслонки 7 и 8, установленные в направляющих 9 и 10, диски 11 механизма возвратно-поступательного движения заслонок 7 и 8 и шестерни 12 и 13 (фиг. 3 и 5), закрепленные на валах 5 и 6, шестерни-сателлиты 14 и 15, находящиеся в зацеплении соответственно с шестернями 12 и 13, при этом пара шестерен 14 рабочей ступени находится в зацеплении между собой и пара шестерен 15 компрессионной ступени - в зацеплении между собой. Двигатель содержит шток 16 с кронштейнами 17 и катками 18 возвратно-поступательного движения заслонок 7 и 8, соединенный с выступами 19 этих заслонок.

Двигатель РДК-9 имеет воздуховод 20, соединяющий камеру расширения 21 статора 1 с баллоном сжатого воздуха 22 и патрубком 23. В воздуховоде 20 установлены подпружиненная дверца 24, перекрывающая окно 25 баллона 22, форсунки 26 подачи жидкого и газообразного топлива из патрубка 27, в который топливо поступает из бака для жидкого топлива с помощью топливного насоса (условно не показан) или из баллона для сжатого газа, подобного баллону 22 для сжатого воздуха. Воздуховод 20 вместе с начальной частью камеры расширения 21 образует камеру сгорания. На противоположной стороне воздуховода 20 по отношению к форсункам 26 установлены свечи зажигания 28. Все поверхности камеры сгорания, соприкасающиеся с воспламеняющейся топливной смесью, имеют жаростойкое термоизолирующее покрытие 29, выдерживающее кратковременное воздействие высоких температур. Статор 1, ротор 2 и заслонка 7 имеют термоизоляцию 30, изображенную крестообразной штриховкой, уменьшающую тепловые потери двигателя. Статор 2 имеет радиаторные выступы 31, увеличивающие его поверхность охлаждения. Ротор 3 имеет герметичные камеры 32, образованные радиальными перегородками 33, соединяющими цилиндрическую поверхность ротора 3 с валом 5. Ротор 4 имеет камеры 34, образованные перегородками 35 и продуваемые наружным воздухом с помощью вентилирующего устройства.

Статор 1 имеет выхлопную трубу 36, через которую выходят из камеры расширения 21 отработанные выхлопные газы. Статор 2 имеет воздуховод 37, через который поступает в камеры сжатия 38 наружный воздух. Сжатый воздух поступает в баллон 20 через самооткрывающиеся клапаны 39, отрегулированные на заданное давление сжимаемого воздуха.

Заслонка 7 двигателя имеет ребра жесткости 40, соединяющие ее стенки между собой и с выступом 19, и пластинчатую пружину 41 (фиг. 6), перекрывающую зазор между торцевой поверхностью заслонки 7 и цилиндрической поверхностью ротора 3 и препятствующую проходу выхлопных газов через этот зазор. Подобную пластинчатую пружину имеет и заслонка 8. Роторы 3 и 4 имеют пластинчатые пружины 42, установленные по образующим их цилиндрических поверхностей, имеющих большее удаление от оси вращения роторов 3 и 4.

Статоры 1 и 2 имеют пластинчатые пружины 43, установленные по радиусу от вала вращения роторов 3 и 4 в направлении на заслонки 7 и 8 и перекрывающие зазоры между торцевыми поверхностями статоров и роторов. Направляющие 9 заслонки 7 и направляющие 10 заслонки 8 имеют маслосъемные пластинчатые пружины 44. Направляющие 9 и 10 имеют также отверстия 45, по которым в зазор между заслонкой и ее направляющей поступает машинное масло через трубочку 46 под давлением, создаваемым масляным насосом, или сжатый воздух из баллона 22 и верхний зазор направляющих 9 и в нижний зазор направляющих 10. При этом давление масла, поступающего через трубочки 46, больше, чем давление сжатого воздуха, поступающего в зазор из баллона 22. Разность этих давлений в значительной мере противостоит давлению газов на рабочую часть заслонки 7 в направлении сверху вниз и в направлении снизу вверх для заслонки 8. Этому давлению газов противостоят также катки 47. установленные в направляющих 9 и 10, по которым прокатываются заслонки 7 и 8 во время их возвратно-поступательного движения.

Валы 5 и 6 правой стороны рабочей и компрессионной ступеней соединяются муфтой сцепления 48, а валы 6 и 5 левой стороны - соединяются муфтой сцепления 49 с редуктором, повышающим число оборотов вала 6, например, более чем в два раза. При этом муфта сцепления 49 может быть включена только с одновременным выключением муфты 48 и наоборот. Наличие муфты сцепления 49 с редуктором, повышающим обороты роторов компрессионной ступени, имеет большое значение для эксплуатации автомобиля в горных установках, т.к. включение муфты 49 обеспечивает нормальную работу двигателя в разреженном воздухе, сжимаемом компрессором в форсированном режиме (с большой производительностью). Муфта сцепления 49 включается также для предотвращения перегрева двигателя его продувкой с целью охлаждения, что позволяет производить интенсивную эксплуатацию двигателя при повышенной температуре наружного воздуха. Вал 6 (правый или левый) компрессионной ступени соединяется с валом 50 стартера 51 муфтой сцепления 52. Валы 5 рабочей ступени являются одновременно валами коробки передач автомобиля, учитывая, что левый и правый валы 5 вращаются во взаимнопротивоположных направлениях, один из валов используется для движения автомобиля вперед, а другой - назад. Такое использование валов 5 упрощает конструкцию коробки передач.

Верхние направляющие 10 компрессионной ступени имеют катки 53 аналогичного назначения каткам 47 нижних направляющих 9 рабочей ступени. Установка катков 58 над заслонкой 8 обусловлена тем, что сила давления сжимаемого воздуха на рабочую часть заслонки 8 направлена снизу вверх. В соответствии с этим изменено и устройство смазки заслонки 8.

Статоры 2, патрубок 23 и кронштейн 54, в котором установлены оси вращения шестерен 14, закреплены на основании 55 компрессионной ступени. Статоры 1, выхлопные трубы 36 и кронштейн 56, в котором установлены оси вращения шестерен 14, закреплены на основании 57 рабочей ступени.

Цилиндрические поверхности роторов 3 и 4 представляют собой геометрическое место точек, имеющее, во-первых, постоянную величину суммы длин отрезков диаметра от внутренней поверхности статора до наружной поверхности ротора, проходящего через ось вращения ротора, являющуюся одновременно геометрической осью внутренней цилиндрической поверхности статора 1 и 2, и, во-вторых, имеющее плоскость симметрии, проходящую через ось вращения ротора и диаметр с максимальной разностью вышеупомянутых длин его отрезков. Цилиндрические поверхности дисков 11 и 13 имеют такую же закономерность построения, что и цилиндрические поверхности роторов 3 и 4.

На правом диске 11 (фиг. 5) рабочей ступени установлены электроконтакты 58 и 59, на торцевой поверхности правого статора 1 установлен электродатчик 60. При касании электроконтакта 58 датчиком 60 в компьютер поступает электроимпульс, в соответствии с которым компьютер включает в правой рабочей ступени форсунку 26 и электросвечи 28 и выключает электромагнит 61 механизма движения дверцы (фиг. 7), при касании электроконтакта 59 компьютер включает электромагнит 61, блокирующий возможность открытия дверцы 24 правого двигателя. Для работы левого двигателя электроконтакты 58 и 59 изменяют свои функции.

Дверца 24 имеет механизм ее движения, включающий ось вращения 62, спиральную пружину 63, один конец которой закреплен на рычаге 64 дверцы 24, а другой - на шестерней 65, устанавливаемой с помощью червячного винта 66 в соответствии с октановым числом топлива, используемого для работы РДК-9. Поворотом шестерни 65 на закручивание пружины 63 увеличивается ее момент силы, приложенный к дверце 24, в результате чего увеличивается давление сжатого воздуха, открывающего дверцу 24 и заполняющего камеру сгорания двигателя. Рычаг 64 имеет якорь 67, который при включении электромагнита 61 удерживается сердечником 68. При включении электромагнита 61 дверца 24 не может быть открыта любой разностью давлений воздуха в баллоне 22 и выхлопных газов в камере расширения 21. Для плотного закрывания дверцы 24 по окончании работы РДК-9 дверца прижимается поворотом стопора 69 с целью сохранения давления сжатого воздуха в баллоне 22. Для той же цели служит кран 70, перекрывающий патрубок 23. Баллон 22 может быть изготовлен по патенту N 1791658 на изобретение "Способ Кашеварова изготовления баллонов для хранения сжатых газов" (кл. F 17 C 1/16, 1993).

В баллоне 22 установлен электродатчик 71 давления сжатого воздуха, электросигналы которого поступают в компьютер управляющий работой РДК-9 в соответствии с программой, определяемой водителем автомобиля и условиями его движения.

Правый вал 6 компрессионной ступени с помощью муфты сцепления 72 во время работы двигателя соединяют с валом вращения электрогенератора 73, обеспечивающего электроэнергией все устройства автомобиля. Электрогенератор 73 может периодически отключаться компьютером с помощью муфты сцепления 72 в соответствии с сигналами электродатчика, определяющего напряжение аккумулятора, подсоединенного к электрогенератору.

В корпусе статора 1, образующем камеру сгорания, установлен температурный электродатчик 74, позволяющий компьютеру производить корректировку подачи топлива в форсунки 26 в результате изменения промежутков времени их работы от максимального до нулевого, не допуская перегрева двигателя.

В корпусе заслонки 7 между ее ребрами жесткости 40, соединяющими противоположные стенки заслонки с ее выступами 19, образованы камеры с окнами 75, соединяющими эти камеры с наружным воздухом через продольные отверстия в направляющих 9 против окон 75 и тем самым исключающими нагрев ребер жесткости 40 выше заданной для них предельной температуры.

Воздуховод 20 соединен с баллоном 22, кроме окна 25, перекрытого дверцей 24, еще и отверстием 76, перекрытым поворотным клапаном 77, работа которого производится под управлением компьютера.

РДК-9 может иметь несколько рабочих и компрессионных блоков, каждый из которых включает пару одноименных ступеней, установленных на одном основании, при этом роторы блоков имеют независимую друг от друга ориентировку, обусловленную наличием муфт сцепления 48 и 49, соединяющих эти блоки.

Компрессионная ступень РДК-9 может быть дополнительно использована для обеспечения пневматической системы торможения автомобиля, для поддержания давления воздуха в шинах колес автомобиля в соответствии с грунтом дороги или бездорожья, для выполнения работ, требующих применения сжатого воздуха. Кроме того, компрессионная ступень данной конструкции может иметь применение в промышленности, использующей сжатый воздух, а также в качестве основного устройства газокомпрессорных станций.

Рабочая ступень РДК-9 может работать с компрессорами других конструкций при отработке его опытных образцов.

Роторный двигатель работает следующим образом.

Перед пуском РДК-9 производят установку шестерни 65 вращением червячного механизма 66 в соответствии с октановым числом топлива, используемого для работы двигателя. Затем поворачивают (выключают) стопор дверцы 24 и открывают кран 70 патрубка 23.

Пуск РДК-9 применительно к его эксплуатации на автомобиле как ДВС производят включением стартера 51 и муфты сцепления 52 при выключенных муфтах 48 и 49. Пуск РДК-9 производит компьютер в результате нажатия на его клавишу с надписью "пуск". Стартер 51 приводит в действие компрессионную ступень, которая производит подкачку сжатого воздуха в баллон 22, повышая в нем давление воздуха до минимально необходимого для работы двигателя РДК-9. Достижение такого давления определяет электродатчик 71, по сигналу которого компьютер включает муфту сцепления 48, а затем в момент касания электроконтакта 58 датчика 60 включает форсунки 26, свечи 28 и магнит 68 правой рабочей ступени, затем в момент касания электроконтактом 59 датчика 60 включает форсунки 26 и свечи 28 левой рабочей ступени. В результате этих действий воспламеняется топливная смесь в правой рабочей ступени, а затем при повороте правого ротора 3 и диска 11 на 180^o воспламеняется топливная смесь в левой рабочей ступени. В этот момент компьютер с помощью муфты сцепления 52 отключает стартер 51, и с помощью муфты 72 включает электрогенератор 72 и РДК-9 переходит от пускового режима к эксплуатационному режиму работы.

В момент воспламенения топливной смеси в камере сгорания давление газов воспламененного топлива увеличивается до 10 раз, а температура поднимается до 2500^oС, но уже через тысячную долю секунды в результате расширения газов, вращающих ротор, давление и температура газов резко снижаются и через 1-2 сотые доли секунды в двигателе с 60-30 оборотами ротора в секунду отработанные выхлопные газы снижают давление до 2-4 кг/см² и температуру до 500-600^oC. Во время следующего оборота ротора 3 рабочей ступени происходит воспламенение следующей порции топливной смеси в том же статоре 1 и одновременно удаление отработанных выхлопных газов предыдущего оборота ротора 3 в выхлопную трубу 36. В смежном статоре 1 процессы воспламенения топливной смеси и удаления выхлопных газов смещены на половину оборота роторов 3. Благодаря этому смещению рабочих ходов роторов 3 в смежных статорах 1 обеспечивается допустимое постоянство величины крутящего момента рабочего вала РДК-9 без применения маховика, используемого для этой цели в четырехтактных ДВС.

Одновременно с вращением роторов 3 происходит вращение дисков 11 механизма возвратно-поступательного движения заслонки 7 с помощью штока 16, на концах которого установлены катки 18, прокатывающиеся по цилиндрическим поверхностям дисков 11, которые являются как бы продолжением цилиндрических поверхностей роторов 3. Расстояние между цилиндрическими поверхностями дисков 11 во время их вращения по оси штока 16 имеет постоянную величину с допуском в несколько десятых долей миллиметра, что обеспечивает перемещение заслонки 7 с зазорами между ее торцевыми поверхностями и цилиндрической поверхностью роторов 3 в 1-2 мм, перекрытыми пружинами 41.

Высокая температура сгорания топливной смеси при минимальном избытке воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, может привести к перегреву стенок камеры сгорания выше допустимой температуры при длительной эксплуатации материала, из которого она выполнена. Для предотвращения перегрева стенок камеры сгорания предусмотрено устройство охлаждения этих стенок периодической продувкой сжатым воздухом в соответствии с электросигналом в компьютер от температурного электродатчика 74. По этому сигналу компьютер вместо включения форсунки 26 включает поворот клапана 77 (фиг. 4), открывающего отверстие 76 для сжатого воздуха из баллона 22 в воздуховод 20 в обход дверцы 24. В результате повысившегося давления в воздуховоде 20 до давления воздуха в баллоне 22 дверца 24 будет закрытой, а сжатый воздух, проходя через камеру сгорания и камеру расширения 21, будет нагреваться от стенок этих камер и охлаждать их. Компьютер при повороте ротора 3 на 100-120^o после момента открытия клапана 77 закроет клапан 77, а воздух, нагревшийся до 600-800^oC и увеличивающийся в объеме при дальнейшем вращении ротора 3, будет вырабатывать механическую энергию, расширяясь с понижением давления от того значения, которое он имел в баллоне 22, до 2-3 кг/см² в момент его выхода в выхлопную трубу 36 с температурой менее 300^oC.

Режим работы двигателя с чередованием (режим "чередования") прохода сжатого воздуха через окно 25 с впрыском топлива и его воспламенения и через отверстие 76 без впрыска топлива производится до тех пор, пока в компьютер не поступит электросигнал от датчика 74 об уменьшении температуры до допустимой для перехода к форсированному режиму работы двигателя, т.е. без продувки воздухом через отверстие 76.

Предлагаемый способ охлаждения двигателя в режиме "чередования" является новым способом рекуперации энергии (т.е. преобразования неиспользованной тепловой энергии в механическую энергию вращения ротора двигателя), возвращающим часть утраченной для двигателя тепловой энергии. Предлагаемый способ охлаждения двигателя в режиме "чередования" имеет следующие преимущества, например, перед водяным охлаждением ДВС: - не требует дополнительных устройств, существенно усложняющих конструкцию ДВС, увеличивающих массу и стоимость изготовления, - не снижает КПД двигателя, а повышает его, т.к. утилизирует тепловую энергию перегретых стенок, превращая ее существенную часть в дополнительную механическую энергию вращения ротора, - охлаждает внутренние поверхности камер сгорания и расширения, непосредственно подвергающихся воздействию высоких температур.

Повышенный расход сжатого воздуха во время движения автомобиля с работой двигателя в режиме "чередования", впуска сжатого воздуха с топливом и без него компенсируется переключением компрессора на форсированный режим его работы путем включения муфты 49 с редуктором, увеличивающим скорость вращения роторов 4 компрессионной ступени, а также путем применения способа торможения при поступлении в двигатель минимально необходимого количества сжатого воздуха и при выключенных форсунках 26. В этом режиме холостого хода РДК-9 дверца 24 застопорена включением электромагнита 68, а клапан 77 открывается компьютером для пропуска в 10 раз меньшего количества сжатого воздуха, чем во время работы двигателя в режиме "чередования".

Во время кратковременной остановки автомобиля его двигатель не выключается, а работает на холостом ходу с минимальной скоростью вращения ротора 3 и с минимальным временем включения форсунок 26, необходимым для вращения роторов 4 компрессионной ступени через муфту сцепления 49 (с редуктором). При этом достигается охлаждение двигателя благодаря его работе с избытком сжатого воздуха, а также увеличение запаса сжатого воздуха в баллоне 22 путем повышения давления воздуха до предельно допустимой величины, которая определяется датчиком 71.

На фиг. 6 показана работа пружин 41, 42, 43 и 44 при вращении роторов 3 и 4. Сплошными стрелками показано направление движения (вращения) роторов 3 и 4, а пунктирными - направление давления газов, воздействующих на пружины 41, 42, 43 и 44 и прижимающих эти пружины к поверхностям, по которым они скользят, устраняя утечку газов через зазор, который они перекрывают. На фиг. 6а изображены пружины 41 и 44, на фиг. 6б - пружина 42, установленная по образующей цилиндрической поверхности ротора 3 и перекрывающая зазор между ротором 3 и статором 1, на фиг. 6в - пружина 43, установленная на торцевой поверхности статора 1 против торцевой поверхности ротора 3, на фиг. 6г, д, е - те же пружины, установленные на аналогичных деталях компрессионной ступени.

Принцип работы механизма возвратно-поступательного движения заслонки основан на том, что при любом угле поворота роторов 3 (4) и дисков 11 (13) расстояния между их поверхностями в направлении осевой поверхности заслонки 7 (8) остается постоянным и равным длине заслонки 7 (8), уменьшенной на величину зазоров, перекрываемых пружинами 41. При этом усилия, необходимые для перемещения заслонки, реализуют катки 18, которые прокатываются по цилиндрическим поверхностям дисков 11 (13) и передают через кронштейны 17, шток 16 и боковые выступы 19 заслонок 7 и 8 эти усилия на заслонки 7 и 8.

Катки 18 в процессе эксплуатации РДК-9 периодически заменяются вместе со штоками 16, которые крепятся с помощью болтов к боковым выступам 19 заслонок 7 и 8.

Во время работы компрессионной ступени воздух, сжатый вращением ротора 4 до заданного давления, поступает в баллон 22 через клапаны 39. Воздух в результате его сжатия нагревается и одновременно охлаждается поверхностями статора 2 (с радиаторными выступами 31) и ротора 4, через камеры 34 которого продувается наружный воздух, при этом радиальные перегородки 35 выполняют роль радиаторных выступов цилиндрической поверхности ротора 4. Сжатый воздух охлаждается также стенками баллонов 22.

Охлаждение воздуха, сжимаемого в компрессионной ступени, уменьшает затраты энергии по сравнению с затратами энергии на сжатие воздуха в цилиндре ДВС, где сжимаемый воздух разогревается не только от сжатия, но и от раскаленных стенок цилиндра и поршня. Охлажденный сжатый воздух, поступающий в камеру сгорания двигателя РДК-9, имеет большую плотность, чем сжатый воздух такого же давления в цилиндре ДВС, и меньшую температуру воспламененной топливной смеси при большем давлении газов от ее сгорания, что повышает КПД и удельную мощность двигателя. Еще в большей мере КПД и удельная мощность РДК-9 повышаются по сравнению с четырехтактным ДВС за счет того, что при двух оборотах ротора 3 рабочий ход ротора 4 составляет более 500^o, а при двух оборотах коленчатого вала рабочий ход поршня ДВС составляет менее 180^o поворота коленчатого вала. Удельная мощность РДК-9 превышает удельную мощность ДВС также за счет того, что отношение объема камер расширения у него к массе всего РДК-9 в несколько раз больше, чем отношение рабочего объема (литража) цилиндров ДВС к массе всего ДВС.

Формула изобретения

1. Роторный двигатель, содержащий рабочую и компрессионную ступени, образованные цилиндрическими статорами и цилиндрическими роторами, эксцентрично размещенными в них на валах с образованием камер расширения и сжатия соответственно, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными, по меньшей мере одной рабочей ступенью и по меньшей мере одной компрессионной ступенью, при этом одноименные ступени объединены попарно соответственно в по меньшей мере один рабочий и по меньшей мере один компрессионный блоки, в которых два вала рабочих ступеней соединены с двумя валами компрессионных ступеней с помощью муфт сцепления, кроме того, рабочие блоки соединены с компрессионными блоками баллонами со сжатым воздухом, установленными между статорами блоков и соединенными между собой патрубками, на статорах установлены направляющие, в которых с возможностью перемещения расположена заслонка, на торцевых поверхностях которой закреплены пружины с возможностью скольжения по цилиндрическим поверхностям роторов при их вращении, с торцов статоров на валах установлены диски механизма возвратно-поступательного движения заслонки, причем на одних концах валов рабочих и компрессионных ступеней установлены шестерни с образованием зацепления друг с другом через две шестерни-сателлита, установленные между ними, камеры расширения рабочих ступеней соединены с баллоном со сжатым воздухом воздуховодом, в котором установлены подпружиненная дверца, перекрывающая окно баллона, форсунки впрыска топлива и электросвечи зажигания и имеется для сообщения с баллоном дополнительное отверстие с клапаном, управляемым компьютером, камеры сжатия компрессионных ступеней соединены с баллоном с помощью самооткрывающихся клапанов, статоры рабочих ступеней имеют трубы выхлопных газов, а статоры компрессионных ступеней - воздуховоды наружного воздуха, цилиндрические поверхности роторов в каждом блоке выполнены и расположены с сохранением расстояния между ними по осевой плоскости заслонки неизменным при их вращении, цилиндрические поверхности дисков механизма возвратно-поступательного движения заслонки совпадают с цилиндрическими поверхностями роторов с точностью до зазоров, перекрытых пластинчатыми пружинами, дверца, перекрывающая окно между баллоном и воздуховодом рабочих ступеней, имеет механизм ее движения при работе рабочего блока.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что воздуховодом компрессионной ступени ее камера сжатия сообщена с наружным воздухом, а воздуховодом рабочей ступени ее камера расширения сообщена с баллоном со сжатым воздухом, выходное отверстие камеры сжатия компрессионной ступени соединено с баллоном со сжатым воздухом, а выходное окно камеры расширения рабочей ступени соединено с трубой выхлопных газов, статор и ротор компрессионной ступени расположены с возможностью охлаждения наружным воздухом: статор - посредством радиаторных выступов, внутренние камеры ротора - посредством вентиляционного устройства, статор и ротор рабочей ступени имеют теплоизолирующее покрытие, установленное с возможностью уменьшения утечки тепла в наружный воздух, заслонка рабочего блока выполнена полой с ребрами жесткости, заслонка компрессионного блока выполнена сплошной и имеет поперечное сечение, меньшее поперечного сечения заслонки рабочего блока.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что общая заслонка с механизмом ее возвратно-поступательного движения установлена для каждого блока с возможностью перемещения в направляющих, установленных на статорах блока, с возможностью восприятия давления газов на заслонку зазоры между поверхностями заслонки и направляющих заполнены маслом, нагнетаемым маслонасосом, а в направляющих установлены катки, причем заслонка снабжена боковыми выступами, расположенными с возможностью соединения их со штоками механизма возвратно-поступательного движения заслонки, диски которого установлены по обе стороны торцов статоров, при этом упомянутые штоки расположены с возможностью воздействия цилиндрических поверхностей дисков на катки, закрепленные в кронштейнах на концах штоков с возможностью прокатывания по цилиндрическим поверхностям дисков.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что одна из двух муфт сцепления снабжена редуктором с возможностью увеличения скорости вращения вала компрессионной ступени по сравнению со скоростью вращения вала рабочей ступени, причем валы компрессионных ступеней соединены с валами стартера и электрогенератора муфтами сцепления.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет пластинчатые пружины, установленные по образующей цилиндрической поверхности ротора и имеющие наибольший радиус вращения на внутренних поверхностях статоров по радиусу от заслонки к осям валов рабочей и компрессионной ступеней, на торцевых поверхностях заслонки эти пружины расположены с возможностью перекрытия зазоров между поверхностями, на которых они расположены, и поверхностями, по которым скользят, при этом пружины ориентированы от места их крепления в зону повышенного давления газов.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм движения дверцы, перекрывающей окно воздуховода, включает ось вращения дверцы и рычага, на которой установлена шестерня с червячным винтом и со спиральной пружиной, закрепленной одним концом на шестерне, а другим - на рычаге, электромагнит с сердечником, против которого на рычаге установлен якорь, и стопор, расположенный с возможностью прижатия рычага к сердечнику электромагнита.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что заслонка рабочего блока установлена в направляющих двух статоров блока с зазорами, перекрытыми плоскими пружинами и заполненными с одной стороны маслом под давлением, создаваемым масляным насосом, а с другой стороны - сжатым воздухом, при этом упомянутые зазоры и катки, установленные в направляющих, расположены с возможностью противостояния давлению газов сгоревшего топлива в камере расширения, заслонка рабочего блока выполнена полой и имеет внутренние камеры, образованные ребрами жесткости, соединенными с ее выступами и с наружными сторонами заслонки, эти камеры соединены с наружным воздухом через окна, расположенные между выступами, соединенными со штоками механизма возвратно-поступательного движения заслонки, и через продольные отверстия в направляющих заслонки, причем внутренние поверхности каждой камеры заслонки имеют теплоизолирующее покрытие, предотвращающее воздействие на нее раскаленных газов воспламенившейся топливной смеси, наружные поверхности каждой камеры имеют жаростойкое термоизолирующее покрытие, такое же покрытие имеют все поверхности, соприкасающиеся с газами воспламенившейся топливной смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8