Роторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным запорным кольцом

Роторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным запорным кольцом

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям, и может быть использовано для оснащения транспорта. Роторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным запорным кольцом имеет полый в средней части корпус, коленчатый вал с полыми шипами, установленный на этих шипах барабан с полостью для размещения жидкостного запорного кольца, ротор с торцевыми радиальными бортами, между которыми расположены перегородки, установленный на колене коленчатого вала внутри барабана и имеющий по меньшей мере две расположенные на равных угловых расстояниях камеры сгорания, периодически сообщающиеся с системами продувки, охлаждения и питания топливом и с трактом выхлопа отработавших газов и подключенные к системе зажигания, и механизм отбора мощности, кинематически подключенный к коленчатому валу и ротору. Камеры сгорания выполнены в виде отсеков полости ротора, которые ограничены телом ротора, его торцевыми бортами и указанными перегородками между этими бортами. Изобретение позволяет повысить удельную мощность и эксплуатационную надежность роторного двигателя. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к кинематическим схемам и конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания (далее - РДВС) с жид костным запорным (или, что то же самое, уплотнительным) кольцом. Такие РДВС предназначены: для оснащения различных, преимущественно малогабаритных, средств транспорта, например - микро- и миниавтомобилей для поездок нескольких пассажиров и перевозок малых (до 1 т) грузов в городских условиях (в частности, минитакси и минигрузовиков), малогабаритных судов (лодок и шлюпок), сверхлегких летательных аппаратов (например, моторных дельтапланов для перевозки одиночных пассажиров и малогабаритных срочных грузов на короткие расстояния); для оснащения минитракторов или самоходных сельскохозяйственных орудий, предназначенных преимущественно для семейных фермерских хозяйств и приусадебных участков и в составе компактных комплексов "ДВС-электрогенератор".

По имеющимся данным ныне известны два основных РДВС с жидкостным запорным кольцом, соответственно предложенных М. В. Максимовым и Е.Ф.Драчко.

Первый из них (авт. свид. СССР 69506) имеет полый в средней части корпус, оборудованный подшипниковыми узлами, один из которых размещен по оси симметрии корпуса, а второй - эксцентрично относительно этой оси, причем геометрические оси обоих подшипниковых узлов параллельны, и улиткой для выпуска отработавших газов в атмосферу. Внутри корпуса на первом установленном в осесимметричном подшипниковом узле валу консольно закреплен барабан с кольцевой полостью для размещения жидкостного запорного кольца. Внутри барабана эксцентрично размещен полый ротор, имеющий радиальные кольцевые выступы на торцах, радиальные же выступы в виде лопаток между указанными торцевыми гребнями и перфорированные межлопаточные промежутки. Этот ротор консольно закреплен на втором валу, установленном во втором из указанных подшипниковых узлов. Внутри ротора по скользящей посадке установлен неподвижный золотник с углублением, которое служит камерой сгорания и сообщается с трактами подачи воздуха и топлива и оборудовано форсункой и электрозапалом. Пространство между стенкой барабана и лопатками ротора сообщается с источником уплотнительно-компрессионной жидкости. Ее рабочий объем (и толщина жидкостного запорного кольца) достаточны для частичного перекрытия указанных лопаток в большей части зазора между ротором и стенкой барабана.

Кольцо из уплотнительно-компрессионной жидкости является идеальным неизнашиваемым уплотнением.

Однако задача повышения надежности РДВС при этом решается лишь частично, ибо в стык между вращающимся ротором и неподвижным золотником из камеры сгорания в не прикрытые жидкостным кольцом боковые части полости барабана могут просачиваться продукты сгорания с высоким давлением и температурой. Это просачивание будет тем интенсивнее, чем более изношены ротор и золотник. Соответственно, КПД РДВС будет падать, а удельный эффективный расход топлива - возрастать.

Кроме того, термодинамический цикл указанного РДВС весьма несовершенен, ибо нагрев рабочего тела в нем происходит подобно нагреву в газотурбинных двигателях, а выхлоп - при значительном избыточном давлении из-за сжатия и расширения газа в одной и той же полости, как у поршневых ДВС. Эти обстоятельства обуславливают его низкую экономичность.

И, наконец, внешняя скоростная характеристика описанного РДВС весьма неблагоприятна, ибо крутящий момент на выходном валу непосредственно связан с "жесткостью" жидкостного кольца, которая зависит от величины центробежного ускорения и связана с частотой вращения выходного вала квадратичной зависимостью. Практически это означает, что двигатель не сможет устойчиво работать даже с линейной нагрузкой и будет или разгоняться, или глохнуть.

Второй, наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности РДВС (см. Международную публикацию WO 96/17161), имеет: полый корпус; коленчатый вал (далее в тексте, за исключением формулы изобретения, сокращенно коленвал), шипы которого установлены с возможностью вращения в корпусе; барабан с кольцевой полостью для размещения запорного жидкостного кольца, сообщающейся с источником уплотнительно-компрессионной жидкости, осесимметрично установленный на шипах коленвала внутри корпуса и снабженный двумя зубчатыми венцами; полый открытый по периферии ротор с радиально ориентированными торцевыми выступами (бортами) и перегородками (лопатками) в промежутке между указанными бортами, эксцентрично установленный на колене коленвала в полости барабана и снабженный зубчатым венцом для непосредственной кинематической связи с одним из зубчатых венцов барабана; системы питания топливом, зажигания, продувки, охлаждения и смазки.

Коленвал и ротор (через барабан) подключены к общей системе отбора мощности на основе дифференциального механизма.

В торцевых стенках барабана выполнены окна. Первое из них сообщает с атмосферой кольцеобразный зазор между стенкой ротора и коленом коленвала, являющийся частью воздушного тракта системы продувки и охлаждения. Второе окно снабжено кольцевой перегородкой, которая отделяет воздушный тракт системы продувки и охлаждения с одной стороны от тракта подачи топливной смеси (или воздуха на ее приготовление), а с другой стороны - от тракта подачи жидкости для формирования жидкостного запорного кольца.

Ротор с торца, обращенного к первому окну, имеет радиальный борт в виде сплошного кольцевого гребня постоянного диаметра, а с противоположного торца имеет борт в виде по меньшей мере двух дискретных гребней переменной высоты, и секционирован по длине промежуточным кольцевым радиальным гребнем постоянного диаметра на относительно короткую сообщающуюся с системой питания компрессорную зону и более протяженную сообщающуюся с выхлопным трактом расширительную зону. При этом по меньшей мере по две указанные перегородки (лопатки) размещены в каждой из указанных (компрессорной и расширительной) зон, а в теле ротора выполнены по меньшей мере два перепускных канала, соединяющих эти зоны и служащих камерами сгорания, которые периодически сообщаются с системами продувки, охлаждения и питания топливом и с трактом выхлопа отработавших газов и подключены к системе зажигания.

В перепускных каналах (камерах сгорания) могут быть установлены клапаны, предназначенные для перекрытия потока сжимаемой топливной смеси (при внешнем) или сжимаемого воздуха (при внутреннем смесеобразовании), для пропуска в них сжатой топливной смеси или сжатого воздуха под давлением жидкостного запорного кольца и для отсечки их объема от компрессорной зоны в процессе сгорания топливной смеси и вытеснения продуктов сгорания в расширительную зону.

Выполнение камер сгорания в виде перепускных каналов в теле ротора, как это описано выше, обеспечило фрикционное взаимодействие вращающегося ротора только с жидкостью в запорном кольце и с потоками газов. При этом газодинамический тракт в пределах ротора оказался надежно изолирован от атмосферы постоянно погруженными в жидкостное запорное кольцо торцевыми радиальными гребнями. Тем самым удалось существенно снизить потери энергии и повысить надежность РДВС. Далее, разделение процессов сжатия топливной смеси (при внешнем смесеобразовании) или воздуха (при внутреннем смесеобразовании), сгорания топливной смеси и расширения продуктов сгорания позволило заметно повысить эффективность термодинамического цикла РДВС. Действительно, поскольку сгорание происходит практически в закрытом объеме, а объем расширительной зоны существенно превышает объем компрессорной зоны, постольку в сравнении с поршневыми и роторно-поршневыми ДВС в известном РДВС теплота продуктов сгорания более полно преобразуется в механическую энергию, а давление и температура отработавших газов на выхлопе оказываются более низкими, что способствует повышению КПД и, наконец, отбор мощности через общий дифференциальный механизм одновременно от барабана и коленвала стабилизировал "жесткость" жидкостного запорного кольца и устойчивость работы РДВС в широком диапазоне колебаний нагрузки.

Однако разделение рабочего объема на последовательно расположенные вдоль ротора компрессорную и расширительную зоны отрицательно повлияло на габариты и массу РДВС и, соответственно, на его удельную мощность. По той же причине профиль рабочих температур вдоль геометрической оси ротора и жидкостного запорного кольца внутри барабана был весьма "негладким" из-за существенно более высокой температуры в расширительной зоне в сравнении с компрессорной зоной. Соответственно наблюдались нежелательные термические деформации деталей, локальный перегрев жидкостного запорного кольца и снижалась эксплуатационная надежность. Далее, наличие перепускных каналов между указанными зонами (особенно при использовании в них клапанов) приводило к неизбежным потерям энергии из-за дросселирования топливной смеси в каждом интервале времени между тактами сжатия и расширения.

Поэтому в основу изобретения положена задача путем усовершенствования формы ротора (и, особенно, размещения в нем камер сгорания) и структуры газодинамического тракта создать такой РДВС с жидкостным запорным кольцом, который обладал бы повышенными удельной мощностью и эксплуатационной надежностью.

Поставленная задача решена тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания с жидкостным запорным кольцом, имеющем полый в средней части корпус и установленные в нем: коленвал, у которого по меньшей мере шипы выполнены полыми; осесимметричный корпусу и установленный с возможностью вращения на шипах коленвала полый барабан с кольцевой полостью для размещения жидкостного запорного кольца, сообщающейся с источником уплотнительно- компрессионной жидкости; полый открытый по периферии ротор, ограниченный с торцев радиально ориентированными бортами, между которыми расположены перегородки, эксцентрично установленный с возможностью вращения на колене коленвала в полости барабана и имеющий по меньшей мере две расположенные на равных угловых расстояниях отделенные одна от другой камеры сгорания, периодически сообщающиеся с системами продувки, охлаждения и питания топливом и с трактом выхлопа отработавших газов и подключенные к системе зажигания; и механизм отбора мощности, кинематически подключенный к коленвалу и ротору, согласно изобретению, камеры сгорания выполнены в виде отсеков полости ротора, которые ограничены телом ротора, его торцевыми бортами и указанными перегородками между бортами.

В предложенном РДВС устранено разделение рабочего объема на последовательно расположенные вдоль ротора компрессорную и расширительную зоны, ибо камеры сгорания простираются вдоль ротора практически по всей его длине. Это позволяет: сократить осевой габарит (и массу) РДВС и, соответственно, повысить его удельную мощность; выравнить профиль рабочих температур вдоль геометрической оси ротора и существенно уменьшить неравномерные термические деформации деталей и локальные перегревы жидкостного запорного кольца и, соответственно, повысить эксплуатационную надежность и практически исключить потери на дросселирование в пределах полости ротора между тактами сжатия и расширения.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что в теле ротора в направлении от его геометрической оси к периферии выполнены перепускные каналы, сообщающиеся с системой продувки через один из полых шипов коленвала, а внутри каждой из камер сгорания установлена по меньшей мере одна дополнительная перегородка, которая примыкает к вышеуказанной расположенной между бортами ротора (основной) перегородке и имеет меньшую высоту, причем обе перегородки служат продолжением стенок соответствующего перепускного канала.

Второе, дополнительное к первому, отличие состоит в том, что внутри каждой из камер сгорания с зазором относительно тела ротора установлен по меньшей мере один дефлектор, направляющий поток продувочного воздуха и препятствующий прямому выходу части свежего заряда в выхлопной тракт при продувке камер сгорания.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что в теле ротора со стороны, удаленной от выхлопного тракта, выполнены выемки, объем каждой из которых является частью объема соответствующей камеры сгорания. Такие выемки, обычно предназначенные для размещения свечей зажигания, способствуют формированию свежих зарядов топливной смеси с разным (возрастающим вдоль ротора по направлению к выхлопному тракту) коэффициентом избытка окислителя и, соответственно, послойному сгоранию топлива.

Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что в теле ротора имеются сквозные расположенные на равных угловых расстояниях продольные каналы, сообщающиеся с системой продувки и с выхлопным трактом и поэтому способствующие снижению тепловой нагрузки на подшипники ротора.

Пятое, дополнительное к четвертому, отличие состоит в том, что продольные каналы дополнительно сообщаются с камерами сгорания. Это дополнительно способствует вышеуказанному формированию свежих зарядов топливной смеси с разным коэффициентом избытка окислителя и, соответственно, послойному сгоранию топлива.

Шестое дополнительное отличие состоит в том, что РДВС имеет совмещенную систему продувки камер сгорания от отработавших газов и охлаждения, в которой: входами служат окна в одной из торцевых стенок корпуса и сообщающийся с атмосферой полый шип коленчатого вала; побудителем движения воздуха, расходуемого на продувку, приготовление свежих зарядов топливной смеси и охлаждение, служит по меньшей мере одна вентиляторная крыльчатка, закрепленная по меньшей мере на одной из торцевых стенок полого барабана; тракт продувки разветвлен и включает в первой части полость указанного шипа коленчатого вала, внутреннюю полость ротора и перепускные каналы, сообщающие эту полость ротора с камерами сгорания, и во второй части - перепускные окна в торцевой стенке полого барабана, расположенной со стороны снабженной входными окнами торцевой стенки корпуса, проходы, ограниченные уступами в борте ротора, расположенном со стороны указанных торцевых стенок корпуса и полого барабана, и камеры сгорания; а общим выходом служит выхлопной тракт. Такая форма выполнения систем продувки и охлаждения в РДВС обеспечивает заметное выравнивание тепловой нагрузки на все связанные с коленвалом подшипники, способствует эффективному охлаждению бортов ротора и перегородок, ограничивающих камеры сгорания, перед формированием в них свежих зарядов топливной смеси и позволяет значительно снизить температуру отработавших газов в выхлопном тракте.

Седьмое, дополнительное к шестому отличие состоит в том, что вентиляторная крыльчатка закреплена на торцевой стенке полого барабана, расположенной со стороны снабженной входными окнами торцевой стенки корпуса, указанные перепускные окна выполнены в указанной торцевой стенке полого барабана в промежутках между лопастями крыльчатки, а полый шип коленчатого вала сообщается с атмосферой через пространство между указанными стенками корпуса и полого барабана, дополнительное окно в указанной торцевой стенке корпуса и обводной воздушный патрубок.

Восьмое, дополнительное к шестому отличие состоит в том, что вентиляторная крыльчатка закреплена на торцевой стенке полого барабана со стороны выхлопного тракта.

Использование одной вентиляторной крыльчатки независимо от места ее установки предпочтительно для маломощных РДВС.

Девятое, дополнительное к шестому отличие состоит в том, что роторный 'двигатель снабжен двумя закрепленными на торцевых стенках полого барабана вентиляторными крыльчатками, первая из которых расположена со стороны снабженной входными окнами торцевой стенки корпуса, а вторая - со стороны выхлопного тракта. Это целесообразно в мощных РДВС согласно изобретению.

Десятое дополнительное отличие состоит в том, что система питания топливом снабжена сообщающимся с топливным баком полым центральным топливопроводом, который размещен в сообщающемся с атмосферой полом шипе коленчатого вала и который имеет на выходном конце по меньшей мере одно выходное отверстие, открытое во внутреннюю полость ротора. Такая система питания, обеспечивающая внешнее (по отношению к камерам сгорания) смесеобразование при приготовлении свежих зарядов топливной смеси, предпочтительна для маломощных РДВС.

Одиннадцатое, дополнительное к десятому отличие состоит в том, что со стороны указанного выходного отверстия внутри шипа коленчатого вала закреплен отбойник струи топлива. Поток воздуха вначале размазывает попадающее на такой отбойник топливо в пленку и затем дробит его на тончайшие капли, что повышает эффективность внешнего смесеобразования.

Двенадцатое, дополнительное к десятому отличие состоит в том, что указанный центральный топливопровод снабжен по меньшей мере одним радиальным ответвлением с выходным отверстием, которое открыто в тракт подачи воздуха со стороны борта ротора. В этом случае свежие заряды топливной смеси образуются практически внутри камер сгорания при их перекрытии жидкостным запорным кольцом при вращении ротора.

Специалисту понятно, что применительно к мощным РДВС согласно изобретению возможно сочетание обоих указанных путей подачи топлива в набегающие воздушные потоки.

Тринадцатое отличие состоит в том, что системы питания и зажигания частично сблокированы, причем в такой блок включены: а) жестко закрепленные относительно корпуса двигателя и соосно расположенные в полости шипа коленчатого вала: центральный топливопровод, который выполнен из электропроводного материала, подключен внешним входным концом через диэлектрическую вставку к топливному баку, а внутренним выходным концом - к по меньшей мере одному тракту подачи топлива в камеры сгорания и дополнительно присоединен к высоковольтному проводу от индукционной катушки, также полый выполненный из диэлектрического материала вход ной световод, который охватывает топливопровод, служа для него электроизолятором, и внешним торцем обращен к источнику света, и сплошной выходной центральный световод, подключенный выходным концом к блоку управления индукционной катушкой; б) жестко закрепленные относительно того же шипа коленчатого вала: гидрораспределитель для автоматического регулирования подачи топлива на формирование свежих зарядов топливной смеси в зависимости от режима работы, корпус которого соосно расположен в полости того же шипа коленчатого вала и со стороны ввода в него центрального топливопровода снабжен электроизолированной опорой скольжения с уплотнением, промежуточные входной и выходной световоды в виде изогнутых отрезков оптоволоконных светопроводов, закрепленных в корпусе гидрораспределителя так, что входной торец промежуточного входного световода выступает из корпуса гидрораспределителя и расположен напротив торца полого входного световода, выходной торец промежуточного выходного световода внутри корпуса гидрораспределителя расположен на одной геометрической оси со сплошным выходным центральным световодом, который вместе с топливопроводом введен в этот корпус, и выходной торец промежуточного входного световода и входной торец промежуточного выходного световода совместно выведены в окно в стенке того же шипа коленчатого вала; закрепленный на боковой стенке корпуса гидрораспределителя электроизолированный радиальный токопровод с размещенным в этом же корпусе и опирающимся на поверхность центрального топливопровода скользящим контактором для питания закрепленных в роторе свечей зажигания, число которых кратно числу камер сгорания, первый и второй промежуточные топливопроводы, радиально отходящие от корпуса гидрораспределителя, радиально ориентированный топливопровод для подачи топлива в воздушный тракт со стороны одного из бортов ротора и отбойник струи топлива; в) закрепленные относительно ротора расположенные под каждой камерой сгорания блоки форсунок, каждый из которых включает: первую форсунку, которая подключена к первому промежуточному топливопроводу и имеет накопительную полость, перекрываемую с выходного торца подпружиненным золотником, и вторую форсунку, подключенную ко второму промежуточному топливопроводу через гидравлический насос, и отражатели, число которых равно числу камер сгорания и которые служат для замыкания оптической цепи через указанные выше выходной торец промежуточного входного световода и входной торец промежуточного выходного световода.

Такое совмещение систем питания и зажигания уменьшает радиальные габаритные размеры РДВС, а придание отдельным деталям нескольких функций снижает его материалоемкость.

Четырнадцатое, дополнительное к тринадцатому, отличие состоит в том, что корпус гидрораспределителя снабжен выпускным патрубком, выходное отверстие которого расположено над отбойником струи топлива; поплавковой камерой, полость которой сообщается с полостью выпускного патрубка и в которой размещен поплавок со штоком-золотником для запирания входа в первый промежуточный топливопровод; и четырьмя порогами последовательно возрастающей высоты, а именно минимальным порогом для подачи топлива через первый промежуточный топливопровод в первую форсунку, первым промежуточным порогом для подачи топлива через выходное отверстие в выпускном патрубке, вторым промежуточным порогом для подачи топлива через второй промежуточный топливопровод в накопительную полость гидравлического насоса и максимальным порогом для подачи топлива через радиальный топливопровод.

Этот частный вариант выполнения гидрораспределителя обеспечивает весьма простую и надежную автоматическую подстройку РДВС к изменению режимов работы (с холостого хода на отбор мощности и обратно) и к нерегулярным колебаниям внешней нагрузки, что характерно, например, для автомобилей.

Пятнадцатое, дополнительное к тринадцатому, отличие состоит в том, что первый и второй промежуточные топливопроводы подключены соответственно на вход первой форсунки и гидравлического насоса второй форсунки через кольцевую полость в теле ротора, разделенную перегородкой на несообщающиеся между собой части. Этим достигается наиболее простое подключение гидрораспределителя к блокам форсунок и, одновременно, безопасность системы питания, поскольку незначительная часть топлива, которая может протекать через уплотнения, будет попадать в камеры сгорания вместе с его основной частью, подаваемой через выходное отверстие над отбойником.

Шестнадцатое, дополнительное к тринадцатому, отличие состоит в том, что каждый гидравлический насос, подключенный к гидрораспределителю, имеет произвольные по форме поперечных сечений накопительный и нагнетательный патрубки, полости которых сообщаются со стороны, обращенной к цилиндрической обечайке барабана, причем накопительный патрубок обязательно имеет длину, достаточную для того, чтобы после запуска двигателя он был постоянно перекрыт жидкостным запорным кольцом. При такой форме выполнения частота срабатывания гидравлических насосов непосредственно зависит от частоты вращения ротора.

Семнадцатое, дополнительное к шестнадцатому, отличие состоит в том, что накопительный и нагнетательный патрубки объединены в общем кожухе и имеют одну общую стенку, разделяющую накопительную и нагнетательную полости. Такое решение существенно упрощает монтаж и повышает ремонтопригодность гидравлических насосов.

Восемнадцатое дополнительное отличие состоит в том, что дифференциально-планетарный механизм отбора мощности имеет центральный вал, установленный внутри одного из полых шипов коленчатого вала, входное ведущее зубчатое колесо с основным зубчатым венцом, жестко связанное с центральным валом, по меньшей мере одно водило, жестко связанное с указанным шипом коленчатого вала, по меньшей мере одну сателлитную шестерню, сидящую с возможностью вращения на оси водила и постоянно сцепленную с основным венцом указанного ведущего зубчатого колеса, соосное корпусу паразитное двухрядное зубчатое колесо, постоянно сцепленное одним рядом зубьев с сателлитной шестерней, выходную ведомую шестерню, постоянно сцепленную со вторым рядом зубьев двухрядного зубчатого колеса и жестко связанную с выходным валом, и средства кинематического подключения ведущего зубчатого колеса к ротору.

Такой механизм отбора мощности в сравнении с аналогичным механизмом известного РДВС существенно проще и надежнее и обеспечивает заметно меньшие относительные линейные скорости в тех зубчатых зацеплениях, которыми ротор подключен к выходному валу.

Девятнадцатое, дополнительное к восемнадцатому, отличие состоит в том, что в качестве средств кинематического подключения указанного ведущего зубчатого колеса к ротору он имеет зубчатую пару с внутренним зацеплением в виде зубчатого венца на роторе и зубчатого колеса на центральном валу.

Двадцатое, дополнительное к восемнадцатому, отличие состоит в том, что в качестве средств кинематического подключения указанного ведущего зубчатого колеса к ротору он имеет установленные соответственно на барабане и роторе зубчатые венцы с внутренним зацеплением, дополнительный зубчатый венец на барабане и дополнительный зубчатый венец на указанном ведущем зубчатом колесе, которые кинематически связаны через пару оппозитно установленных на общем промежуточном валу паразитных шестерен.

Два последних отличия обеспечивают возможность наиболее удобного выбора кинематической цепи отбора мощности в зависимости от выходной мощности и габаритных размеров конкретных РДВС согласно изобретению.

Естественно, что при выборе конкретных форм РДВС возможны произвольные комбинации указанных дополнительных отличий с основным изобретательским замыслом и что описанные ниже предпочтительные примеры его воплощения никоим образом не ограничивают объем изобретения, а описание работы на этих примерах не исключает других возможностей функционирования РДВС.

Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием конструкции и работы предложенного РДВС с жидкостным запорным кольцом со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены на фиг. 1 - кинематическая схема РДВС; фиг. 2 - поперечное сечение по А-А с фиг. 1; фиг. 3 - развертка на плоскость рабочей полости ротора РДВС (вид со стороны жидкостного запорного кольца); фиг. 4 - узел подачи топлива на приготовление топливной смеси, ввода уплотнительно-компрессионной жидкости, высокого напряжения к свечам искровой системы зажигания и светового потока и вывода световых сигналов о положении камер сгорания относительно жидкостного запорного кольца; фиг. 5 - гидрораспределитель топлива, оптико- механическая схема формирования световых сигналов о положении камер сгорания в роторе относительно жидкостного запорного кольца и вывод высокого напряжения на распределитель системы зажигания; фиг. 6 - схема блока форсунок для впрыска жидкого топлива в камеры сгорания РДВС; фиг. 7 - схема сил и крутящих моментов, действующих на ротор работающего РДВС; фиг. 8 - схема сил и крутящего момента, действующих на коленчатый вал работающего РДВС; фиг. 9 - индикаторная PV-диаграмма рабочего цикла РДВС.

На этих чертежах стрелками обозначены и далее при описании работы предложенного РДВС объяснены: на фиг. 1, 2, 3 и 6 - направления потоков топлива, воздуха и продуктов сгорания (в том числе в виде отработавших газов с примесью охлаждающего воздуха на выхлопе); на фиг. 4 и 5 - ток высокого напряжения и световой поток в системе зажигания; на фиг. 7 и 8 - векторные величины, конкретно указанные далее при описании этих фигур.

Употребляемые ниже при характеристике взаиморасположения отдельных частей РДВС выделенные кавычками слова "верхний", "нижний", "по высоте", "слева", "справа" и т. п. указывают лишь на то, где показаны упоминаемые части на фигурах чертежей. Естественно, что при установке предложенного РДВС на произвольном техническом объекте и при его эксплуатации реальное пространственное положение частей может выглядеть иным образом.

Предложенный РДВС независимо от конкретной формы осуществления изобретательского замысла имеет (фиг. 1): полые корпус 1, барабан 2 и ротор 3; коленвал 4, по меньшей мере шипы которого выполнены полыми; предпочтительно дифференциально-планетарный механизм 5 отбора мощности с выходным валом 6; жидкостное запорное кольцо 7 из уплотнительно-компрессионной жидкости, необходимо существующее во время работы РДВС; и стартер 8.

Барабан 2 и шипы коленвала 4 размещены в корпусе 1 РДВС соосно. Ротор 3 установлен на колене коленвала 4 эксцентрично относительно барабана 2 и корпуса 1.

В таком двигателе для его запуска от стартера 8 и для отбора мощности на внешнюю нагрузку наряду с коленвалом 4 в разных воплощениях изобретательского замысла могут быть использованы разные пути и средства.

Один из таких возможных путей, предусматривающий съем крутящих моментов с коленвала 4 и ротора 3 через барабан 2, аналогичен указанному в нашей более ранней заявке WO 96/17161. В РДВС согласно изобретению для этого может быть предусмотрена пара зубчатых венцов 9 и 10 с внутренним зацеплением, которые установлены соответственно на барабане 2 и роторе 3, и дополнительный зубчатый венец 11 на барабане 2, кинематически связанный, как далее подробно описано, с механизмом 5 отбора мощности.

Другой, более предпочтительный, альтернативный путь предусматривает съем крутящих моментов с коленвала 4 и ротора 3, минуя барабан 2. Для этого целесообразно использовать центральный вал 12, установленный внутри одного из полых шипов коленвала 4 и кинематически связанный с механизмом 5 отбора мощности, и зубчатую пару "колесо 13 и венец 14" с внутренним зацеплением, установленные соответственно на центральном валу 12 и роторе 3.

Специалисту понятно, что в реальном РДВС будет использована лишь одна из кинематических цепей отбора мощности, которые ради уменьшения количества иллюстраций совместно показаны на фиг. 1.

Подшипники, обеспечивающие вращение барабана 2, ротора 3, коленвала 4, центрального вала 12, выходного вала 6 и некоторых других деталей дифференциально-планетарного механизма 5 отбора мощности, особо не обозначены номерами. Однако они хорошо видны на фиг. 1, а выбор одной из возможных форм их выполнения (качения, или скольжения) не представляет труда для специалистов.

Корпус 1 имеет "верхнюю" 15 и "нижнюю" 16 торцевые стенки, жестко связанные, например, не обозначенной особо цилиндрической обечайкой, в "нижней" части которой имеется отмеченное стрелкой по меньшей мере одно выхлопное окно.

"Верхняя" торцевая стенка 15 имеет в средней части окна 17 для всасывания воздуха в тракты продувки и охлаждения, а в периферийной части может иметь окно 18 для нагнетания воздуха в обводной воздушный патрубок 19, продолжением которого служит полость "верхнего" шипа коленвала 4.

Полый барабан 2 имеет цилиндрическую обечайку 20, которая в работающем РДВС служит "дном" жидкостного запорного кольца 7 и которая по торцам имеет предпочтительно разновысокие сплошные кольцевые борта 21 и 22. При этом, как правило, более высокий (считая от обечайки 20) "нижний" борт 22 жестко связан с "нижней" же торцевой стенкой 23 барабана 2, которая опирается через подшипник на "нижний" шип коленвала 4 и которая имеет не обозначенные особо окна для выпуска из газодинамического тракта РДВС смеси отработавших газов и воздуха, использованного, как будет ниже описано, на охлаждение ротора 3.

Между бортами 21 и 22 расположена "верхняя" торцевая стенка 24, разделяющая полость барабана 2 на две сообщающиеся между собою части: большую напорную (между "нижним" бортом 22 и стенкой 24) и меньшую сливную (между стенкой 24 и "верхним" бортом 21).

Эти полости подключены к не показанной системе подпитки барабана 2 уплотнительно-компрессионной жидкостью (и/или, при необходимости, к также не показанной системе охлаждения этой жидкости) соответственно напорным патрубком 25, введенным в полость "верхнего" шипа коленвала 4, и сливным патрубком 26, выведенным через "верхнюю" торцевую стенку 15 корпуса 1.

Для сообщения напорной и сливной полостей в стенке 24 должно быть выполнено по меньшей мере одно не обозначенное особо переливное отверстие ниже уровня "верхнего" борта 22, считая от обечайки 20.

Указанная стенка 24 в простейшей (и потому не показанной на чертеже) форме выполнения может иметь вид диска, который жестко связан по периметру с обечайкой 20 и опирается через подшипник на "верхний" шип коленвала 4.

На фиг. 1 "верхняя" стенка 24 барабана 2 показана в одной из предпочтительных более сложных форм выполнения, в которой она состоит из трех жестко связанных между собой частей: разделительного кольцевого выступа 27, который сам по себе может служить переливным порогом, расположенным по отношению к обечайке 20 ниже уровня "нижнего" борта 22 (но выше уровня "верхнего"' борта 21) барабана 2, и/или может иметь по меньшей мере одно упомянутое переливное отверстие вблизи обечайки 20; перемычки 28, имеющей (при использовании указанного выступа 27 как переливного порога) по меньшей мере одно не обозначенное особо окно, открытое в сторону сливной полости барабана 2 и диска 29, опирающегося на "верхний" шип коленвала 4 и, как правило, несущего на "верхней" стороне вентиляторную крыльчатку 30 для нагнетания воздуха на продувку, охлаждение и приготовление свежих зарядов топливной смеси (например, через не обозначенные особо перепускные окна между лопастями крыльчатки 30 и через патрубок 19).

Целесообразно, чтобы на внешней открытой в выхлопной тракт стороне "нижнего" борта 22 барабана 2 над упомянутыми выпускными окнами в его торцевой стенке 23 также была установлена вентиляторная крыльчатка 30. При этом в зависимости от мощности и габаритов РДВС возможно использование только одной из крыльчаток или обеих вместе.

Также целесообразно, чтобы "нижний" борт 22 барабана 2 и/или разделительный кольцевой выступ 27 был (и) снабжен (ы) по меньшей мере одним аксиальным кольцевым выступом 31, установленным с зазором относительно ротора 3. Этот зазор во время работы РДВС выполняет роль кольцевой дроссельной щели, ширину которой можно регулировать известным для специалистов образом.

Полый открытый по периферии ротор 3 (см. фиг. 1) ограничен с торцев радиально ориентированными "верхним" бортом 32 большего и "нижним" бортом 33 меньшего наружного размера, расположенными в газодинамическом тракте РДВС соответственно со стороны впуска-продувки и со стороны выхлопа. Борта 32 и 33 могут быть собраны из плотно состыкованных с телом ротора 3 и между собой отдельных радиально ориентированных предпочтительно плоских пластин с уступами переменной (обычно плавно уменьшающейся, как это видно на фиг. 2, по направлению вращения ротора 3) высоты или иметь вид цельных пластин с вырезами переменной высоты. При этом число уступов или вырезов кратно числу описываемых далее камер сгорания, а максимальный радиус "верхнего" борта 32 должен быть таким, чтобы при максимальном сближении ротора 3 с обеч