Роторный двигатель с воздушным охлаждением

Роторный двигатель с воздушным охлаждением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №61/757,078, поданной 25 января 2013; предварительной заявке на патент США №61/765,339, поданной 15 февраля 2013, а также предварительной заявке на патент США №61/873,182, поданной 3 сентября 2013. Таким образом, содержание всех упомянутых выше заявок включено в настоящую заявку посредством ссылки.

[0002] Патент США №8,523,546, озаглавленный "Циклоидный роторный двигатель" (Cycloid Rotor Engine), выданный 3 сентября 2013 на имя Школьника и др., включен в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники

[0003] Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к роторным двигателям.

Уровень техники

[0004] Из уровня техники известен способ отвода отработанного тепла из двигателя внутреннего сгорания за счет циркуляции жидкости в замкнутой системе, имеющей каналы, выполненные внутри блока двигателя, и радиаторы, расположенные снаружи блока двигателя. Такие системы являются эффективными, но способствуют увеличению веса и сложности двигателя, а также укрупняют его и усложняют процесс обслуживания.

[0005] Из уровня техники также известен способ защиты внешних частей двигателя, таких как, например, открытая поверхность цилиндра и головка цилиндра, с помощью теплоизлучающих пластин, что обеспечивает большую площадь поверхности, открытую для охлаждения воздухом, снаружи двигателя. Такие системы эффективны в некоторых случаях, но требуют открытого пространства для обтекания двигателя потоком воздуха, в результате чего отсек двигателя должен быть значительно больше самого двигателя и/или должен быть предусмотрен воздуховод для протекания потока воздуха в направлении двигателя и обратно. Кроме того, рассеивание тепла через внешнюю поверхность двигателя создает опасность термического ожога для пользователя, например мотоциклиста, о слишком горячие пластины.

Раскрытие изобретения

[0006] В первом варианте осуществления изобретения усовершенствованный роторный двигатель, такого типа, который имеет ротор с N выступающими частями, впускной канал, выпускной канал и корпус, в соответствии с которым установлен ротор для вращательного движения относительно корпуса, при этом корпус имеет N+1 областей, принимающих выступающие части и выполненных для последовательного приема выступающих частей при вращении ротора относительно корпуса, причем корпус содержит (i) пару сторон, расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах ротора, и (ii) выступ, расположенный между каждой парой соседних областей, принимающих выступающие части, и дополнительно выполнен относительно ротора таким образом, что он образует рабочую камеру, связанную с каждой областью, принимающей выступающие части, причем по меньшей мере одна камера из указанных камер выполнена с возможностью последовательного выполнения фаз всасывания, сжатия, сгорания, расширения и выхлопа, имеет усовершенствование, которое состоит в том, что конфигурация корпуса относительно ротора выполнена так, чтобы обеспечить создание по меньшей мере одной рабочей камеры, предназначенной исключительно для выполнения операции, выбранной из группы, включающей в себя охлаждение, сжатие, прокачку и любую их комбинацию.

[0007] В некоторых вариантах осуществления изобретения, такой фазой является фаза охлаждения, а предназначенная для ее выполнения камера является камерой охлаждения. Более того, в других вариантах осуществления изобретения камера охлаждения выполнена таким образом, что в нее поступает и через нее проходит поток охлаждающего вещества, который также вступает в контакт с ротором для охлаждения ротора. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения камера охлаждения выполнена таким образом, что поток охлаждающего вещества поступает в нее и проходит через нее в осевом направлении. Для этого, в некоторых вариантах осуществления ротора выполнен по меньшей мере один сквозной канал для прохождения потока охлаждающего вещества. Таким образом, по меньшей мере один канал может быть расположен в осевом направлении.

[0008] В некоторых вариантах осуществления изобретения, ротор имеет несколько осевых каналов, отделенных друг от друга выступами. Выступы могут быть расположены под углом и служат лопастями вентилятора для прокачки охлаждающего вещества через камеру охлаждения.

[0009] В некоторых вариантах осуществления изобретения, охлаждающим веществом служит воздух. В некоторых вариантах осуществления изобретения, суммарный объем всех рабочих камер, выполненных с возможностью последовательного выполнения фаз всасывания, сжатия, сгорания, расширения и выхлопа, составляет менее 500 кубических см.

[0010] В некоторых вариантах осуществления изобретения, рабочие камеры выполнены таким образом, что объем рабочей камеры в конце фазы расширения превышает объем рабочей камеры в начале фазы сжатия. В некоторых вариантах осуществления изобретения, рабочие камеры выполнены таким образом, что давление рабочей камеры в конце фазы расширения составляет примерно 1 атмосферу.

[0011] В некоторых вариантах осуществления изобретения двигатель также содержит противовесы, расположенные внутри ротора для его уравновешивания, но присоединенные к приводному валу для поворота вместе с ним.

[0012] В другом варианте осуществления изобретения усовершенствованный роторный двигатель, такого типа, который имеет ротор с N выступающими частями, впускной канал, выпускной канал и корпус, в соответствии с которым установлен ротор для вращательного движения относительно корпуса, при этом корпус имеет N+1 областей, принимающих выступающие части и выполненных для последовательного приема выступающих частей при вращении ротора относительно корпуса, причем корпус содержит (i) пару сторон, расположенных в осевом направлении на первой и второй сторонах ротора, и (ii) выступ, расположенный между каждой парой соседних областей, принимающих выступающие части, и дополнительно выполнен относительно ротора таким образом, что он образует рабочую камеру, связанную с каждой областью, принимающей выступающие части, из указанных областей, причем множество камер выполнены с возможностью последовательного выполнения фаз всасывания, сжатия, сгорания, расширения и выхлопа, имеет усовершенствование, которое состоит в том, что один источник сгорания топлива выполнен с возможностью подачи топлива по меньшей мере в две рабочих камеры из указанного множества рабочих камер.

[0013] Некоторые варианты осуществления изобретения содержат один источник топлива, включающий в себя карбюратор, соединенный с трубопроводом, выполненным на выступе корпуса, через который воздушно-топливная смесь подается в две соседние рабочие камеры. Более того, некоторые варианты осуществления изобретения содержат один источник топлива, включающий в себя трубопровод в роторе. В некоторых вариантах осуществления изобретения один источник топлива содержит инжектор, расположенный в роторе и соединенный с трубопроводом. Например, трубопровод может быть соединен с впускным каналом, а один источник топлива содержит карбюратор, соединенный с трубопроводом и обеспечивающий подачу в трубопровод воздушно-топливной смеси.

[0014] В некоторых вариантах осуществления изобретения, рабочие камеры выполнены таким образом, что объем рабочей камеры в конце фазы расширения превышает объем рабочей камеры в начале фазы сжатия. В некоторых вариантах осуществления изобретения, рабочие камеры выполнены таким образом, что давление рабочей камеры в конце фазы расширения составляет примерно 1 атмосферу.

[0015] В некоторых вариантах осуществления изобретения, двигатель содержит противовесы, предназначенные для уравновешивания ротора.

[0016] Двигатель, согласно любому из предшествующих вариантов осуществления изобретения, может также включать в себя выполненный с возможностью вставки сменный картридж, содержащий топливо, или смесь топлива и масла.

Краткое описание чертежей

[0017] Рассмотренные выше отличительные признаки вариантов осуществления изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания, взятого со ссылкой на прилагаемые чертежи, где

[0018] фиг. 1A-1G схематично показывают свойства первого варианта осуществления роторного двигателя;

[0019] на фиг. 2А-2В схематично показан топливный инжектор;

[0020] фиг. 3А-3Е схематично показывают двигатель, показанный на фиг. 1A-1G, в некоторых стадиях работы;

[0021] фиг. 4A-4F схематично показывают свойства некоторых вариантов осуществления роторных двигателей;

[0022] фиг. 5А-5Н схематично показывают свойства варианта осуществления роторного двигателя с воздушным охлаждением;

[0023] фиг. 6A-6J схематично показывают двигатель, показанный на фиг. 5A-5G. в некоторых стадиях работы;

[0024] на фиг. 7А-7В схематично показан ротор роторного двигателя;

[0025] на фиг. 8А и фиг. 8В схематично показаны графики зависимости давления от объема в разных режимах работы двигателя;

[0026] фиг. 9A-9D схематично показывают свойства другого варианта осуществления роторного двигателя;

[0027] фиг. 10 схематично показывает другой вариант осуществления ротора и корпуса роторного двигателя.

Осуществление изобретения

[0028] Варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания и свойства таких двигателей, рассмотренные ниже, позволяют снизить стоимость заправки топливом двигателя с несколькими рабочими камерами за счет использования одного карбюратора или инжектора, уменьшить стоимость и сложность сгорания топлива в нескольких рабочих камерах за счет наличия одного источника воспламенения, который обслуживает рабочие камеры, и создать недорогие и несложные способы охлаждения двигателя, например, за счет специализированных камер с воздушным охлаждением, которые воздействуют на ротор, или подачи топливно-воздушной смеси вовнутрь ротора.

[0029] Таким образом, можно получить компактный, легкий, бесшумный двигатель с оптимальным расходом топлива, при этом простой и дешевый в изготовлении.

[0030] Определения: Если по контексту не требуется иного, используемые в настоящем описании и формуле изобретения, нижеперечисленные термины имеют следующие значения.

[0031] "Ротор" - это узел, имеющий N выступающих частей, являющийся частью двигателя и выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса как часть двигателя.

[0032] "Корпус" - узел с набором (N+1) выступающих частей, выполненный с возможностью перемещения относительно ротора как часть двигателя. Корпус или ротор могут быть неподвижными, или двигатель может быть выполнен таким образом, что ни корпус, ни ротор не являются неподвижными.

[0033] "Рабочая камера" - это камера, образованная между узлом с (N) выступающими частями и узлом с набором (N+1) выступающих частей, в которой имеет место по меньшей мере одна фаза, выбранная из группы, включающей в себя всасывание воздуха или воздушной/топливной смеси, сжатие воздуха, сгорание топлива и расширение продуктов сгорания топлива.

[0034] "Карбюрированный воздух" это свежий воздух, насыщенный парами топлива или горюче-смазочных материалов, например, во время работы карбюратора или инжектора.

[0035] "Камера охлаждения" - камера, образованная между узлом с N выступающими частями и узлом с набором N+1 выступающих частей, и не являющаяся рабочей камерой.

[0036] При описании двух объемов внутри двигателя термин "изоляция текучей средой " или "с изоляцией текучей средой" подразумевает, что эти два объема выполнены таким образом, что при работе двигателя текучая среда, например, невоспламеняемый воздух или побочные продукты сгорания, между двумя объемами не протекает.

[0037] "Начальный объем" или "максимальный объем" камеры сжатия это объем камеры сжатия в момент выполнения цикла двигателя, в который рабочая камера будет изолирована текучей средой от окружающей среды снаружи двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения, этот объем обозначен как "V1".

[0038] "Конечный объем" или "максимальный объем" камеры расширения - это объем в момент выполнения цикла двигателя, предшествующий моменту, в который рабочая камера больше не будет изолирована текучей средой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, этот объем обозначен как "V4".

[0039] "Источником сгорания топлива" может служить любой инжектор в дизельных двигателях; карбюратор вместе с источником воспламенения (например, свеча зажигания или запальная свеча), или инжектор вместе с источником воспламенения (например, свеча зажигания или запальная свеча).

[0040] Первый вариант осуществления изобретения

[0041] Первый вариант осуществления роторного двигателя 100 схематично показан на фиг. 1А-1G, и включает в себя узел с N выступающими частями 110, жестко закрепленный на корпусе 101 двигателя, а также узел с набором N+1 выступающих частей 120, расположенный с возможностью свободного вращения внутри корпуса 101 двигателя. Следует отметить, что в первом варианте осуществления изобретения, узел с N выступающими частями 110 выполнен неподвижным относительно корпуса 101 двигателя, а узел с набором N+1 выступающих частей 120 расположен с возможностью свободного вращения внутри корпуса 101 двигателя. Как будет более подробно рассмотрено ниже, во время работы ротор 110 расположен внутри полости 126 корпуса 120, выполненного с возможностью вращения вокруг ротора 110 и образования рабочих камер двигателя внутреннего сгорания.

[0042] Однако следует отметить, что в других вариантах осуществления изобретения корпус 120 может быть неподвижно закреплен на корпусе 101 двигателя, а ротор 110 выполнен с возможностью свободного вращения внутри корпуса 120. Например, ротор 110 может иметь вращающееся соединение с приводным валом 150, а корпус 120 может быть неподвижно соединен с корпусом 101 двигателя через крышку 132, например, таким образом, что движение ротора 110 способствует вращению эксцентрика на приводном валу 150. Таким образом, движение ротора 110 относительно корпуса 120 может быть обеспечено способами, описание которых будет приведено ниже, что позволяет считать применимым описание выполнения цикла двигателя, который будет рассмотрен ниже.

[0043] Как правило, существует несколько возможных конфигураций двигателя, выполненных на основе геометрии, показанной на фиг. 1А и фиг. 1F:

[0044] (I) Узел 120 выполнен неподвижным; а узел 110 выполнен с возможностью осуществления сложного вращательного движения: т.е. он может осуществлять вращение вокруг эксцентрика 152 с угловой скоростью - Ω, а его центр, совпадающий с эксцентрической частью 152 вала 150, может осуществлять вращение с угловой скоростью вала +2Ω;

[0045] (II) Узел 110 выполнен неподвижным; а узел 120 выполнен с возможностью осуществления сложного вращательного движения: т.е. он может осуществлять вращение вокруг вала эксцентрика 152 с угловой скоростью - Ω, а его центр, совпадающий с эксцентрической частью 152 вала 150, может осуществлять вращение с угловой скоростью вала +2Ω; и

[0046] (III) Оба узла 120 и 110 выполнены с возможностью вращения вокруг двух различных неподвижных осей. Узел 110 закреплен на валу 150.

[0047] На фиг. 1А схематично показан роторный двигатель 100, вид в разрезе которого изображен на фиг. 1В, а на фиг. 1С схематично показан двигатель 100 в разобранном виде.

[0048] Двигатель 100 содержит приводной вал 150, который проходит через корпус 101 двигателя и задает ось, вокруг которой может вращаться корпус 120. На фиг. 1Е ось, вокруг которой может вращаться корпус 120, схематично показана линией 159, причем эта линия 159 не является физическим элементом приводного вала 150. Приводной вал 150 установлен внутри двигателя 100 с возможностью вращения с помощью нескольких подшипников 155, размещенных по его длине, и проходит сквозь корпус 101 двигателя, крышку 131 ротора, ротор 110, корпус 120 и крышку 132 двигателя. Уплотнения 170 предотвращают поток рабочих газов, выходящих из двигателя 100, между ротором 110 и приводным валом 150. Как будет рассмотрено ниже, в некоторых вариантах осуществления изобретения, уплотнения 170, ротор 110 и приводной вал 150 составляют часть топливного трубопровода 106.

[0049] Ротор 110 жестко закреплен на корпусе 101 двигателя с помощью гайки 102, надеваемой на шейку 113 с резьбой, проходящую через крышку 131 ротора и стенку 104 корпуса 101 двигателя. В этом варианте осуществления изобретения, ротор 110 выполнен в виде циклоидального диска с двумя выступающими частями (т.е. N=2), однако в другом варианте осуществления изобретения выступающих частей может быть 1, 3, 4 или более. Ротор 110 состоит из внутренней рабочей камеры 117 ротора, впускного канала 115 и выпускного канала 116, выполненного между внутренней рабочей камерой 117 ротора и радиальной поверхностью 111 ротора 110. Впускной канал ротора 115 и выпускной канал ротора 116 могут иметь обратный клапан (например, пластинчатый клапан, типа клапана 117, схематично показанного на фиг. 5Н), пропускающий топливо только в одном направлении (т.е. из ротора 110 через впускной канал 115, а в ротор 110 через выпускной канал 116).

[0050] Корпус 120 имеет вращающееся соединение с приводным валом 150 посредством эксцентрика 152, который в настоящем варианте осуществления изобретения расположен в одном из подшипников 155 (для удобства поиска обозначенного на фиг. 1Е как 155А), так, что подшипник 155А находится между эксцентриком 152 и корпусом 120. В настоящем варианте осуществления изобретения, корпус 120 выполнен с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения приводного вала 150 и со скоростью меньшей его угловой скорости, обеспечивая, при этом, вращение приводного вала 150. Например, если угловая скорость приводного вала составляет 3W, то угловая скорость корпуса 120 равна -W.

[0051] Эксцентрик 152 управляет движением корпуса 120 во время такта сжатия цикла двигателя, и управляется корпусом 120 во время такта расширения цикла за счет передачи от эксцентрика 152 на корпус 120 усилия от расширяющихся в двигателе газов. Как будет рассмотрено ниже, в некоторых вариантах осуществления изобретения для управления корпусом 120 может быть использован рычаг с направляющим штифтом, закрепленный на приводном валу 150 посредством пальца в корпусе 120, или, наоборот, посредством пальца в рычаге, входящего в зацепление с пазом в корпусе 120.

[0052] Ротор 110 расположен в полости 126 корпуса 120, а крышка 131 ротора жестко соединена с корпусом 120, так чтобы закрыть ротор 110 в полости 126 корпуса.

[0053] Корпус 120 содержит (N+1) ролики 128, по одному в каждой вершине 129 между областями 123, принимающими выступающие части. Области, принимающими выступающие части, являются частями полости 126 корпуса. Во время работы, ролики 128, управляемые ротором 110, обеспечивают вращение и покачивание корпуса 120 вокруг ротора 110. Таким образом, корпус 120 выполняет вращательное движение вокруг оси (159) приводного вала 150 со скоростью, составляющей 1/3 от скорости приводного вала 150 и, одновременно, вокруг собственной оси симметрии. Ролики 128 также служат уплотнениями вершины.

[0054] В дополнительных вариантах осуществления изобретения, корпус 120 может содержать обычные подпружиненные уплотнения вершины (например, 125 на фиг. 1Е или 551В на фиг. 5Е).

[0055] Как правило, двигатель 100 содержит уплотнения между ротором 110 и корпусом 120, а также между ротором 110 и крышкой 131, которые предотвращают или препятствуют утечке топлива изнутри полости 126 корпуса. Для этого, ротор 110 может иметь подпружиненные боковые уплотнения 160, которые предотвращают поток топлива между ротором 110 и корпусом 120 или между ротором 110 и крышкой 131 ротора. С другой стороны, корпус 120 и/или крышка 131 ротора могут содержать указанные боковые уплотнения 160 с той же целью, поскольку каждое боковое уплотнение 160 установлено между уплотнениями вершины ротора (например, роликами 128 или уплотнениями 125) с образованием защитной сетки.

[0056] Как будет рассмотрено ниже, в процессе работы, N+1 области 123, принимающие выступающие части, и выступающие части корпуса 120, наряду с крышкой 131 ротора, циклически образуют рабочие камеры 301, 302 и 303, которые циклически подвергаются сжатию и расширению.

[0057] На фиг. 3А-3Е схематично показана последовательность рабочих операций двигателя 100 и его трех рабочих камер 301, 302 и 303, по мере выполнения двигателем 100 различных фаз четырехтактного цикла. Рабочие камеры 301, 302 и 303 образованы между областями 123, принимающими выступающие части, выступающими частями ротора 110 и крышками 131, 132. Запуск двигателя 100 происходит один раз за один оборот приводного вала 150. Скорость вращения корпуса 120 составляет 1/3 от скорости вращения приводного вала 150, поэтому он выполняет 3 цикла запуска за каждый оборот корпуса 120.

[0058] Как показано на фиг. 3А-3Е, для большей наглядности дальнейшего объяснения римские цифры (I, II, и III) указаны в верхней части каждой рабочей камеры (301, 302 и 303, соответственно). Приведенная ниже Таблица 1 описывает такты, происходящие в каждой из этих трех рабочих камер (301, 302, 303) при вращении корпуса 120 по часовой стрелке в пяти различных положениях, которые схематично показаны на фиг. 3А-3Е.

[0059] Как схематично показано на фиг. 3А, в рабочей камере 301 происходит сгорание топлива со сжатым воздухом. Доставка топлива в рабочую камеру 301 осуществляется через подающий топливопровод 118, а впрыскивание в рабочую камеру 301 осуществляется с помощью инжектора 200 во время вращения корпуса 120. В настоящем варианте осуществления изобретения, топливо поступает в ротор 110 через подающий топливопровод 118, и через ротор 110 и топливный трубопровод 106 проводится к инжектору 200. По существу, один инжектор 200 обслуживает каждую рабочую камеру (301, 302, 303) двигателя 100. Наличие одного инжектора 200 и/или одного источника воспламенения (например, свечи зажигания), которая может обслуживать несколько рабочих камер (301, 302, 303), позволяет значительно уменьшить стоимость и сложность двигателя 100.

[0060] Инжектор 200 состоит из верхнего корпуса 202 и нижнего корпуса 206. Нижний корпус 206 инжектора может быть выполнен из непроводящего материала. Подача топлива в инжектор 200 осуществляется через впускной канал 210, по которому топливо поступает во внутреннюю камеру 207 сгорания внутри инжектора 200. Воздействие внешнего усилия, например, усилия кулачка 154, обеспечивает проталкивание поршня 201 в нижний корпус 206 инжектора, с последующим выдвижением пальца (или оси) 205 из отверстия 208, обеспечивая, таким образом, возможность подачи топлива из внутренней камеры 207 сгорания в рабочую камеру корпуса 120. Пружины 203 и 204 обеспечивают возврат поршня 201 и пальца 205 в исходные положения в инжекторе 200, при этом отверстие 208 закрыто, а топливо поступает в рабочую камеру 207 через канал 210.

[0061] Поток воздуха в двигатель 100 и поток выхлопных газов из двигателя схематично показаны сплошной и пунктирной линиями на фиг. 1D. Приточный воздух (известный как "всасываемая смесь") снаружи двигателя 100 поступает в корпус 101 двигателя через отверстие или отверстия 103 на поверхности 104 корпуса 101 двигателя. Всасываемая смесь проходит между корпусом 101 двигателя и радиальной поверхностью 133 крышки 131 ротора в рабочую камеру 117 ротора. Оттуда, свежая смесь поступает через всасывающее отверстие 115 ротора в одну из указанных рабочих камер (301, 302, 303). Например, свежая смесь может поступать в рабочую камеру 303 через впускной канал 115, показанный на фиг. 3D.

[0062] Как схематично показано на фиг. 3В, по мере вращения корпуса 120, область 123А, принимающая выступающие части, входит в зацепление с выступающей частью 110А ротора 110, образуя рабочую камеру 302. Таким образом, свежая смесь может быть подвержена сжатию. Как правило, в некоторых вариантах осуществления изобретения, каждая область 123, принимающая выступающие части, корпуса 120, содержит камеру 127 сгорания, составляющую часть рабочих камер (301, 302, 303), где происходит сжатие свежей смеси. В вариантах осуществления изобретения, где использована камера 127 сгорания, инжектор 200, управляемый кулачком 154 с тремя выступающими частями (фиг. 1Е), который вырезан на валу 150, обеспечивает впрыскивание топлива в сжатый воздух в рабочей камере 301, и в частности в камере 127 сгорания. В некоторых вариантах осуществления изобретения, свежая смесь может быть сжата до или свыше той степени, при которой может иметь место самопроизвольное воспламенение топлива (например, зажигание дизельного двигателя). В других вариантах осуществления изобретения, двигатель 100 также содержит устройство зажигания, например, свечу зажигания или запальную свечу, обеспечивающие начало сгорания. Такое устройство зажигания может являться частью инжектора 200. Например, высокое напряжение может быть подано на ось 205, находящуюся на минимальном расстоянии от заземленного корпуса ротора 110, непосредственно в положении верхней мертвой точки, т.е. когда для начала горения необходима искра. Таким образом, одно устройство зажигания может обслуживать несколько рабочих камер, уменьшая стоимость и сложность двигателя.

[0063] В фазе сгорания объем рабочей камеры 302 остается постоянным во время сгорания при повороте корпуса 120 (фиг. 3С) на угол примерно 15, 20 или 25 градусов вследствие геометрии корпуса 120 и ротора 110, при этом дуга областей 123, принимающих выступающие части, примерно совпадает с дугой выступающей части 110А.

[0064]

После сгорания, побочные продукты сгорания начинают расширяться, обеспечивая дальнейшее вращение корпуса 120 (фиг. 3D). По мере вращения корпуса 120 (фиг. 3Е), побочные продукты сгорания поступают через выхлопное отверстие 116 ротора в рабочую камеру 117 ротора. Оттуда, побочные продукты сгорания проходят через одно или несколько отверстий 122 в корпусе 120 и выводятся из двигателя 100 через отверстие 133 крышки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, впускной канал 115 ротора и выпускной канал 116 ротора могут быть выполнены в роторе 110 с возможностью создания начального объема рабочей камеры (например, 301, 302, 303) в начале такта сжатия, который меньше конечного объема этой рабочей камеры в конце такта расширения. Например, на фиг 3А, выпускной канал 116 ротора расположен ближе к верхней части 110 В выступающей части 110А ротора 110, чем впускной канал 115 ротора. Такое асимметричное расположение впускного канала 115 ротора и выпускного канала 116 ротора позволяет получить начальный объем, который меньше конечного объема каждой рабочей камеры 301, 302, 303.

[0065] Фиг. 4A-4F

[0066] Фиг. 4A-4F схематично показывают разнообразные опции и свойства различных двигателей. Эти свойства и их использование применимы, помимо прочего, к рассматриваемым в настоящем описании примерам осуществления различных двигателей. Для наглядности описание этих свойств приведено ниже применительно к роторному двигателю 400.

[0067] Топливный бак 401 с крышкой 402 закреплен на двигателе 400 с помощью крепежной скобы 403 (фиг. 4а). Бак 401 сообщается по текучей среде с каналом 404 для подачи топлива, через который топливо из бака 401 поступает в одну или несколько рабочих камер внутри двигателя 400.

[0068] Как схематично показано на фиг. 4В и 4С, в некоторых вариантах осуществления изобретения топливо поступает в двигатель 400 из выполненного с возможностью вставки сменного картриджа 411. Как схематично показано на фиг. 4Е, картридж 411 содержит герметичный клапан, или интерфейс, состоящий из резиновой мембраны 416 и фольги 417. Резиновая мембрана 416 изолирует топливо в картридже 411, а фольга 417 предотвращает разложение резины мембраны 416. В эксплуатации, канал 404 для подачи топлива (фиг. 4С) легко проходит через резиновую мембрану 416 и фольгу 417, поскольку картридж 411 опущен в положение, показанное на фиг. 4В, обеспечивая, таким образом, сообщение по текучей среде между картриджем 411, и в частности, внутренним объемом 412 картриджа, с каналом 404 для подачи топлива. Для замены картриджа 411 его необходимо вынуть из впускного канала 404. По существу, картридж выполнен с возможностью замены и вставки.

[0069] Наличие картриджа 411 создает множество потенциальных преимуществ и опций. Пусть, предложен (разработан) недорогой одноразовый картридж 411 для однократной подачи топлива в двигатель, а также держатель (например, крепежная скоба 403) для удержания картриджа 411 на месте в двигателе 400, например как показано на фиг. 4В. В процессе заполнения картриджа может иметь место фильтрация топлива, что устраняет необходимость использования топливного фильтра в двигателе 400. Для утилизации картриджи 404 должны быть возвращены продавцу. Топливо в картридже может быть предварительно смешано с маслом или другими добавками для оптимизации работы двигателя и снижения требований, предъявляемых к интерфейсу пользователя при получении надлежащего топлива, введении жидкого топлива в двигатель 400, а также подаче надлежащего количества масла в двигатель 400. Могут быть использованы нестандартные виды топлива (которые отсутствуют на автозаправочных станциях). Может быть также использовано топливо с низким содержанием этанола, при этом снижена вероятность повреждения двигателя из-за присутствия этанола, который все чаще встречается на автозаправочных станциях и является главным источником преждевременного отказа двигателей малого объема. Картридж 411 может быть использован в двигателе любого типа, причем его использование не ограничено двигателями малого объема или роторными двигателями.

[0070] Модифицированная приводная система схематично показана на фиг. 4D, где изображен приводной вал 150, имеющий выступающую часть 413 с прорезями, жестко сцепленную с пальцем 414 или шарнирно соединенную с ротором 436.

[0071] Как показано на фиг. 4F, чтобы облегчить охлаждение внутренних элементов двигателя 400 в передней крышке 420 и охлаждающих каналах 419 может быть выполнена прорезь 418. К другим способам (не показаны) можно отнести: а) использование тепловой трубы, которая быстро отводит тепло от инжектора и области, окружающей неподвижные детали, и направляет его к стороне всасывания, б) охлаждение смеси, например циркуляция всасываемой воздушной смеси таким образом, что приточная смесь воздуха, поступающая в рабочую камеру, сначала проходит вблизи инжектора/свечи зажигания, масляное или водяное охлаждение, например, с использованием водяной рубашки для неподвижного элемента; обеспечение протекания жидкости через каналы во вращающемся узле, и т.д.

[0072] Модуляция топлива - для управления уровнем мощности двигателя, среди многих возможных методов может включать в себя обычный соленоид, размещенный на плунжере (поршне) инжектора, или варьируемое и контролируемое число выступающих частей на кулачке, приводящем плунжер в действие. Также можно ограничить поток всасываемой свежей смеси, контролируя таким образом количество воздуха или воздушно-топливной смеси, поступающей в рабочую камеру. Ограничение может быть осуществлено с помощью всасывающего патрубка карбюратора или путем использования впускного/выпускного клапанов тарельчатого, вращающегося, лепесткового или любого другого соответствующего типа (которые можно именовать "клапанами обычного типа").

[0073] Второй вариант осуществления изобретения

[0074] Фиг. 5А-5Н схематично показывают дополнительный вариант осуществления роторного двигателя 500 внутреннего сгорания, а на фиг. 6A-6J схематично показана работа двигателя 500.

[0075] Двигатель 500 содержит приводной вал 550, проходящий через ротор 510, окружной корпус 520, впускную крышку 530 двигателя и выхлопную крышку 540 двигателя. Приводной вал 550 содержит кулачок 551, выполненный с возможностью вращения внутри ротора 510. Ротор 510, в свою очередь, выполнен с возможностью вращения внутри окружного корпуса 520. Схематичное изображение рабочего цикла двигателя 500 и его описание приведены со ссылкой на фиг. 8А (симметричное расположение каналов) или фиг. 8В (дросселированный впуск или избыточное расширение). С другой стороны, асимметричные каналы (т.е. один канал расположен ближе к вершине выступающей части ротора, чем другой) могут быть использованы в роторе для получения истинного цикла избыточного расширения (показан, например, впускным каналом 916 и выпускным каналом 917 на фиг. 9В), причем указанные каналы расположены асимметрично, обеспечивая задержку закрытия впускного канала, а, следовательно, и более длинный такт расширения по сравнению с тактом сжатия).

[0076] На фиг. 5А схематично показан роторный двигатель 500, на фиг. 5В схематично показан циклоидный роторный двигатель 500 в разобранном виде, а на фиг. 5С схематично показан вид циклоидного роторного двигателя 500 в разрезе. Двигатель 500 содержит корпус 520, в теле 520А которого (именуемом "окружной частью") выполнено отверстие 520 В, и который имеет впускную крышку 530 и выхлопную крышку 540. В некоторых вариантах осуществления изобретения, впускная крышка 530 и/или выхлопная крышка 540 составляют неотъемлемую часть тела корпуса 520А, и образуют плоскую поверхность, аксиально смещенную относительно ротора 510 и обращенную к нему. В других вариантах осуществления изобретения, корпус 520 и крышки 530 и 540 скреплены между собой болтами 529. Таким образом, впускную крышку 530 и/или выхлопную крышку 540 можно просто считать плоской частью корпуса 520. Корпус 520А, впускная крышка 530 и выхлопная крышка 540 имеют постоянную пространственную взаимосвязь между собой и образуют полость 544 для размещения ротора 510. Полость 544 включает в себя области 321 и 322, принимающие выступающие части, и область 523 охлаждения.

[0077] Кроме корпуса 520, фиг. 5А и 5В содержат множество других узлов двигателя 500. Как будет рассмотрено ниже, дополнительный вентилятор 585 создает воздушный поток, предназначенный для охлаждения двигателя 500. В настоящем варианте осуществления изобретения, двигатель 500 также содержит карбюратор 580, прикрепленный к двигателю 500 крепежной скобой 581. Карбюратор 580 предназначен для смешивания топлива с приточным воздухом и образования, подаваемой в рабочую камеру двигателя 500, карбюрированной (обогащенной) смеси, которая сгорает и используется в качестве рабочей среды. Однако, в других вариантах осуществления изобретения, впрыск топлива может осуществляться непосредственно в рабочую камеру сжатого воздуха, а сгорание топлива может быть обусловлено сжатием, запальной свечой или искрой зажигания. Таким образом, устройствами 539А и 539В на фиг. 5А-5Н могут служить свечи зажигания, запальные свечи или инжекторы.

[0078] Ротор 510 имеет вращающееся соединение с приводным валом 550 внутри двигателя 500. Приводной вал 550 выполнен с возможностью вращения вокруг центра (или оси) 559 вала 550, и содержит эксцентричный участок 551, который смещен относительно вала на величину, равную "е". Вращение вала 550 обусловлено усилием, приложенным к эксцентричному участку 551 вала 550. Двигатель 500 содержит противовесы 582, размер, вес и расположение которых выбрано так, чтобы уравновесить ротор 510 и узел 550 вала при его вращении. Противовесы 582 могут быть расположены внутри объема ротора 510, однако они жестко соединены с валом 550 и выполнены с возможностью вращения в направлении и со скоростью вращения вала 550. Ротор 510 выполнен с возможностью поворота в направлении, противоположном направлению вращения вала 550 и с другой скоростью.

[0079] Как схематично показано на фиг. 5Е-5Н, в настоящем варианте осуществления изобретения, ротор 510 имеет две выступающие части 510А, 510В, а корпус 520 имеет две области 521 и 522, принимающие выступающие части, а также область 523 охлаждения.

[0080] Выступающие части 510А, 510В изогнуты и имеют кривизну. Области 521 и 522, принимающие выступающие части, ограничены равным количеством пересекающихся изгибов (кривых), которые формируют выступы 525, 526, 527 корпуса, по одному выступу корпуса в каждом месте пересечения. Кривизна изгибов, ограничивающих области 521 и 522, принимающие выступающие части, аналогична по форме кривизне выступающих частей 510А, 510В, так что внутренний изгиб областей 521, 522, принимающих выступающие части, совпадает с внешним изгибом выступающей части 510А, 510В - за исключением того, что между двумя изгибами должен существовать маленький промежуток для компенсации производственных допусков и теплового расширения деталей, так, чтобы любая выступающая часть 510А, 510В могла полностью занять любую область 521, 522, принимающую выступающие части.

[0081] Как более подробно будет рассмотрено ниже, каждый выступ 525, 526, 527 корпуса, в свою очередь, имеет уплотнение 551А, 551В, 551С радиально смещенное для создания непрерывного плотного контакта с ротором 510 и