Ротативный двигатель
Изобретение относится к машиностроению, а именно к созданию насосов, компрессоров и двигателей. Технический результат заключается в возможности создания ротативного двигателя внутреннего сгорания со сниженными вибронагруженностью и массогабаритными показателями. Согласно изобретению ротативный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с опорами, картер, расположенные в опорах валы, которые параллельно смещены относительно друг друга, и цилиндры с поршнями. На одном валу размещены цилиндр с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, а с другим валом связан рычаг, шарнирно соединенный с поршнем. В головке цилиндра выполнены впускной и выпускной клапаны, а картер двигателя может быть выполнен с возможностью совместного вращения с цилиндром. 21 з.п. ф-лы, 18 ил.
Область применения изобретения - машиностроение, а именно создание насосов, компрессоров, двигателей. Преимущественно изобретение направлено на создание двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с двухтактным, четырехтактным и шеститактным циклами.
Известна поршневая машина по патенту РФ №2013566 С1, МПК F01В 13/04, F02B 57/00, опубл. 30.05.1994, где имеется два параллельно смещенных вала, на каждом из которых выполнена пара цилиндров с поршнями, жестко закрепленными на крестовине между собой. Поршни смещаются посредством рычагов. Принципиально это устройство относится к карданной передаче, и смещение валов относительно крестовины создает значительную неравномерность вращения валов и трудноустранимые вибрации.
Известна поршневая машина по патенту РФ №2030593 С1, МПК F01B 13/04, опубл. 10.03.95, где один вал взаимодействует с другим валом, выполненным на крестовине с поршнями через две пары оппозитно расположенных цилиндров. При этом ось вала на крестовине совершает круговые движения, в этом механизме имеется принцип движения карданной передачи, разделенной на две части, неравномерность хода и вибрации также имеют место.
Известна поршневая машина по патенту РФ №2030594 С1, МПК F01B 13/4, опубл. 10.03.95, где, по аналогии с патентом РФ №2030593, имеется два вала, взаимодействующие через поршни и цилиндры, закрепленные жестко на крестовине. Оба устройства имеют одинаковый принцип работы, неравномерность вращения и биения не устраняются.
Известен вариатор скорости авт. свид. СССР №892059, МПК F16H 29/16, опубл. 23.12.81, где имеется два вала, которые параллельно смещены относительно друг друга. На одном валу имеются кулисы с прорезями, на другом рычаги с пальцами. Пальцы при совместном вращении перемещаются в прорезях. При вращении одного из валов второй вал вращается плавно и без вибраций при любых оборотах. Кулисы при вращении будут за каждый оборот равномерно ускоряться и равномерно замедляться. Кулиса в данном случае рассматривается в качестве цилиндра, а рычаг с пальцем в качестве поршня на коленчатом валу. При выполнении одной кулисы жестко на валу и установке маховика на одном из валов осуществляется принцип работы одноцилиндрового ротативного двигателя. Соединением валов с рычагами или валов с кулисами последовательно или параллельно с изменением направления вращения на противоположные с поворотом на 180° осуществляется принцип работы двухцилиндрового ротативного двигателя, маховик в этом случае не нужен. При этом, выполнив валы (или вал) подвижными в радиальном направлении, ротативный двигатель становится многотопливным, т.к. меняется степень сжатия.
Известен вариатор скорости авт. свид. СССР №918601, МПК F16H 29/12, опубл. 07.04.82, где имеются параллельно смещенные валы, кулисы, пальцы, центральный вал и устройство для его смещения. Здесь заложены принципиальные основы для выполнения ротативного многотопливного двигателя.
Известны одноцилиндровые двигатели для авиамоделей МК-16, МК-18, МД-5; двигатели на автомобилях "Ока" - двухцилиндровые, "ДЭУ" - трехцилиндровые, "Москвич" - четырехцилиндровые. У всех классических двигателей имеется маховик и коленвал значительной массы, т.к. поршни совершают возвратно-поступательные движения, которые через пальцы и шатун передаются на коленчатый вал, установленный в неподвижном блоке цилиндров. При больших оборотах это резко снижает эффективный коэффициент полезного действия.
Наиболее близким устройством по совокупности существенных признаков (наличие двух параллельных валов, поршней и цилиндров) является поршневая машина по патенту РФ №2013566 С1, МПК F01В 13/04, F02B 57/00, опубл. 30.05.1994.
Технический результат заключается в возможности создания ротативного двигателя внутреннего сгорания со сниженными вибронагруженностью и массогабаритными показателями, что резко повысит эффективность КПД и намного снизит расход горючего на единицу мощности.
Согласно изобретению ротативный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с опорами, картер, расположенные в опорах валы, которые параллельно смещены относительно друг друга, и цилиндры с поршнями. На одном валу размещены цилиндр с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, а с другим валом связан рычаг, шарнирно соединенный с поршнем. При этом цилиндр и поршень могут быть выполнены криволинейными, например, в виде сектора тора в пределах 90°. В головке цилиндра выполнены впускной и выпускной клапаны, причем оси клапанов выполнены радиально по отношению к оси вращения вала, а ось цилиндра выполнена под углом к оси клапана. Картер двигателя может быть выполнен с возможностью совместного вращения с цилиндром. При этом инерционная масса головки поршня с поршневыми кольцами может быть выполнена больше инерционной массы юбки поршня относительно оси шарнира либо инерционная масса юбки поршня может быть выполнена больше инерционной массы головки поршня с поршневыми кольцами относительно оси шарнира. Смазка поршневой группы обеспечивается радиальными отверстиями, выполненными в цилиндре, а смазка шарнира между поршнем и рычагом обеспечивается посредством отверстия, выполненного в опорах шарнира со стороны рычага. Вал цилиндра может быть выполнен полым, где размещены системы электрооборудования, смесеобразования, охлаждающей жидкости, отвода отработавших газов. На оси полого вала цилиндра может быть жестко закреплен насос высокого давления подачи топлива с возможностью совместного вращения с валом. На выхлопном патрубке может быть жестко закреплена турбина принудительного выброса отработавших газов. Диффузор подачи горючей смеси может быть выполнен на цилиндре в виде кольца. При соединении двигателей вал с рычагом и поршнем одного двигателя жестко соединяется с валом для рычага и поршня другого двигателя, а вал с цилиндром одного двигателя жестко присоединяется к валу с цилиндром другого двигателя. В одном из вариантов выполнения изобретения цилиндр и рычаг, шарнирно соединенный с поршнем, могут быть выполнены с противовесом, а противовес как цилиндра, так и рычага может быть выполнен регулируемым.
Шатуны в ротативном двигателе отсутствуют, инерционные ударные усилия от возвратно-поступательных движения поршня отсутствуют, у поршня нет положений В.М.Т. и Н.М.Т., есть верхняя точка - В.Т., нижняя точка - Н.Т., двигатель полностью уравновешен, что резко повысит эффективность КПД и намного снизит расход горючего на единицу мощности.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее.
На фиг.1 показана принципиальная кинематическая схема одноцилиндрового ротативного двигателя, где 1 - корпус (основание) двигателя, 2 - картер с возможностью вращения, 3 - цилиндр в виде сектора шар-тор, 4 - поршень в виде сектора шар-тор, 5 - вал поршня, 6 - рычаг, 7 - поршневой палец, 8 - регулируемый противовес поршневой группы и рычага, 9 - регулируемый противовес цилиндра с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, 10 - впускной клапан, 11 - выпускной клапан, 12 - диффузор внутри вала, 13 - вал цилиндра, 14 - подшипники цилиндра, 15 - подшипник вала, 16 - воздушный винт.
На фиг.2 - принципиальная кинематическая схема одноцилиндрового ротативного двигателя, где 17 - маховик, остальные обозначения те же, что на предыдущей иллюстрации.
На фиг.3 - кинематическая схема сопряжения поршня и цилиндра в криволинейном исполнении. Обозначения те же, что и на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.4 - кинематическая схема установки прямолинейного поршня и цилиндра под углом к общей вертикальной оси, где 18 - цилиндр, 19 - поршень, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.5 - принципиальная кинематическая схема одноцилиндрового ротативного двигателя, где 20 - диффузор кольцевой, 21 - фигурное колено (рычаг), 22 - поршень радиальный в виде сектора шар-тор, 23 - цилиндр радиальный в виде сектора шар-тор, 24 - палец радиальный. Остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.6 - принципиальная кинематическая схема одноцилиндрового ротативного двигателя, обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.7 - кинематическая схема сопряжения радиального поршня, радиального цилиндра в криволинейном исполнении, обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.8 - кинематическая схема установки прямолинейного радиального поршня и радиального цилиндра, сечение А-А, 25 - радиальный поршень, 26 - радиальный цилиндр, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.9 - принципиальная кинематическая схема двухцилиндрового ротативного двигателя, где 27 - коническая шестерня, 28 - выходной вал, 29 - муфта, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.10 - принципиальная кинематическая схема четырехцилиндрового ротативного двигателя, где 30 - противовес цилиндра с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, 31 - противовес поршневой группы с рычагом. Остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.11 - принципиальная кинематическая схема двухцилиндрового ротативного двигателя, обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.12 - принципиальная кинематическая схема четырехцилиндрового ротативного двигателя, обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.13 - принципиальная кинематическая схема четырехцилиндрового ротативного двигателя, состоящего из двух соединенных двигателей с поршневыми группами, расположенных оппозитно при начале рабочего хода. Обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.14 - принципиальная кинематическая схема четырехцилиндрового ротативного двигателя, состоящего из двух соединенных двигателей с радиальными поршневыми группами, расположенных оппозитно при начале рабочего хода, где 32 - шестерня гипоидной передачи, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.15 - схема устройства инжекторного (карбюраторного) четырехтактного одноцилиндрового ротативного двигателя с жидкостным охлаждением, где 33 - неподвижный картер, 34 - минусовая щетка массы цилиндра, 35 - прерыватель высокого напряжения, 36 - неподвижная шестерня, 37 - подвижная шестерня, 38 - распределительный вал, 39 - толкатель впускного клапана, 40 - толкатель выпускного клапана, 41 - коромысло впускного клапана, 42 - коромысло выпускного клапана, 43 - концевой патрубок выпуска, 44 - концевая турбина принудительного выпуска, 45 - высоковольтный провод, 46 - свеча зажигания, 48 - трубопровод подачи горючего, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.16 - схема устройства инжекторного (карбюраторного) четырехтактного двухцилиндрового двигателя с воздушным охлаждением, где 49 - жалюзийная решетка забора охлаждающего воздуха, 50 - кольцевая решетка выброса нагретого воздуха и выхлопных газов, 51 - радиальный выхлопной патрубок, 52 - ребра охлаждения цилиндра, 53 - сальник картера, 54 - трубопровод подачи горючего, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.17 - схема устройства инжекторного (карбюраторного) четырехтактного четырехцилиндрового двигателя с воздушным охлаждением, где 55 - прерыватель-распределитель, 56 - магнитопровод низкого напряжения, 57 - магнитопровод высокого напряжения, 58 - экранированный провод высокого напряжения, 59 - кольцевая решетка впуска охлаждающего воздуха, 60 - трубопровод подачи горючего, 61 - подшипник, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
На фиг.18 - схема устройства дизельного четырехтактного двухцилиндрового ротативного двигателя с воздушным охлаждением, сечение А-А на фиг.8, крепление цилиндра и направление вращения, где 62 - насос высокого давления подачи топлива с возможностью вращения, 63 - форсунка, 64 - ведущая шестерня привода механизма подачи горючего, 65 - ведомая шестерня привода механизма подачи горючего с возможностью осевого перемещения, 66 - кулачок привода механизма подачи горючего, 67 - подпружиненный кулачок привода насоса высокого давления мембранного типа, 68 - упорный подшипник, 69 - вал с возможностью осевого смещения, 70 - подшипник, 71 - педаль управления подачей топлива, 72 - трубопровод подачи топлива с возможностью вращения, 73 - сальник подачи горючего, 74 - неподвижный трубопровод подачи горючего, остальные обозначения те же, что на предыдущих иллюстрациях.
Ниже приводится сквозная нумерация обозначений всех узлов и деталей на фиг.1-18.
1 - корпус (основание), 2 - картер с возможностью вращения, 3 - цилиндр в виде сектора шар-тор, 4 - поршень в виде сектора шар-тор, 5 - вал поршня, 6 - рычаг, 7 - поршневой палец, 8 - регулируемый противовес поршневой группы и рычага, 9 - регулируемый противовес цилиндра с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, 10 - впускной клапан, 11 - выпускной клапан, 12 - диффузор внутри вала, 13 - вал цилиндра, 14 - подшипники цилиндра, 15 - подшипники вала, 16 - воздушный винт, 17 - маховик, 18 - цилиндр, 19 - поршень, 20 - диффузор кольцевой, 21 - фигурное колено (рычаг), 22 - поршень радиальный в виде сектора шар-тор, 23 - цилиндр радиальный в виде сектора шар-тор, 24 - палец радиальный, 25 - радиальный поршень, 26 - радиальный цилиндр, 27 - коническая шестерня, 28 - выходной вал, 29 - муфта, 30 - противовес цилиндра с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, 31 - противовес поршневой группы с рычагом, 32 - шестерня гипоидной передачи, 33 - неподвижный картер, 34 - минусовая щетка массы цилиндра, 35 - прерыватель высокого напряжения, 36 - неподвижная шестерня, 37 - подвижная шестерня, 38 - распределительный вал, 39 - толкатель впускного клапана, 40 - толкатель выпускного клапана, 41 - коромысло впускного клапана, 42 - коромысло выпускного клапана, 43 - концевой патрубок выпуска, 44 - концевая турбина принудительного выпуска, 45 - высоковольтный провод, 46 - свеча зажигания, 47 - комбинированный сальник системы охлаждения, 48 - трубопровод подачи горючего, 49 - жалюзийная решетка забора охлаждающего воздуха, 50 - кольцевая решетка выброса нагретого воздуха и отработанных газов, 51 - радиальный выхлопной патрубок, 52 - ребра охлаждения цилиндра, 53 - сальник картера, 54 - трубопровод подачи горючего, 55 - прерыватель-распределитель, 56 - магнитопровод низкого напряжения, 57 - магнитопровод высокого напряжения, 58 - экранированный провод высокого напряжения, 59 - кольцевая решетка впуска охлаждающего воздуха, 60 - трубопровод подачи горючего, 61 - подшипник, 62 - насос высокого давления подачи топлива с возможностью вращения, 63 - форсунка, 64 - ведущая шестерня привода механизма подачи горючего, 65 - ведомая шестерня привода механизма подачи горючего, 66 - кулачок привода механизма подачи горючего, 67 - кулачок привода насоса высокого давления мембранного типа, 68 - упорный подшипник, 69 - вал с возможностью осевого смещения, 70 - подшипник, 71 - педаль управления подачей топлива, 72 - трубопровод подачи топлива с возможностью вращения, 73 - сальник подачи горючего, 74 - неподвижный трубопровод подачи горючего.
Ротативный двигатель имеет восемь отличающихся модификаций по кинематическим связям: цилиндр - поршень-вал отбора мощности; поршень - цилиндр-вал отбора мощности.
Ротативные одноцилиндровые двигатели показаны на кинематических схемах фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8.
Общими для всех двигателей являются вал 13 в подшипнике 14 и вал 5 в подшипнике 15.
Выполняя на валу 13 цилиндр по фиг.3, фиг.4, фиг.1, получим две модификации ротативного двигателя и по фиг.7, фиг.8, фиг.5 - две модификации ротативного двигателя. Валом отбора мощности является вал 5 на фиг.1, фиг.5.
Выполняя на валу 13 цилиндр по фиг.3, фиг.4, фиг.2, получим две модификации ротативного двигателя и по фиг.7, фиг.8, фиг.6 - две модификации ротативного двигателя. Валом отбора мощности является вал 13 на фиг.2, фиг.6.
Ротативный двигатель имеет два отличительных признака по впуску горючей смеси (воздуха): диффузор 12 выполнен в полом валу 13 на фиг.15, фиг.16, фиг.18; диффузор кольцевой 20 укреплен на цилиндре, фиг.17.
Ротативный двигатель имеет два отличительных признака по выпуску отработавших газов: концевой патрубок выпуска 43 выполнен в полом валу 13 на фиг.15; радиальный выхлопной патрубок 51 выполнен в кольцевой решетке выброса нагретого воздуха и отработавших газов 50 на фиг.16, фиг.17, фиг.18.
Ротативный двигатель имеет две модификации картера: картер с возможностью вращения 2, фиг.1, фиг.2, фиг.5, фиг.6, фиг.13, фиг.14, фиг.16, фиг.17, фиг.18, выполнен на валу 13; неподвижный картер 33, фиг.15, выполнен в корпусе 1.
На фиг.9 показан ротативный двухцилиндровый двигатель, состоящий из двух одноцилиндровых ротативных двигателей на фиг.1, фиг.3 с одним общим валом 5 и смещенными рычагами на 180°, коническая шестерня 27 на валу 5 кинематически соединена с выходным валом 28 и муфтой 29.
На фиг.10 показан ротативный рядный четырехцилиндровый двигатель, который состоит из четырех последовательно соединенных двигателей по фиг.1, фиг.3, содержит противовес 30 цилиндра с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, противовес 31 поршневой группы и рычага, общий вал 5 на все цилиндры.
На фиг.11 показан ротативный двухцилиндровый двигатель, содержащий два одноцилиндровых двигателя на общем валу 5 с фигурными коленами (рычагами) 21, развернутыми диаметрально на 180°.
На фиг.12 показан ротативный рядный четырехцилиндровый двигатель по фиг.5, фиг.7, который содержит четыре одноцилиндровых двигателя на общем валу 5.
На фиг.13 показан ротативный четырехцилиндровый двигатель, содержащий два двухцилиндровых ротативных двигателя, выходной вал 28 выполнен сбоку двигателя.
На фиг.14 показан ротативный четырехцилиндровый двигатель по фиг.7, который содержит два двухцилиндровых двигателя, кинематически связанных гипоидной передачей посредством шестерен 32, выходной вал 28 расположен с торца двигателя.
На фиг.15 показан ротативный четырехтактный одноцилиндровый двигатель жидкостного охлаждения с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от электрической искры, который содержит корпус 1, неподвижный картер 33, минусовую щетку массы цилиндра 34, прерыватель высокого напряжения 35, внутри корпуса 1 неподвижно закрепленную шестерню 36, подвижную шестерню 37, выполненную на распределительном валу 38, толкатель впускного клапана 39 и толкатель выпускного клапана 40, коромысло впускного клапана 41, коромысло выпускного клапана 42, кинематически связанные с впускным клапаном 10 и выпускным клапаном 11, концевой патрубок выпуска 43, расположенный по радиальной оси вала 13, продольную ось неподвижной шестерни 36 и концевой турбины принудительного выпуска 44, вал 13 (выполнен полым), в котором последовательно расположены высоковольтный провод 45, диффузор 12 для подачи воздуха и горючего, система жидкостного охлаждения и концевой патрубок выпуска 43 с уменьшенным проходным сечением, комбинированный сальник системы жидкостного охлаждения 47 и трубопроводы подачи горючего 48, выполненные неподвижно. Вал 13 в подшипнике 14 выполнен как одно целое с цилиндром 3 в виде сектора шар-тор и регулируемым противовесом 9. Вал 5 в подшипнике 15 выполнен как одно целое с рычагом 6 поршеня 4 в виде сектора шар-тор с пальцем 7 и регулируемым противовесом 8.
На фиг.16 показан ротативный четырехтактный двухцилиндровый двигатель воздушного охлаждения с внешним смесеобразованием (инжектор) и принудительным зажиганием от электрической искры. Показан один цилиндр, второй цилиндр выполнен с поворотом на 180°. Двигатель соответствует фиг.9, фиг.4 и содержит корпус 1, картер с возможностью вращения 2, неподвижную шестерню 36, подвижную шестерню 37, кинематически связанную через блок конических шестерен с распределительным валом 38, впускной клапан 10, выпускной клапан 11, диффузор 12 в полом валу 13, подшипники 14, цилиндр 8, регулируемый противовес 9, жалюзийную решетку забора охлаждающего воздуха 49, кольцевую решетку выброса нагретого воздуха и отработавших газов 50, радиальный выхлопной патрубок 51, ребра охлаждения цилиндра 52, сальник картера 53, неподвижный трубопровод подачи горючего 54, поршень 19 с пальцем 7, регулируемый противовес 8, рычаг 6 на валу 5, подшипник 15, общий вал 5 с двумя рычагами 6.
На фиг.17 показан третий цилиндр ротативного четырехтактного четырехцилиндрового двигателя по фиг.10 с воздушным охлаждением, с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от электрической искры. Двигатель содержит корпус 1, подвижный картер 2, цилиндр 3, противовес цилиндра с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл 30, поршень 4 с пальцем 7, противовес поршневой группы с рычагом 31, прерыватель-распределитель 55, магнитопровод низкого напряжения 56, установленный в корпусе 1, магнитопровод высокого напряжения, установленный на подвижном картере 2, экранированный провод высокого напряжения 58, кольцевую решетку впуска охлаждающего воздуха 59, общий вал 5 на четыре цилиндра, рычаг 6, подшипник 61 на рычаге, кольцевой диффузор 20, закрепленный на цилиндре 18.
На фиг.18 показан ротативный двухцилиндровый четырехтактный двигатель (см. фиг.11, фиг.8, сечение А-А) с внутренним смесеобразованием и воспламенением от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым путем сжатия (дизель). Двигатель содержит общий вал 5, фигурные колена (рычаги) 21, радиальный поршень 25 в цилиндре 26, насос высокого давления подачи топлива с возможностью вращения 62, вал 13, форсунку 63, ведущую шестерню привода механизма подачи горючего 64, выполненную совместно с валом 13, ведомую шестерню привода подачи горючего с возможностью осевого смещения 65, кулачок привода подачи горючего 66, вал с возможностью осевого смещения 69 в подшипнике 70, педаль управления подачи топлива 71, подпружиненный кулачок привода насоса высокого давления 67, трубопровод подачи топлива с возможностью вращения 72, сальник подачи горючего 73, неподвижный трубопровод подачи горючего 74.
Работа одного из восьми модификаций ротативного одноцилиндрового двигателя (фиг.1, фиг.3, фиг.15) осуществляется следующим образом: поршень 4 под давлением газов, двигаясь от верхней точки (ВТ) к нижней точке (НТ) и одновременном вращаясь в пределах 180°, воздействует на рычаг 6 через поршневой палец 7. Параллельное смещение осей вала 5 и вала 13 создает крутящий момент относительно корпуса 1. Воздушный винт 16 или маховик 17 обеспечивает дальнейшее вращение вала 5. Общая инерционная масса воздушного винта 16 или маховика 17, поршня 4, рычага 6, пальца 7 и регулируемого противовеса 8 должна значительно превышать общую инерционную массу цилиндра 3 регулируемого противовеса 9 и систем, обеспечивающих рабочий цикл. При этом условии цилиндр 3 на валу 13 вращается с равномерным ускорением в пределах 180° и равномерным замедлением в пределах 180°, что приравнивается за один оборот в 360° пары цилиндр-поршень к равномерному вращению (только несколько увеличиваются потери на трение). Это наиболее экономичная модификация по кинематической схеме цилиндр - поршень-вал. Т.к. отсутствуют возвратно-поступательные движения поршня, он только равномерно вращается. Выполнение поршня в виде сектора шар-тор обеспечивает плавную безударную работу поршня в цилиндре, что увеличит КПД и моторесурс ротативного двигателя. Износ поршня и цилиндра при рабочих ходах уменьшается, т.к. они контактируют по большому диаметру сектора шар-тор, и получаемый крутящий момент плечо поршень - плечо цилиндр действует по принципу понижающей передачи при рабочем ходе. Вышеизложенное относится к кинематической схеме фиг.5, фиг.7, фиг.8, фиг.18, меняется только на обратное плечо цилиндр - плечо поршень.
Работа ротативного одноцилиндрового двигателя по фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.6, фиг.7, фиг.8 осуществляется аналогично, но равномерно ускоряется и равномерно замедляется поршень, цилиндр с маховиком будет вращаться равномерно. При компоновке рядного многоцилиндрового двигателя общий вал 5 может быть выполнен неподвижным на все цилиндры, а каждый рычаг поршня размещен на отдельном подшипнике, опорой которого будет вал 5, жестко закрепленный в корпусе 1. У цилиндра, как правило, больше инерционная масса, чем у поршня, поэтому поршень будет работать в худших условиях, а КПД будет ниже, т.к. действует принцип повышающей передачи.
При двухцилиндровом, трехцилиндровом и т.д. исполнении ротативного двигателя маховик принципиально не нужен, равномерность хода выходного вала (непосредственно у двигателя) достигается взаимными погашениями равномерных ускорений и равномерных замедлений пары цилиндр-цилиндр или поршень-поршень, это резко повышает КПД и улучшает характеристики холостого хода.
При эксплуатации двухцилиндрового ротативного двигателя вращающиеся детали (поршневая группа, цилиндр, газораспределительный механизм) изнашиваются, поэтому нужны регламентные работы по балансировке двигателя (на противовесах 8 и 9 показаны стрелки - направление их перемещений) или механизмы для автоматической балансировки.
При четырех, шести, восьми и т.д. цилиндрах балансировка может производиться один раз при сборке двигателя.
На фиг.15, фиг.16, фиг.17, фиг.18 показаны схемы устройства четырехтактных двигателей, общим у них является то, что за оборот вала 5 шестерня 37 поворачивается на половину оборота, т.к. шестерня 36 закреплена неподвижно, на фиг.18 шестерня 64 поворачивается на один оборот, шестерня 65 на половину оборота.
Система впуска приобретает свойства наддува, т.к. цилиндры вращаются, появляются центробежные силы, воздух перед впускным клапаном сжимается, а в момент впуска сжимается максимально, т.к. цилиндр в этот момент заканчивает замедление. В результате давление резко увеличивается, улучшается продувка и наполняемость цилиндра.
Система выпуска также приобретает свойства принудительного центробежного выброса отработавших газов, также имеет место эффект максимальной вытяжки (вакуума) при нахождении поршня в ВТ. С этой целью на вращающийся концевой патрубок выпуска 43 устанавливается центробежная турбина 44, с ее установкой уменьшаются размеры комбинированного сальника системы охлаждения 47, т.к. уменьшается проходное сечение концевого патрубка 43 (фиг.15).
Поршень в виде сектора шар-тор 4 с поршневыми кольцами и поршень 19 с поршневыми кольцами должны быть уравновешены относительно оси поршневого пальца 7 во время вращения, т.е. инерционная масса головки поршня с поршневыми кольцами должна быть большей или равной инерционной массе юбки поршня, фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4.
Радиальный поршень в виде сектора шар-тор 22 с поршневыми кольцами и радиальный поршень 25 с поршневыми кольцами должны быть уравновешены относительно оси поршневого пальца 24 во время вращения, т.е. инерционная масса юбки поршня должна быть равной или больше инерционной массы головки поршня с поршневыми кольцами, фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8.
Впускные и выпускные клапаны должны выполняться по радиальной оси к оси вращения вала 13. При верхнем расположении клапанов (фиг.3, фиг.4) такое размещение клапанов обеспечит надежность работы, т.к. центробежные усилия при больших оборотах прижимают клапан к седлу. При выполнении высокооборотного ротативного двигателя это условие необходимо при нижнем расположении клапанов (фиг.7). Инерционная масса коромысла впускного клапана 41 и выпускного клапана 42 со стороны плеча носка клапана относительно оси установки коромысла должны быть равной или больше суммарной инерционной массы плеча коромысла со всеми свободными механизмами привода (толкатели, штанги или рычаги) с другой стороны относительно оси установки коромысла (фиг.15). Это условие обеспечит плотное закрытие клапана.
Для надежной работы маслосъемных колец поршня 4 в цилиндре 3 (фиг.3) поршня 19 или в цилиндре 18 (фиг.4) необходимо выполнение радиальных сквозных наклонных отверстий в стенках цилиндра от поршня для выброса масла от поршня за счет центробежных сил (фиг.3, фиг.4).
Для надежной работы компрессионных колец радиального поршня 22 в радиальном цилиндре 23 (фиг.7) радиального поршня 25 или в радиальном цилиндре 26 (фиг.8) необходимо выполнение радиальных сквозных наклонных отверстий в стенках цилиндра к поршню для подачи масла к поршню за счет центробежных сил (фиг.7 и фиг.8).
При смазке распылением масла подшипника 61 с пальцем 7 отверстие для подачи масла выполняется со стороны рычага 6 (фиг.17).
При смазке распылением масла подшипника 61 с радиальным пальцем 24 отверстие для подачи масла выполняется с противоположной стороны фигурного колена (рычага) 21 (фиг.18).
При смещении осей вала 5 и вала 13 на очень маленькую величину ротативный двигатель приобретает свойства турбинного и турбореактивного авиационного двигателя, т.к. значительно увеличатся обороты, двигатель начинает работать на себя, направив струю выхлопных газов вдоль оси вала, получим реактивную тягу.
1. Двигатель, содержащий корпус с опорами, картер, расположенные в опорах валы, которые параллельно смещены относительно друг друга, и цилиндры с поршнями, отличающийся тем, что на одном валу размещены цилиндр с системами и механизмами, обеспечивающими рабочий цикл, а с другим валом связан рычаг, шарнирно соединенный с поршнем.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что цилиндр выполнен криволинейным.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень выполнен криволинейным.
4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что цилиндр выполнен в виде сектора тора в пределах 90°.
5. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что поршень выполнен в виде сектора тора в пределах 90°.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в головке цилиндра выполнены впускной и выпускной клапаны, причем оси клапанов выполнены радиально по отношению к оси вращения вала.
7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что ось цилиндра выполнена под углом к оси клапана.
8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что картер выполнен с возможностью совместного вращения с цилиндром.
9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что инерционная масса головки поршня с поршневыми кольцами больше инерционной массы юбки поршня относительно оси шарнира.
10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что инерционная масса юбки поршня больше инерционной массы головки поршня с поршневыми кольцами относительно оси шарнира.
11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что смазка поршневой группы обеспечивается радиальными отверстиями, выполненными в цилиндре.
12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что смазка шарнира между поршнем и рычагом обеспечивается посредством отверстия, выполненного в опорах шарнира со стороны рычага.
13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вал цилиндра выполнен полым, где размещены системы электрооборудования, смесеобразования, охлаждающей жидкости, отвода отработавших газов.
14. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что на оси полого вала цилиндра жестко закреплен насос высокого давления подачи топлива с возможностью совместного вращения с валом.
15. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что на выхлопном патрубке жестко закреплена турбина принудительного выброса отработавших газов.
16. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что диффузор подачи горючей смеси выполнен на цилиндре в виде кольца.
17. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вал с рычагом и поршнем одного двигателя жестко соединен с валом для рычага и поршня другого двигателя.
18. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вал с цилиндром одного двигателя жестко присоединен к валу с цилиндром другого двигателя.
19. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что цилиндр выполнен с противовесом.
20. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рычаг, шарнирно соединенный с поршнем, выполнен с противовесом.
21. Двигатель по п.19, отличающийся тем, что противовес выполнен регулируемым.
22. Двигатель по п.20, отличающийся тем, что противовес выполнен регулируемым.
