Роторно-поршневой двигатель с внешней камерой сгорания-расширения

Группа изобретений относится к объемному роторно-поршневой двигателю. Двигатель включает впускной цилиндропоршневой блок для сжимания воздуха или жидкости по направлению к камере сгорания и расширения. Блок содержит ряд цилиндров, поршней и штоков. С блоком соединено колесо-преобразователь, преобразующее движение поршней во вращение колеса-преобразователя и вращение блока. Угол поворота колеса-преобразователя отличается от угла поворота блока, так что расстояние между поршнями и колесом-преобразователем изменяется в соответствии со смещением. Штоки выполнены с возможностью смещаться у колеса-преобразователя в двух разных направлениях, оба из которых проходят вокруг колеса-преобразователя и в боковом направлении относительно колеса-преобразователя. Блок и колесо-преобразователь приводятся во вращение с одной и той же скоростью вращения. Группа изобретений направлена на уменьшение габаритов, массы и повышение производительности. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к двигателю, в котором цилиндропоршневые блоки и колесо-преобразователь выполнены с возможностью вращения вокруг главной оси вращения с одной и той же скоростью.

Количество цилиндров с поршнями и объем цилиндров являются переменными величинами, зависящими от требований, предъявляемых к двигателю. Между цилиндропоршневыми блоками установлено колесо-преобразователь, которое преобразует движение поршня в свое вращение и вращение цилиндропоршневых блоков.

Поршни выполнены круглыми и изолированы с помощью охватывающих их уплотнительных колец. Все поршни находятся в соответствующих цилиндрах, и цилиндропоршневые блоки вращаются вокруг одной и той же главной оси вращения (для каждой части) на шариковых подшипниках.

В рассматриваемом случае двигатель содержит один цилиндропоршневой блок, предназначенный для сжатия воздуха или другой среды в камере сгорания-расширения, и еще один цилиндропоршневой блок, предназначенный для отбора энергии, выделяющейся в результате реакции, происходящей в камере сгорания-расширения. Сгорание-расширение имеет место непрерывно перед или в катализаторе, прохождение через катализатор делает эффективность сгорания 100%-ной.

Затем расширенные газы или другая среда проходят через коллектор к выхлопному цилиндропоршневому блоку, который имеет объем цилиндра в X раз больше, чем впускной цилиндропоршневой блок, для извлечения избытка энергии.

Одним из отличительных признаков предлагаемого двигателя является наличие колеса-преобразователя. Оно круглое по форме и перемещается вокруг той же главной оси вращения, что и цилиндропоршневые блоки. Угол поворота колеса-преобразователя отличается от угла поворота цилиндропоршневых блоков, и это значит, что расстояние между поршнями и колесом-преобразователем является изменяемым в соответствии с перемещением.

Шток поршня насажен на колесо-преобразователь с другим углом поворота, поэтому он способен смещать колесо-преобразователь в двух разных направлениях, из которых оба идут вокруг колеса-преобразователя и в сторону относительно колеса-преобразователя с целью поддержания контакта и во избежание разрушения.

Колесо-преобразователь устойчиво на своей оси вращения и не перемещается в других направлениях. При вращении колеса-преобразователя соответственно имеет место вращение цилиндропоршневых блоков, а штоки поршней толкают и тянут поршни в цилиндрах.

Расстояние от колеса-преобразователя до поршней впускного цилиндропоршневого блока (диаметр вращения) меньше, чем расстояние от колеса-преобразователя до цилиндров выхлопного цилиндропоршневого блока, для получения отличающегося коэффициента мощности. Это необходимо для поддержания движения двигателя в одном направлении. Поэтому в двигателе штоки поршней в разных цилиндропоршневых блоках имеют разные длины.

Цилиндропоршневые блоки и колесо-преобразователь в двигателе должны иметь одну и ту же скорость вращения, для чего все три части соединены друг с другом с помощью зубчатых колес и стержней для поддержания точной синхронизации.

Охватываемые коллекторы, расположенные в охватывающих коллекторах, уплотнены с помощью уплотнительных колец синусоидальной формы для лучшего смазывания мест соединения и уменьшения износа металла.

Самыми слабыми местами двигателя являются, очевидно, коллекторы, которые не являются идеально уплотненными, но поскольку другие части двигателя столь малочисленны и хорошо соединены вместе, и потери энергии невелики, предлагаемый двигатель обеспечивает к.п.д. по меньшей мере 50% - 60%, или больше.

Кроме того, предлагаемый двигатель работает на принципе объемов, а не давлений, то есть, не как четырехтактный двигатель.

Поскольку двигатель является вращательным, он будет очень маленьким и легким, при этом он будет производить много энергии. Вращательный двигатель имеет возможность быстрого разгона и, следовательно, может производить много энергии, даже имея малые размеры. Внешнее сгорание может быть обеспечено за счет сжигания почти всех сортов горючего топлива, включая природный газ, низкокачественное топливо и даже перенос тепла для расширения воздуха или других сред.

Это решение в отношении цилиндропоршневого блока и колеса-преобразователя может быть использовано также в различного рода насосах, холодильниках, морозильниках, гидравлических насосах и для других применений, где есть потребность в перемещении жидкостей и газов.

Описание чертежей

На фиг. 1А-1Е показано, как один цилиндропоршневой блок вращается с колесом-преобразователем. Некоторые детали не показаны, причиной чего является только обеспечение лучшего понимания механизма вращения. Не показан узел сочленения, приводимый в движение сбоку, непосредственно перед колесом-преобразователем на штоке поршня.

На Фиг. 1А изображено:

1 - поршень №3 максимально (по всей длине цилиндра) размещен внутри цилиндра №3,

2 - поршень №2 на 50% длины цилиндра размещен внутри цилиндра №2,

3 - поршень №1 максимально удален от центра, обеспечивая максимальный объем цилиндра,

4 - узел сочленения между штоком поршня и колесом-преобразователем,

5 - колесо-преобразователь,

6 - поверхность поршня №2, находящегося на полпути внутри цилиндра №2,

7 - узел сочленения между поршнем №2 и штоком поршня,

На Фиг. 1В, после поворота на оборота (45°), изображено:

1 - поршень №3 размещен внутри цилиндра №3 на длины последнего,

2 - поршень №2 размещен внутри цилиндра №2 на длины последнего,

На Фиг. 1С, после поворота на оборота (45°), изображено:

1 - поршень №4 размещен внутри цилиндра №4 на 100% длины последнего,

2 - поршень №3 на 50% длины цилиндра размещен внутри цилиндра №3,

3 - поршень №2 максимально удален от центра, обеспечивая максимальный объем цилиндра.

На Фиг. 1D, после поворота на оборота (45°), изображено:

1 - поршень №4 размещен внутри цилиндра №4 на длины последнего,

2 - поршень №3 размещен внутри цилиндра №3 на длины последнего.

На Фиг. 1Е, после поворота на оборота (45°), изображено:

1 - поршень №1 размещен внутри цилиндра №1 на 100% длины последнего,

2 - поршень №4 на 50% длины цилиндра внутри цилиндра №4,

3 - поршень №3 максимально удален от центра, обеспечивая максимальный объем цилиндра.

На Фиг. 2 изображен общий вид двигателя в целом.

С - впуск свежего воздуха или другой среды во впускной цилиндропоршневой блок,

R - впуск воздуха или другой среды и сжатого воздуха или другой среды из цилиндропоршневого блока через коллектор,

А - сжатый воздух или другая среда в камеру сгорания-расширения,

S - впрыск топлива, осуществление нагревания или впрыск сжиженных газов и т.д.,

Т - сгорание топлива или расширение газов или другой среды,

U - катализатор, если использовано топливо,

V - расширенные газы или другая среда к выхлопному цилиндропоршневому блоку или от него,

М - выхлоп, уходящий из двигателя,

O - расширенные газы или другая среда к выхлопному цилиндропоршневому блоку,

Z - стабилизирующий стержень между цилиндропоршневым блоком для обеспечения синхронизированного вращения.

На Фиг. 3 изображен цилиндропоршневой блок, вид сверху в разрезе; показаны шариковый подшипник и механизм вращения

G - шток поршня,

W - узел сочленения между штоком поршня и выхлопным цилиндропоршневым блоком и колесом-преобразователем (подробно см. на фиг. 5),

Н - колесо-преобразователь,

X - колесо-преобразователь на наибольшем расстоянии от цилиндропоршневого блока; этот чертеж не дает должного представления, так как это вид сверху,

Y - колесо-преобразователь на наименьшем расстоянии от цилиндропоршневого блока,

I - узел сочленения между штоком поршня впускного цилиндропоршневого блока и колесом-преобразователем; здесь диаметр вращения меньше, чем диаметр вращения В; этот чертеж призван только показать сравнение диаметров вращения при разной длине штоков поршней.

На Фиг. 4 изображено:

А - сжатый воздух к камере сгорания-расширения,

В - главная ось вращения,

С - свежий воздух к впускному коллектору, к впускному цилиндропоршневому блоку,

D - впускной цилиндропоршневой блок для сжатия воздуха к камере сгорания-расширения,

Е - поршень для сжатия воздуха к камере сгорания-расширения,

F - узел сочленения между поршнем и штоком поршня,

G - шток поршня от поршня к колесу-преобразователю,

Н - колесо-преобразователь,

I - узел сочленения между штоком цилиндра впускного цилиндропоршневого блока и колесом-преобразователем (см. фиг. 5),

J - поворотный узел сочленения колеса-преобразователя на главной оси вращения,

K - зубчатое соединение между колесом-преобразователем и цилиндропоршневыми блоками для поддержания синхронизированной стабильной скорости и разгона между всеми тремя частями,

L - выхлопные цилиндропоршневые блоки, в которых цилиндры в X раз больше по объему / площади, чем объем / площадь цилиндра во впускном цилиндропоршневом блоке,

М - выхлопные газы из выхлопного цилиндропоршневого блока,

N - то же, что В, только на другом конце,

О - расширенные газы или другая среда от камеры сгорания-расширения через коллектор к выхлопному цилиндропоршневому блоку,

Р - избыточная энергия, отбираемая от двигателя с помощью вращающегося рычага,

Q - зубчатое колесо между цилиндропоршневым блоком и вращающимся рычагом для отбора избыточной энергии от двигателя,

Z - стержень, соединяющий цилиндропоршневые блоки для полной синхронизации вращения и проходящий между проемами в колесе-преобразователе.

На Фиг. 5 изображен коллектор, в котором имеет место прохождение воздуха или другой среды к цилиндрам в цилиндропоршневом блоке и от них, сразу под охватываемым коллектором.

10 - охватывающий коллектор и его внутренняя форма, где происходит прохождение воздуха или другой среды к цилиндрам и от них, сразу под охватываемым коллектором; каждый квадрант находится в непосредственном соединении с первым цилиндром,

11- охватываемый коллектор, закрепленный на корпусе двигателя и внутри охватывающего коллектора,

12 - поршень и шток поршня максимально близко к центру,

13 - главная ось вращения, вокруг которой обеспечена возможность вращения как цилиндропоршневых блоков, так и колеса-преобразователя; главная ось вращения прикреплена к корпусу двигателя,

14 - цилиндропоршневой блок на главной оси вращения, вращение которого обеспечено благодаря шариковым подшипникам,

15 - проточные каналы в верхней части цилиндропоршневого блока для прохождения воздуха или другой среды, непосредственный контакт с прилегающим охватывающим коллектором,

16 - изолирующие области между устьями цилиндровых каналов в охватывающем коллекторе,

17 - поршень и шток поршня на наибольшем расстоянии от главной оси вращения, объем цилиндра максимальный.

На Фиг. 6 изображен узел сочленения штока поршня перед колесом-преобразователем

G - шток поршня, выходящий из поршня,

I2 - первый узел сочленения на штоке поршня перед колесом-преобразователем, который смещается вбок,

I1 - второй узел сочленения между штоком поршня и колесом-преобразователем, обеспечивающий возможность вращательного движения относительно колеса-преобразователя,

Н - колесо-преобразователь в середине узла сочленения номер 2.

А - разрез по плоскости чертежа,

В - вид сбоку,

С - шток поршня вне узла сочленения.

На Фиг. 7 показана конструкция коллектора.

18 - канал впуска / выхлопа в охватываемом коллекторе,

19 - изолирующая деталь между впускным и выпускным каналами в охватываемом коллекторе,

20 - уплотнительные кольца на охватываемом коллекторе,

21 - канал цилиндров для впуска / выхлопа воздуха или другой среды,

22 - изолирующая деталь между каналами цилиндров для впуска / выхлопа в охватывающем коллекторе.

№№1 и 2 - коллекторы показаны отделенными друг от друга.

№3 - охватываемый коллектор показан установленным в охватывающем коллекторе; уплотнительные кольца не видны, так как они находятся внутри конструкции.

Предлагаемый двигатель может быть использован во всех видах транспортных средств и во всех местах, где есть потребность в производстве кинетической энергии и движения за счет химической реакции или физического агента.

Химические агенты - это углеводороды или другие вещества, производящие расширение материала или комбинации материалов, физический агент - это тепло, свет или другой вид волновой физической энергии, который производит расширение в камере расширения.

Предлагаемый двигатель может быть использован для осуществления движения транспортных средств, а именно автомобилей, мотоциклов, велосипедов, летательных аппаратов и других механизмов.

Кроме того, предлагаемый двигатель может быть использован для перекачивания газов и жидкостей в различных системах для транспортирования жидкостей и газов и для создания повышенного давления или разрежения, как, например, в холодильных системах.

1. Объемный роторно-поршневой двигатель, включающий впускной цилиндропоршневой блок для сжимания воздуха или жидкости по направлению к камере сгорания и расширения, содержащий ряд цилиндров, поршней и штоков поршней, и соединенное с цилиндропоршневым блоком колесо-преобразователь, преобразующее движение поршней во вращение колеса-преобразователя и вращение цилиндропоршневого блока, при этом

угол поворота колеса-преобразователя отличается от угла поворота цилиндропоршневого блока, так что расстояние между поршнями и колесом-преобразователем изменяется в соответствии со смещением,

штоки поршней выполнены с возможностью смещаться у колеса-преобразователя в двух разных направлениях, оба из которых проходят вокруг колеса-преобразователя и в боковом направлении относительно колеса-преобразователя, при этом

цилиндропоршневой блок и колесо-преобразователь приводятся во вращение с одной и той же скоростью вращения, для чего обе части соединены друг с другом с помощью зубчатых колес и стержней для обеспечения синхронизации.

2. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий выхлопной цилиндро-поршневой блок для отбора энергии, выделяемой в процессе реакции, имеющей место в камере сгорания-расширения, при этом каждый цилиндропоршневой блок содержит ряд цилиндров, поршней и штоков поршней, и с этим цилиндропоршневым блоком соединено колесо-преобразователь, выполненное с возможностью преобразования движения поршней во вращение колеса-преобразователя и вращение цилиндропоршневого блока, при этом

угол поворота колеса-преобразователя отличается от угла поворота цилиндропоршневого блока, так что расстояние между поршнями и колесом-преобразователем изменяется со смещением,

штоки поршней выполнены с возможностью смещаться у колеса-преобразователя в двух разных направлениях, оба из которых проходят вокруг колеса-преобразователя и в боковом направлении относительно колеса-преобразователя, при этом

расстояние между колесом-преобразователем и поршнями во впускном цилиндропоршневом блоке меньше, чем расстояние между колесом-преобразователем и поршнями в выхлопном цилиндропоршневом блоке, при этом

цилиндропоршневые блоки и колесо-преобразователь приводятся во вращение с одной и той же скоростью вращения, для чего все три части соединены друг с другом с помощью зубчатых колес и стержней для обеспечения синхронизации.

3. Двигатель по п. 2, в котором выхлопной цилиндропоршневой блок имеет больший объем цилиндра, чем впускной цилиндропоршневой блок.

4. Двигатель по любому из пп. 2 или 3, в котором цилиндропоршневые блоки выполнены вращающимися вокруг одной и той же главной оси вращения благодаря шариковым подшипникам.

5. Двигатель по любому из пп. 2 или 3, в котором между цилиндропоршневыми блоками установлен стабилизирующий стержень.

6. Двигатель по любому из пп. 1-3, в котором камера сгорания-расширения содержит катализатор.

7. Применение двигателя по любому из пп. 2-6 для одного из следующего:

- движение транспортных средств, в том числе автомобилей, мотоциклов, велосипедов и летательных аппаратов.