Усовершенствование двигателя ванкеля и аналогичных роторных двигателей

Усовершенствование двигателя ванкеля и аналогичных роторных двигателей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к роторным двигателям. В частности, настоящее изобретение относится к усовершенствованиям двигателя Ванкеля и аналогичных ему роторных двигателей, которые, будучи применены к двигателю из предшествующего уровня техники, значительно повышают его выходную мощность, эффективность и улучшают цикл.

Уровень техники

Изготовители роторных двигателей Ванкеля пытались предложить двигатель внутреннего сгорания, который преодолевает большинство недостатков двигателя с возвратно-поступательно движущимся поршнем, функционируя очень плавно и имея высокое отношение мощности к весу и более высокую частоту вращения по отношению к двигателю с возвратно-поступательно движущимся поршнем. После многих лет разработки двигателя Ванкеля имеются некоторые практические ограничения, которые препятствуют его широкому применению, несмотря на его теоретические преимущества по отношению к двигателю с возвратно-поступательно движущимся поршнем. Поэтому производством двигателя Ванкеля занимается только ограниченное число изготовителей.

Типичный роторный двигатель Ванкеля предшествующего уровня техники проиллюстрирован на фиг.1 и обозначен позицией 10. Роторный двигатель (10) Ванкеля содержит корпус (101) ротора, ротор (102), свечу (103) зажигания, уплотнение (104) вершины ротора, эксцентриковый вал (105), неподвижное зубчатое колесо (106), зубчатое колесо (107) ротора, выхлопное отверстие (108), впускное отверстие (109). Малая ось трохоидальной формы корпуса ротора обозначена как 110, а большая ось корпуса - как 111. Каждая из трех граней (J), (K), и (L) ротора (102) последовательно участвует в следующих четырех тактах: такте всасывания, такте сжатия, такте рабочего хода и такте выхлопа. Свежая смесь всасывается через впускное отверстие (109) гранью (А) ротора (102) до тех пор, пока не достигает максимального объема. В то же самое время грань (K) приводится в движение силами давления сгоревших газов, а грань (L) вытесняет отработанный газ через выхлопное отверстие (108). Некоторые из ограничений применения роторного двигателя Ванкеля относятся к уплотнению его вершин ротора, что выражается в нижеследующих характерных особенностях:

- тенденция отходить от внутреннего контура корпуса;

- несовместимость материала уплотнения вершины ротора с материалом корпуса ротора;

- повреждение внутреннего контура корпуса ротора и уплотнений;

- ограничение скорости, накладываемые высокими центробежными силами;

- плохая герметизация при низкой частоте вращения и при внезапных изменениях условий функционирования, таких как ускорение и замедление и внезапных изменениях нагрузки двигателя; и

- ограниченная герметизация уплотнения вершины ротора при относительно высоком давлении, которое характерно для дизельных двигателей.

Все вышеупомянутые ограничения имеют своим результатом неадекватную герметизацию, которая приводит к низкой надежности и низкой долговечности, определяемой также как короткий межремонтный срок службы.

Другие известные недостатки роторных двигателей Ванкеля, относящихся к предшествующему уровню техники, заключаются в следующем:

- камера сгорания не имеет конфигурацию, оптимальную для ее функции, что является, поэтому, одной из главных причин ее непригодности к достижению эффективного сгорания и относительно низкого теплового КПД;

- тенденция к смешиванию всасываемой смеси с отработанными выхлопными газами во время наложения такта всасывания - такта выхлопа, которая снижает КПД двигателя и выходную мощность. Эффективность турбокомпрессора, который смешивает всасываемую смесь с выхлопными газами, снижена, поскольку более высокий процент отработанного газа остается в двигателе, перемещаясь ротором к секции всасывания и смешиваясь с всасываемой смесью;

- высокое отношение площади поверхности к объему, имеющее своим результатом конденсацию топлива на внутренних стенках рабочих полостей, которая особенно заметна в двигателях водяного охлаждения и отрицательно влияет на КПД и износ;

- в начале каждого рабочего такта для двигателей Ванкеля предшествующего уровня техники характерно заметное противоречие, приводящее к неэффективному использованию продуктов сгорания, между геометрическим положением ротора во время зажигания и направлением движущих сил, создаваемых продуктами сгорания. При зажигании угол наклона ротора (то есть, угол наклона линии, совмещенной с уплотнением и точкой зацепления зубчатых колес статора и ротора по отношению к малой оси корпуса ротора) делит пополам два противоположных направления вращения сил давления, создаваемых отработанными газами, в результате чего сила давления продуктов сгорания, действующая против направления вращения ротора, имеет величину, по существу равную величине силы давления продуктов сгорания, действующей в направлении вращения ротора. Поскольку ротор вращается, и угол наклона изменяется, величина силы давления продуктов сгорания, действующей в направлении вращения ротора, соответствующим образом увеличивается так, что эта сила имеет величину, значительно большую чем сила, которая действует против направления вращения ротора. Когда угол наклона составляет приблизительно 60 градусов, по существу вся сила давления продуктов сгорания действует в направлении вращения ротора; однако остаточное давление продуктов сгорания при таком угле наклона является очень низким, что указывает на то, что рабочий такт близится к концу;

- в дополнение к ранее упомянутому противоречию, по существу все давление продуктов сгорания создается непосредственно после зажигания над ротором и перпендикулярно главному валу, вызывая очень высокие нагрузки в механизме двигателя, которые должны быть учтены при его проектировании;

- эффективный сектор рабочего такта двигателя Ванкеля предшествующего уровня техники весьма узок, начинаясь после того, как вершина ротора прошла малую ось и повернулась приблизительно на 60 градусов и, заканчиваясь приблизительно после поворота на 60 градусов, где та же самая вершина достигает точки начала открытия выхлопного отверстия;

- степень сжатия роторного двигателя Ванкеля предшествующего уровня техники зависит от коэффициента K (отношение радиуса ротора к эксцентриситету). Более низкий коэффициент K обусловливает для данного смещения меньший двигатель; однако его потенциальная степень сжатия низка, и угол наклона вершины уплотнения ротора очень высок, поскольку вершины уплотнения ротора должны проходить по очень крутому участку контура корпуса в зоне малой оси корпуса ротора. При увеличении коэффициента K размер двигателя и потенциальная степень сжатия увеличиваются для данного смещения, в то время как угол наклона вершины уплотнения ротора уменьшается. Чтобы достигнуть приемлемо хороших результатов в двигателе Ванкеля предшествующего уровня техники, следует достичь определенных компромиссов.

- Эксцентриковая передача двигателя Ванкеля накладывает ограничения на скорость двигателя и создает проблемы динамической балансировки. Сложное движение ротора и эксцентрикового вала обусловливает то, что скорость вала в три раза выше, чем скорость ротора, что приводит к низкому моменту и высокой скорости вала отбора мощности (ВОМ) двигателя.

Несмотря на вышеупомянутые недостатки роторный двигатель Ванкеля обеспечивает некоторые важные характеристики, которые делают его привлекательным для соответствующих отраслей техники. Надлежащее устранение вышеупомянутых недостатков может обеспечить роторному двигателю Ванкеля превосходство над большинством двигателей с возвратно-поступательно движущимся поршнем и, в определенных вариантах реализации, даже над некоторыми вариантами газовой турбины.

Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания, который пригоден для наземной, морской и авиационной силовой установки, так же, как для стационарных насосов, электроэнергетики и других бытовых и промышленных вариантов применения.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему роторного двигателя и способ герметизации, устраняющий отход уплотнений.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить для роторного двигателя эффективный способ герметизации, который является также менее чувствительным к сочетаемости материалов и не подвержен влиянию скорости двигателя.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему герметизации, которая не повреждает внутренний контур корпуса ротора и допускает более высокое рабочее давление.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ для формирования компактной и эффективной, регулируемой камеры сгорания.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ для формирования компактной и эффективной, регулируемой камеры сгорания, которая является также устройством с переменной степенью сжатия, которое может автоматически изменять степень сжатия во время функционирования, в соответствии с условиями, такими как плотность воздуха (высота над уровнем моря), температура окружающей среды и нагрузка.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ функционирования, при котором полностью удаляются выхлопные газы и устраняется смешивание всасываемой смеси с выхлопными газами.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить роторный двигатель, использующий турбокомпрессор без каких-либо отрицательных воздействий на продувку двигателя и смешивание всасываемой смеси с выхлопными газами, и поэтому имеющий повышенную выходную мощность и улучшенное отношение мощности к весу, т.е. улучшенный удельный вес.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить роторный двигатель, который устраняет конденсацию топлива на внутренних стенках полости.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить роторный двигатель, в котором, геометрически практически все давление продуктов сгорания действует в направлении вращения от начала до конца рабочего такта.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить роторный двигатель, который функционирует в намного более широком рабочем секторе по сравнению с двигателем Ванкеля предшествующего уровня техники и в результате достигает более высокой выходной мощности и более высокого КПД.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить роторный двигатель внутреннего сгорания, который может эффективно сжигать широкий ассортимент видов топлива.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить роторный двигатель внутреннего сгорания с низкой чувствительностью к высоте над уровнем моря (скомпенсированного по плотности), удобный для авиационных вариантов применения.

Еще одна другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованную, полнооборотную, концентричную систему, в противоположность эксцентрической системе двигателя Ванкеля, и объединить такую концентричную систему с дополнительными усовершенствованиями, обеспечиваемыми настоящим изобретением.

Еще одна другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему двигателя внутреннего сгорания, которая является экономически эффективной.

Еще одна другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему роторного двигателя, которая преодолевает недостатки устройств предшествующего уровня техники, сохраняя при этом присущие им преимущества.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут очевидны по ходу описания.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предлагает усовершенствования роторных двигателей внутреннего сгорания Ванкеля и двигателей аналогичной конфигурации. Двигатель в соответствии с изобретением содержит, по меньшей мере, одно роторное устройство (в дальнейшем именуемое "ротор") и соответствующий корпус ротора, посредством которых осуществляется работа двигателя; два стационарных буферных уплотнения, расположенных на двух концах малой оси упомянутого корпуса ротора, которые делят упомянутый корпус ротора на две отдельные полости, при этом первая полость представляет собой полость всасывания и сжатия, а вторая полость, расположенная сзади по ходу за упомянутой первой полостью, представляет собой полость расширения и выхлопа; по меньшей мере, одно регулирующее поток устройство с вращающейся камерой сгорания (РПКС), синхронизированное с упомянутым, по меньшей мере, одним ротором, для приема сжатой текучей среды, которая в предпочтительном варианте представляет собой воздух, из упомянутой первой полости, передачи упомянутого сжатого воздуха в упомянутую вторую полость, воспламенения и сжигания воздушно-топливной смеси, что вызывает расширение в упомянутой второй полости; и форсункой, расположенной внутри упомянутой регулирующей поток вращающейся камеры сгорания, для впрыскивания топлива в упомянутую камеру сгорания. Эти два уплотнения находятся в постоянном контакте с периферическим контуром ротора.

Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения двигатель содержит компрессор, в частности турбокомпрессор, приводимый в действие текучей средой, выпускаемой из выпускного отверстия во время такта выхлопа и РПКС, которое также служит в качестве буфера между секторами сжатия в двигателе и его рабочим сектором.

В другом варианте реализации изобретения двигатель содержит систему регулирования потока и РПКС для того, чтобы сделать возможным поточно-тактовое функционирование в объемном режиме, с непрерывным сгоранием.

В одном предпочтительном варианте реализации настоящее изобретение предлагает поточно-тактовую систему двигателя, которая включает в себя:

a) Первое роторное устройство.

b) Второе роторное устройство, которое соединено с первым роторным устройством для совместного функционирования и достижения более высокой выходной мощности и более плавного функционирования.

c) Устройство (устройства), регулирующее (регулирующие) поток.

d) Две форсунки, питаемые управляемым топливным насосом.

e) Начальные воспламенители.

f) Камеры сгорания, которые содержат d) и е).

g) Трубопроводы, которые служит соединителями потока между рабочими блоками.

h) Турбокомпрессор высокой степени сжатия.

i) Электронное и/или механическое управляющее устройство для того, чтобы управлять впрыскиванием топлива в соответствии с расходом воздуха.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения вершины ротора несут на себе имеющее специальную форму уплотнение, которое может взаимодействовать с неподвижными уплотнениями, разработанное главным образом для вариантов реализации изобретения без турбонаддува.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения эти имеющие специальную форму уплотнения расположены на выступах на малой оси неподвижного блока двигателя, в то время как ротор оборудован уплотнениями вершины ротора, имеющими обычную форму.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения ротор и корпус устройства регулятора потока сформированы таким образом, чтобы функционировать в качестве компактной камеры сгорания для того, чтобы зажигание и сгорание происходили в наилучших возможных условиях.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения РПКС имеет переменную степень сжатия, так что степень сжатия может быть автоматически или вручную изменена во время функционирования и, кроме того, камеры сгорания полностью продуваются в конце каждого такта.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения РПКС объединено с главным ротором двигателя, функционируя внутри корпуса ротора как отдельная камера сгорания постоянного объема для каждого края ротора.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретение РПКС объединено с главным ротором двигателя, функционируя внутри корпуса ротора как отдельная камера с переменным коэффициентом сгорания для каждого края ротора.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения РПКС объединено с главным ротором двигателя, функционируя внутри корпуса ротора как двойная камера сгорания постоянного объема для каждого края ротора.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения РПКС объединено с главным ротором двигателя, функционируя внутри корпуса ротора как двойная камера сгорания с переменным коэффициентом сгорания для каждого края ротора.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения сектор, буферные уплотнения оборудованы системой демпфирования отхода для того, чтобы улучшить герметизацию, а следовательно, надлежащее разделение между двумя секторами внутренних полостей корпуса.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения с главным валом двигателя механически соединен поточный компрессор для того, чтобы функционировать в качестве автономного компрессора или ступени множества компрессоров, чтобы повысить давление всасываемой смеси двигателя.

В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения двигатель представляет собой полностью вращательную, концентрическую, объемную систему, которая функционально объединяется с другими компонентами настоящего изобретение для того, чтобы избежать недостатков сложного движения объемной системы Ванкеля.

Усовершенствованный роторный двигатель, снабженный полнооборотным вращающимся концентрическим механизмом для рабочего объема, содержит первый корпус для первого и второго расположенных бок о бок роторов, который определяет полость всасывания и сжатия; второй корпус для третьего и четвертого расположенных бок о бок роторов, который определяет полость расширения и выхлопа и сконструирован в тандеме с упомянутым первым корпусом; два продольных вала, закрепленных в осевом направлении подшипниками в центрах упомянутых первого и второго корпусов, соответственно; два зубчатых колеса, которые находятся в зацеплении с упомянутыми двумя валами таким образом, чтобы вращаться в синхронизированном по времени движении; регулирующее поток устройство с вращающейся камерой сгорания, синхронизированное с упомянутыми валами и с упомянутыми роторами, для приема сжатой текучей среды из упомянутой полости всасывания и сжатия и передачи ее в упомянутую вторую полость расширения и выхлопа; и форсункой, расположенной в упомянутом регулирующем поток устройстве с вращающейся камерой сгорания.

Краткое описание чертежей

На чертежах представлены:

- Фиг.1 - поперечный разрез роторного двигателя Ванкеля предшествующего уровня техники.

- Фиг.2 - схематический поперечный разрез двигателя, показанного на Фиг.1, иллюстрирующий геометрические ограничения двигателя предшествующего уровня техники, поскольку давление сгорания действует на ротор в противоположных направлениях вращения.

- Фиг.3 - схематический поперечный разрез двигателя, показанного на Фиг.1, иллюстрирующий смешивание выхлопных газов с всасываемой смесью в двигателях Ванкеля предшествующего уровня техники.

- Фиг.4 - поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, согласно одному варианту реализации изобретения.

- Фиг.5 - поперечный разрез двигателя с искровым зажиганием, согласно другому варианту реализации изобретения.

- Фиг.6 - поперечный разрез двигателя с непрерывно протекающим сгоранием согласно другому варианту реализации изобретения.

- Фиг.7 - схематический чертеж двигателя с непрерывно протекающим сгоранием, имеющего два ротора, два РПКС, и турбокомпрессор.

- Фиг.8 - схематический вид сбоку двигателя, показанного на Фиг.7, дополнительно содержащего компрессор потока, приводимый от вала двигателя.

- Фиг.9А - поперечный разрез примера двигателя согласно другому варианту реализации изобретения, иллюстрирующий два из присущих ему преимуществ: его приспособленность к такому низкому коэффициенту К как 4 без какого-либо воздействия на степень сжатия и его приспособленность к системе демпфирования отхода буферных уплотнений посредством расположения их в неподвижном корпусе двигателя.

- Фиг.9В - чертеж в увеличенном масштабе системы демпфирования отхода буферного уплотнения, показанной на Фиг.9А.

- Фиг.9С аналогична Фиг.9В, иллюстрирует буферное уплотнение в начальном положении, до запуска двигателя, при котором его контакт с контуром ротора обеспечивается только силой мембранной пружины предварительной нагрузки.

- Фиг.9D аналогична Фиг.9С, иллюстрирует герметизирующее действие буферного уплотнения, при котором давление на уплотнение достигается посредством давления масла в двух камерах между двумя мембранами.

- Фиг.9Е аналогична Фиг.9D, иллюстрирует уравновешивание контактной нагрузки буферного уплотнения на поверхность ротора за счет приложения рабочего давления двигателя к внешней стороне обеих мембран.

- Фиг.10А в схематическом виде иллюстрирует конфигурацию вершины уплотнения ротора, которое дополняет двигатель с неподвижными буферными уплотнениями корпуса ротора, так же, как в двигателе без турбонаддува, и кроме этого иллюстрирует метод уравновешивания центробежной силы, действующей на уплотнение вершины ротора, и способ разложения вектора силы для снижения центробежной силы, действующей на уплотнения вершины ротора.

- Фиг.10В представляет собой вид в перспективе деталей уплотнения вершины ротора, показанного на Фиг.10А.

- Фиг.10С и 10D представляют собой вид в перспективе волнообразной пружины и противовеса, используемые в уплотнении вершины ротора, показанного на Фиг.10А.

- Фиг.10Е - вид спереди вершины ротора, показанной на Фиг.10А, и уплотнения в сборе.

- Фиг.11А иллюстрирует конфигурацию прямоугольного уплотнения вершины ротора.

- Фиг.11С и 11D представляют собой вид в перспективе волнообразной пружины и противовеса соответственно, используемые в уплотнениях вершин по фиг.11А.

- Фиг.11Е представляет собой вид спереди вершины ротора, показанной на Фиг.11А, и уплотнения в сборе.

- Фиг.11F представляет собой вид в перспективе участка малой оси корпуса ротора с встроенным буферным уплотнением.

- Фиг.11G представляет собой вид в перспективе внешней части буферного уплотнения.

- Фиг.12А представляет собой схематический чертеж, который иллюстрирует каждый ротор концентрического и вращающегося двигателя с нагнетателем объемного типа, согласно еще одному другому варианту реализации изобретения.

- Фиг.12В представляет собой увеличенное изображение плунжера, показанного на Фиг.12А.

- Фиг.12С представляет собой увеличенное изображение роторного центробежного линейного уплотнения, показанного на Фиг.12А.

- Фиг.12D и 12Е представляют собой, соответственно, схематические виды спереди и сбоку двигателя, показанного на. Фиг.12А.

- Фиг.12F представляет собой схематический чертеж другого варианта реализации изобретения, в общем аналогичного двигателю на Фиг.12А, показывающий роторы, имеющие, по меньшей мере, один вогнутый участок зацепления и по меньшей мере один выпуклый участок зацепления для улучшенного зацепления и герметизации.

- Фигуры 13А - I иллюстрируют, соответственно, состоящий из девяти этапов такт, реализуемый двигателем, показанным на Фиг.12А, в котором каждый этап иллюстрирует дополнительное его угловое смещение.

- Фигуры 14А и 14В представляют собой, соответственно, вид спереди в разрезе и схематический вид сбоку полусферических РПКС-устройств, при этом Фиг.14А иллюстрирует способ охлаждения, а Фиг.14 В иллюстрирует способ для удаления остаточного отработанного газа из камер сгорания в конце каждого цикла.

- Фигуры 15А и 15В представляют собой, соответственно, местные, схематические виды спереди и сбоку в разрезе РПКС с регулируемой степенью сжатия, в котором средство для управления степенью сжатия представляет собой кулачковый механизм с геометрическим замыканием и роликом.

- Фигуры 16А и 16В представляют собой, соответственно, местные, схематические виды спереди и сбоку РПКС с регулируемой степенью сжатия, в котором степенью сжатия управляют посредством кулачкового механизма с силовым замыканием под действием пружины.

- Фиг.17 представляет собой местный, схематический вид в разрезе РПКС с переменной степенью сжатия, в котором степенью сжатия управляют посредством эксцентрикового вала и соединительных штоков.

- Фигуры 18А и 18В представляют собой, соответственно, виды спереди и сбоку в разрезе РПКС с переменной степенью сжатия, который расположен на стороне корпуса ротора.

- Фигуры 19А-С представляют собой, соответственно, виды в разрезе трех конструкций передачи, которые пригодны для приведения в действие РПКС.

- Фигуры 20А-С представляют собой, соответственно, виды в разрезе РПКС, которое составляет единое целое с ротором, при этом Фиг.20А представляет собой вид спереди РПКС. Фиг.20В представляет собой вид сбоку ротора, разрезанного по плоскости В-В, показанной на Фиг.20А, и содержащего отдельную камеру сгорания для каждой грани ротора, и Фиг.20С представляет собой вид сбоку ротора, разрезанного по плоскости В-В, показанной на Фиг.20А, и содержащего две камеры сгорания для каждой грани ротора.

- Фигуры 20D и 20Е представляют собой виды в разрезе РПКС, ослабляющего боковое давление, составляющего единое целое с ротором, при этом Фиг.20D представляет собой РПКС, устраняющее давление, а Фиг.20Е представляет собой РПКС, снижающее давление.

- Фигуры 21А и 21В представляют собой виды в разрезе РПКС, которое составляет единое целое с ротором, при этом Фиг.21А представляет собой вид спереди РПКС, а Фиг.21В представляет собой вид сбоку ротора, разрезанного по плоскости С-С, показанной на Фиг.21А; и

- Фигуры 22А и 22В представляют собой, соответственно, виды спереди и сбоку системы двигателя, в которой камеры сгорания составляют единое целое с ротором и имеют механизм двойной камеры с переменной степенью сжатия.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

Настоящее изобретение - новая конфигурация роторного двигателя, имеющая по меньшей мере один ротор и по меньшей мере одно регулирующее поток устройство с вращающейся камерой сгорания (РПКС-устройство), вращение которого синхронизировано с вращением каждого ротора. Два стационарных буферных уплотнения, расположенные на двух концах малой оси корпуса делят последний на две отдельных полости, первая полость всасывания и сжатия и вторая полость расширения и выхлопа, расположенная сзади по ходу за первой полостью. Каждое РПКС-устройство получает сжатую насыщенную кислородом текучую среду из полости всасывания, инжектирует топливо в эту сжатую текучую среду, зажигает воздушно-топливную смесь, и передает продукты сгорания в полость расширения.

Чтобы оценивать полезность конфигурации двигателя по настоящему изобретению, сначала обратимся к фигурам 1-3, которые иллюстрируют несколько ограничений роторных двигателей Ванкеля предшествующего уровня техники.

Фиг.1 иллюстрирует конфигурацию приводимого в качестве примера роторного двигателя Ванкеля предшествующего уровня техники, в целом обозначенного позицией 10, который содержит корпус (101) ротора, ротор (102), имеющий грани (J-K), зубчатое колесо (106) статора, зубчатое колесо (107) ротора, эксцентриковый вал (105), свечу (103) воспламенения, впускное отверстие (109) и выхлопное отверстие (108). Эпитрохоидальный корпус (101) ротора имеет большую ось (111) и малую ось (110). Относительно узкий рабочий сектор двигателя (10) показан находящимся в относительно малом диапазоне 60-70 градусов, простирающимся до точки, в которой открывается выхлопное отверстие (108).

Фиг.2 иллюстрирует хорошо известное геометрическое противоречие в двигателе (20) Ванкеля предшествующего уровня техники, заключающееся в том, что сила, порождаемая давлением продуктов сгорания, действует одинаково на обе стороны соответствующей грани (202 А-С) ротора, когда угол (220) наклона ротора (202) перпендикулярен соответствующей грани (202 А-С) ротора. Также показаны уплотнения (204 А-С) вершины ротора для герметизации полости, определенной соответствующей гранью (202 А-С) ротора и внутренней стенкой корпуса (201) ротора.

Фиг.3 иллюстрирует еще один известный недостаток двигателя (30) Ванкеля предшествующего уровня техники, в силу которого всасываемая смесь смешивается с продуктами сгорания. В то время как большинство отработанных газов выпускается из двигателя через выхлопное отверстие (308), часть их остается внутри корпуса (301) ротора и направляется, например, гранью (302 С) ротора при проиллюстрированной ориентации ротора (302), прошедшего малую ось (310) корпуса (301) ротора, таким образом, что смешивается со свежим количеством рабочей смеси, которое вводится в корпус (301) ротора через впускное отверстие (309).

Фиг.4 иллюстрирует предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения, в котором двигатель с воспламенением от сжатия, в целом обозначенный позицией 40, включает в себя корпус (401), разделенный на две полости посредством двух буферных уплотнений (404) и (404'). В контакте с буферными уплотнениями (404) и (404') постоянно находятся, соответственно, две отдельные точки контакта ротора (402) для того, чтобы осуществлять герметизацию. Выпускное отверстие (419) полости (400) впуска - сжатия сообщается с входом вращательного устройства (421) регулятора потока камеры сгорания (РПКС). В конце такта сжатия сжатая текучая среда запирается и герметизируется в полости РПКС (421) благодаря скоординированному движению его ротора (422), который блокирует выпускное отверстие (419). Поскольку ротор (422) продолжает вращаться, то сжатая текучая среда подается на противоположную сторону РПКС, где форсунка (423) впрыскивает отрегулированное количество топлива, которое воспламеняется температурой сжатой текучей среды.

Свеча (403) воспламенения установлена для того, чтобы поддерживать запуск в холодном состоянии. Момент впрыскивания топлива выбран таким образом, чтобы сгорание началось в момент, когда передняя движущаяся вершина ротора (402) двигателя (соответствующая грани (K) на этом конкретном чертеже) полностью прошла впускное отверстие (418) полости (480). По мере того, как ротор (402) двигателя продолжает вращаться под давлением сгорания, действующим на его грань (K), грань (J) выполняет такт всасывания и грань (L) выполняет такт выхлопа. Ротор (422) РПКС вращается синхронно с ротором (402) двигателя таким образом, что во время цикла каждая грань ротора двигателя расположена напротив грани ротора РПКС. Вход турбины турбокомпрессора сообщается с выхлопным отверстием (408) и запитывается отработанными газами, которые в свою очередь приводят в действие компрессор (415) потока, который поддерживает такт всасывания, подавая текучую среду под давлением через всасывающее отверстие (409). Как ясно видно, вершина ротора (402) двигателя выполняет полную продувку полости, и отработанные газы не могут смешиваться со всасываемой смесью из-за буферного уплотнения (404').

Такт нагнетания (всасывания) непрерывен без какого-либо прерывания потока. Компенсация перекрытия между выхлопным отверстием (408) и впускным отверстием (409) не нужна, поскольку сообщение текучей среды между двумя отверстиями полностью блокировано буферным уплотнением (404').

Полный цикл начинается во всасывающем отверстии (420) компрессора (415) и заканчивается в выхлопном отверстии (430) турбины. Рабочий сектор начинается в точке, где впускное отверстие (418) рабочей полости (480) полностью пройдено соответствующей вершиной ротора (402) двигателя, которая располагается приблизительно на расстоянии от 15° до 18° после пересечения малой оси (410) и верхнего буферного уплотнения (404), в отличие от приблизительно 60-70° в двигателе Ванкеля предшествующего уровня техники, показанного на фиг.1. Конфигурация настоящего изобретения добавляет приблизительно 42° рабочему сектору в этой точке, что является преимуществом, равно как практически равную прибавку к концу рабочего сектора, благодаря чему выхлопное отверстие (408) открывается соответствующей вершиной ротора двигателя на расстоянии приблизительно от 15° до 18° перед пересечением малой оси (410) и нижнего буферного уплотнения (404'). В целом, эффективный рабочий сектор в сумме составляет приблизительно 144°, по сравнению с приблизительно 60°, достигнутыми системой Ванкеля предшествующего уровня техники, как это можно видеть на фиг.1. Следует понимать, что расчетный рабочий сектор по настоящему изобретению больше, чем максимальный рабочий сектор двигателя Ванкеля предшествующего уровня техники, который составляет только 60-70°, поскольку после такого значения соответствующий объем не увеличивается. Относительно двигателя Ванкеля предшествующего уровня техники рабочий сектор двигателя по настоящему изобретению фактически удвоен, поскольку объем увеличивается в пределах сектора 120°.

Кроме того, в настоящем изобретении можно ясно видеть, что с начала до конца, давление сгорания в рабочем такте действует на ротор с силой, которая заставляет последний вращаться только в одном направлении вращения. Поскольку давление сгорания ограничено рабочим сектором, определенным буферным уплотнением на осевой линии малой оси, то действует однонаправленная сила. Сравнение с системой предшествующего уровня техники приводится на фиг.2, на которой можно заметить, что сила, действующая со стороны давления сгорания в начале такта, вызывает вращение равным образом в противоположных и исключающих друг друга направлениях вращения. Ситуация улучшается, поскольку вращение продолжается пока не минует приблизительно 60°, где вся сила направлена в требуемом направлении вращения, но тогда рабочий такт близок к завершению, и остаточное давление незначительно.

Фиг.5 иллюстрирует другой вариант реализации изобретения в форме двигателя с искровым зажиганием, который в целом обозначен ссылочной позицией 50 и содержит все признаки, описанные выше с необходимыми изменениями при следующих различиях: форсунка (523) расположена в ПКС (521) в его первой камере на стороне сжатия спереди по ходу от стороны сгорания, где установлена свеча (503) воспламенения. Форсунка расположена на стороне сжатия для того, чтобы оставить время для эффективного смешивания топлива и воздуха перед сгоранием. Кроме того, степень сжатия двигателя с искровым зажиганием ниже, чем степень сжатия двигателя с воспламенением от сжатия.

На Фиг.6 проиллюстрирован другой вариант реализации настоящего изобретения в виде двигателя непрерывного сгорания, который в целом обозначен ссылочной позицией 60 и содержит все признаки, описанные выше, с необходимыми изменениями, при следующих различиях: конструкция двигателя, показанная на Фиг.6 содержит корпус (601) ротора, если требуется, то с несколькими полостями, если двигатель содержит более чем один ротор, буферные уплотнения (604) и (604'), возможно и большее количество каждого из этих уплотнений в случае корпуса с несколькими полостями, для того, чтобы разделить каждую полость корпуса на две отдельных полости по его малой оси. Один или более роторов (602) осуществляют изменения объема полости для тактов нагнетания, равно как предназначены для использования контура своей периферии для постоянного контакта с буферными уплотнениями для осуществления герметизации. Турбинный вход газового турбокомпрессора (615) с независимым валом пневматически соединен своей турбиной с выхлопным отверстием (608) полости (680) и выпускное отверстие его компрессора непосредственно соединено с впускным отверстием (609) полости (600) всасывания - сжатия. Функция газового турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличить давление текучей среды, которая поступает в камеру сгорания (642) так, чтобы были получены повышенный КПД и выходная мощность. Впускное отверстие уст