Универсальный вращательно-толкательный двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению. Вращательно-толкательный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, ротор и толкательные сферические поршни. Поршни установлены на концы рычагов в виде спиц, составляющих ротор с центром инерции, смещенным вниз от точки его опоры. Двигатель включает в себя комплекс вращательно-распределительных и толкательно-исполнительных механизмов, образующих переменные поверхности создания полостей камер сгорания. Вращательно-распределительные механизмы состоят из внешних распределительных толкателей, установленных по кругу сверху ротора. Толкательно-исполнительные механизмы включают в себя задвижки-планки с бабками, установленными в пазы, расположенные по краю полости корпуса и пересекающие замкнутый кольцевой канал или симметрично расположенные по кругу канала выемки. На бабку наезжает роликовое колесо распределительного толкателя. Ротор установлен на вертикальную ось. Ротор содержит воздухозаборник и компрессорные нагнетатели топлива. Выходной цилиндрический вал ротора соединен с ведущим колесом преобразования и передачи механической энергии потребителям. Ротор двигателя может быть соединен со вторым ведущим колесом передачи вращательного движения. Техническим результатом является повышение эффективности и упрощение конструкции двигателя. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к машиностроению, двигателестроению и к теплоэнергетике. Универсальный, вращательно-толкательный, многопоршневой и многокамерный, двигатель внутреннего сгорания, с большой вращающей силой, с центром инерции ротора, смещенным вниз, от точки его опоры на вертикальную ось, обладает большой механической выгодой и большой инерционностью предназначен для разностороннего применения.
Двигатель внутреннего сгорания, без кривошипно-шатунного механизма, с новым способом преобразования поступательного движения во вращательное, энергосберегающий, повышающий экологическую безопасность атмосферы, сочетает в себе ранее не применяемые в двигателях внутреннего сгорания закономерности физики, которые позволяют следующее.
1. Высокоэффективно использовать в двигателе внутреннего сгорания для преобразования поступательного движения поршней, по кривой линии окружности, во вращательное, простейшую, открытую Архимедом 3000 лет назад, машину-рычаг. Особенность этой простой машины в том, что она является простейшим устройством обеспечивающим движение вращения. Прикладывая меньшую силу к рычагу, имеющему точку опоры, преодолевается большая сила и создается движение по кривой линии окружности.
Используя рычаг в устройстве изобретения, прикладывая меньшую силу к поршням, установленным на концы спиц составляющих ротор, создаются большие моменты сил и преодолевается значительно большая сила. В сумме все моменты сил, создаваемые спицами за один оборот вращения ротора, создают сверхбольшой вращательный момент, то есть большую вращающую силу. Таким способом совершается работа с большой выгодой. Эти качества увеличения прилагаемой силы и преобразования поступательного движения во вращательное простейшей машины-рычага в виде спиц позволяют в данном универсальном вращательно-толкательном двигателе преобразовывать суммированное поступательное движение поршней по коротким кривым линиям окружности во вращательное движение ротора. Большой момент силы поршней преобразуется в большой вращательный момент ворота (ротора).
2. Для образования поверхностей камер сгорания во вращательно-толкательном двигателе роторного исполнения создавать относительное, нутационно-колебательное движение поршней, альтернативное планетарному движению ротора, современного роторно-поршневого двигателя. Ротор двигателя данного изобретения, установленный на вертикальную ось, будет совершать ровное, сбалансированное вращение. Для образования такого относительного движения поршней они подвижно установлены в гнезда, выемки ротора на концы спиц, составляющих рычаги ворота.
3. Для изменения направления вектора центробежной силы и уменьшения ее отрицательного действия на поршни, для повышения инерционности придать ротору новую, ассиметричную относительно горизонтальной оси, геометрическую форму.
4. Создавать новым способом переменные, регулируемые, с минимально малым объемом камеры сгорания топлива.
5. Использовать для увеличения плеча вращательного момента спицы длиной до нескольких сот сантиметров.
6. Создавать за один оборот вращения ротора большое количество рабочих циклов, равное произведению числа поршней на число переменных камер сгорания.
7. Использовать новую схему подготовки топлива.
8. Совмещать качества быстроходности турбины и создания силы поршневой машины.
9. Используя большое ведущее колесо, передавать механическую энергию нескольким потребителям одновременно.
10. Используя два ведущих колеса, передавать энергию двум группам потребителей механической энергии с разными направлениями вращательного движения.
11. Используя принципиальную схему получения механической энергии двигателя, создать машину, работающую, без сжигания топлива, за счет перепада давлений перед поршнем и после поршня сжатого воздуха, газа, пара или напора воды.
Двигатель нового типа с ротором радиусом, равным до нескольких сот сантиметров, отвечает современным требованиям как двигатель и как первичный источник энергии, работающий на разных химических и биологических топливах. За счет отсутствия в двигателе больших собственных отрицательных сопротивлений и увеличения периода времени расширения газов в рабочей камере, при котором происходит полное сгорание топлива, создается значительно меньший, в сравнении с современными двигателями, щадящий экологию выброс вредных веществ.
Известны двигатели-аналоги.
См. патент RU 2084639 С1, роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с выемками, с впускными и выпускными каналами, соосно размещенный в нем ротор в виде пустотелого параболоида вращения, вал установлен вертикально и закреплен на вершине ротора. Ротор содержит вытеснительные шары. В каждой камере размещен элемент зажигания. Многопоршневой двигатель обладает большим моментом сил и большой механической выгодой. Радиус ротора может составлять до нескольких метров. Форма ротора в виде параболоида повышает его инерционность и уменьшает центробежные силы, действующие на поршни. Поршни при вращении ротора, перемещаясь в сегментных гнездах ротора к периферии и обратно, когда заходят в выемки, совершают относительное, нутационно-колебательное движение вперед, альтернативное планетарному движению ротора роторно-поршневого, современного двигателя, обладающего мизерным плечом вращательного момента. Изобретение было разработано на основе интуиции автора, без проведения на тот период времени исследовательской работы. Поэтому своевременно не получил поддержки ученых и не используется.
К недостаткам двигателя относится неэффективная форма поршней в виде шара, создает внутренние, собственные потери тепловой энергии. Нерегулируемый, большой объем рабочих камер уменьшает компрессию.
См. патент RU 2086785 С1, вращательный двигатель внутреннего сгорания содержит ротор-ворот с центром вращения, расположенным выше центра его масс, содержит спицы с поршнями-каретками в виде шаров и технологическими машинами, корпус содержит камеры расширения.
К недостаткам этого двигателя относятся неэффективная форма поршней в виде шара, создает внутренние потери энергии рабочего тела, вызывает перерасход топлива, неэкономичность и повышенный выброс продуктов сгорания, нерегулируемые, с большим рабочим объемом камеры сгорания вызывают пониженную компрессию.
Наиболее близким к изобретению является (см. патент RU 2172850 С2, F02B 53/ 00. 2001) вращательно-толкательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, ротор и толкательные сферические поршни, установленные на концы рычагов в виде спиц, составляющих ротор с центром инерции, смещенным вниз от точки его опоры.
Однако указанные аналоги, а также более близкий прототип двигатель внутреннего сгорания вращательно-толкательного действия см. патент RU 2172850 С2, имеют общий недостаток - малую компрессию ввиду большого нерегулируемого объема пространства камер сгорания.
Для повышения компрессии, эффективного использования тепловой энергии, для более рационального расхода топлива и уменьшения выбросов вредных продуктов сгорания, а также для снижения отрицательных сил внутреннего сопротивления, для более эффективного и полного восприятия резкого толчка-удара раскаленной, расширяющейся топливной массы и создания спицами большего момента силы, а также создания ротором сверхбольшого вращательного момента применяются толкательные поршни сферической формы.
Поршни, подвижно установленные на концы спиц, взаимодействуя с переменно образуемыми, в местах пересечения пазами, кольцевого канала или в симметрично расположенных выемках образования камер сгорания, сферического сечения, поступательно перемещаются по коротким, кривым окружности от одного паза к другому, получают, в образуемых камерах, толчковые импульсы момента сил. Переменное суммарное создание всеми спицами большого момента сил образует, вокруг точки опоры ротора, его вращательное движение большой силы с сверхбольшим вращательным моментом.
Для повышения компрессии, увеличения времени продолжительности рабочего цикла, для полного сгорания топлива и эффективного использования его тепловой энергии расширения на двигатель установлен комплекс вращательно-распределительных и толкательно-исполнительных механизмов, которые образуют переменные поверхности, уменьшающие объем полостей камер сгорания. За счет уменьшения объема камеры повышается давление газов сгораемого топлива, повышается сила толчкового удара на сферические поршни и спицы создают больший момент силы, что соответственно вызывает значительное увеличение вращательного момента ротора. Увеличение вращательного момента ротора позволяет преодолевать большее сопротивление. В зависимости от назначения двигателя и его характеристик вращательного момента двигатель может содержать разное, большое или маленькое, количество поршней и переменных, образуемых дополнительными поверхностями камер сгорания.
Вращательно-распределительные механизмы расположены на роторе и состоят из внешних, распределительных толкателей, на которые, для плавного взаимодействия с толкательно-исполнительными механизмами, установлены роликовые колеса.
Толкательно-исполнительные механизмы включают в себя задвижки-планки с бабками, установлеными в пазы, расположенные по краю полости корпуса и пересекающие замкнутый кольцевой канал или, в другом варианте, симметрично расположенные по кругу канала, выемки.
Вращаясь по кругу вместе с ротором, ролики, установленные на распределительные толкатели, наезжают на бабки и приводят в действие задвижки-планки толкательно-исполнительных механизмов, переменного образования и действия рабочих камер сгорания, минимального объема. Для создания потока воздуха к спицам и компрессорным, поршневым нагнетателям, ротор двигателя содержит воздухозаборник. Для создания параллельного сжатия воздуха в полых спицах расположены компрессорные нагнетатели с клапанами. Поршни нагнетателей через шток и ось в виде стойки, расположенную внутри цилиндрической полости, кареточного значения, сферических поршней приводятся этими главными поршнями в движение.
Отверстия с клапанами, регулирующими подачу воздуха в компрессорные нагнетательные камеры, находятся на самом поршне каждого нагнетателя.
Для преобразования скорости вращения и передачи вращательного момента, потребителям механической энергии, ротор двигателя через выходной цилиндрический вал соединен с ведущим колесом.
Двигатель, большой мощности, с сверхбольшим вращательным моментом, может вращать одновременно второе ведущее колесо передачи вращательного движения, с разным направлением движения, нескольким разным потребителям механической энергии. В зависимости от того с каким ведущим колесом и с какой боковой поверхностью колеса будет взаимодействовать ведомое колесо потребителя.
Вращательно-толкательный двигатель обладает универсальными свойствами, так как принцип действия позволяет использовать устройство для получения механической энергии без сжигания топлива, как поршневую машину с большим вращательным моментом, с небольшой скоростью вращения работающую за счет перепада разницы давления после поршня и до поршня. Используя для этого энергию большого давления доступных природных ресурсов, сжатого воздуха, газа, пара или напор воды. Такая машина, обладающая супербольшим плечом момента силы, будет вращать ведущее колесо большого диаметра, но меньшего по диаметру ротора двигателя. Сферические поршни при взаимодействии с поверхностями выемок, имеющих кратную поршням сферическую вогнутую форму, образуют большую, эффективную рабочую площадь.
Вращательно-толкательная машина может быть использована в глубинном подводном пространстве при аварийных ситуациях. Используя для этого высокое давление воздуха, закачанного в ресивер, или давление большого гидростатического напора воды, перетекающей через толкательную машину в свободное при аварийнной ситуации пространство с атмосферным давлением воздуха. Работа будет выполняться за счет перепада напора воды после поршней и до поршней.
Вращательно-толкательный двигатель внутреннего сгорания может быть изготовлен в двух вариантах.
По первому варианту, с большим вращательным моментом, с большой скоростью вращательного движения получит применение для привода движителей и других потребителей механической энергии, с возможностью работы в условиях отсутствия атмосферы, в космосе и водном пространстве.
Второй вариант составляет двигатель, обладающий супербольшим вращательным моментом и невысокой, оптимальной, при большом радиусе ротора, скоростью вращения, обладает возможностью регулировки числа оборотов, индивидуально и с повышающим скорость, преобразователем вращательного движения. Двигатель будет обладать универсальностью, отражающей возможности применения его в различных отраслях народного хозяйства. Может быть изготовлен в зависимости от требуемых технических характеристик, большого и маленького размера, стационарного и передвижного применения, для привода разного вида, движителей и силовых установок, для передачи механической энергии нескольким потребителям одновременно, получит применение для многоприводных машин и многофункциональных механизмов, а также может быть исполнен по упрощенной схеме как машина, работающая без сгорания топлива по принципу выталкивания поршня за счет перепада давления природных ресурсов, газа, сжатого воздуха, пара или напора воды, до поршня и после поршня.
Предложенное техническое решение обоих вариантов открывает перспективу, начала, разработки поршневого двигателя внутреннего сгорания с переменным направлением вращения.
В настоящее время как первичный источник энергии для привода электрогенераторов, ввиду большой скорости вращения ротора, широко используется дорогостоящая в эксплуатации паровая турбина, для работы которой требуются сложные трубные, котельные и охлаждающие системы получения, подготовки и транспортировки пара, возврата конденсата, проведения непрерывного процесса.
Давно морально устаревшая паровая турбина - это есть супердорогой в эксплуатации, неэкономичный двигатель источника энергии. Необходимо сжигать огромное количество топлива, создавая большой объем, плотность и расход термической массы пара, с высоким давлением. Супердорогой пар в турбине используется неэффективно. Нерациональная, механически не выгодная паровая турбина, при большой затрате дорогих ресурсов, делает электроэнергию супердорогой и дефицитной. Требуются дорогостоящие в эксплуатации дальние линии электропередач. Попутно используемые тепловые системы многоаварийны, требуют больших эксплуатационных затрат.
Альтернативная в настоящее врем, газовая турбина маломощна и расточительна в отношении природных запасов. Газовая турбина - нерациональная и механически не выгодная машина. Обладает узкими, ограниченными возможностями локального применения, только в районах присутствия газа с высоким (12 и более кг на см кв.) давлением, с неполной затратой тепла.
Самый распространенный во всем мире современный поршневой двигатель внутреннего сгорания, с кривошипно-шатунным механизмом, преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, имеет много недостатков. Неэкономичный, ввиду получения маленького процента полезной работы. Неоправданно сжигается большое количество высокоэффективного, с большой калорийностью, топлива. Ввиду очень короткого периода времени рабочего цикла тепловая энергия топлива используется неполностью. Большая часть работы его теряется в самом механизме двигателя. Большая работа затрачивается на выполнение отрицательной работы по преодолению собственного сопротивления возвратно-поступательного движения, на преодоление сопротивления, направленного противоположно действующей силе внутри двигателя, потери энергии на трение, на создание разрежения и выхлоп газов. Рабочему ходу одного поршня противодействуют циклы всасывания и выхлопа газов других поршней. Остановка поршня двигателя в крайних положениях, чередующаяся смена его направления движения, вызывают сильную вибрацию и резко сокращают срок эксплуатации. Преодоление сопротивления движению других поршней создают необходимость применения специального, массивного маховика. При этом за каждый оборот вращения махового колеса поршень дважды останавливается, а потом снова начинает движение в обратном направлении. За счет кинетической энергии маховика двигатель движется в течение остальных тактов. Для устранения сильных вибраций и для предохранения машин от износа двигатель создается массивной конструкции. Невозможность получения малой скорости вращения. Высокие требования к качеству топлива, с высокой теплотворной способностью. Обладает маленькой механической выгодой. (Величина, показывающая частное от деления сопротивления на приложенную силу). Скорость вращения коленчатого вала современного двигателя внутреннего сгорания составляет в 3 и более раз больше скорости вращения колес шасси легкового автомобиля. Продукты сгорания топлива, затраченные на остальную нерациональную работу, по преодолению собственного отрицательного сопротивления и преобразования большой скорости вращения в маленькую, образующегося из-за нерационального, неэффективного способа преобразования поступательного движения во вращательное, неоправданно в большом количестве выбрасываются в атмосферу, нанося большой вред экологии.
Через поршни современного двигателя, имеющему большую рабочую площадь, к шейке колена, составляющему мизерное плечо вращательного момента, прикладывается сверхбольшая сила, которая затем до 80% затрачивается на преодоление собственного внутреннего сопротивления и на преобразование скорости вращательного движения. Вращательный момент создается за счет супербольшой силы рабочего тела. Все эти перечисленные недостатки препятствуют повышению КПД современного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Создают высокую дороговизну при коротких сроках эксплуатации, вызывают большой, неоправданный расход природных ресурсов углеводородного топлива и большой выброс углекислых газов.
Эти факты подтверждают полезность и рациональность создания вращательного момента двигателя внутреннего сгорания данного технического решения новым способом, используя для этого достоинство самой простейшей машины-рычага, являющегося не только выгодным создателем момента сил, а также рациональным движителем вращательного движения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является следующее.
- Создание мощного, с эффективной энергетикой, универсального, многопоршневого, с ротором, ворот которого исполнен в виде вертикального кабестана. С большими моментами сил, поршней, создающими супербольшой вращательный момент ротора. С супербольшой вращательной силой, с невысокой скоростью вращения, с большой механической выгодой, экономичного двигателя и первичного источника энергии разностороннего применения.
- Повышение периода времени действия сгораемого рабочего тела на поршни и увеличение длины хода поршней.
- Повышение компрессии роторно-поршневого, вращательного двигателя.
- Создание двигателя, способного работать на разных химических и биологических топливах.
- Создание вращательного двигателя, обладающего большой инерционностью, ротора.
- Снижение вибрации за счет снижения сопротивления собственных отрицательных сил.
- Создание двигателя двух типов:
- Мощный толкательный двигатель внутреннего сгорания с высокой скоростью вращательного движения и с ротором, содержащим компонент топлива, найдет применение для привода движителей и других потребителей механической энергии, а также для работы в условиях отсутствия атмосферы, космическом и водном пространствах.
- Супермощный, экономичный двигатель и первичный источник энергии, с невысокой, оптимальной скоростью вращательного движения. Используя большое ведущее одно колесо или два колеса, найдет широкое применение для привода разных движителей, силовых установок и нескольких потребителей механической энергии, разного направления, вращательного движения, одновременно.
- Создание универсального двигателя для многоприводных, разных, наземных, надводных, подводных и воздушных, с большой маневренностью, транспортных, передвижных средств и многофункциональных механизмов.
- Реализация данного технического решения открывает перспективу создания двигателя внутреннего сгорания переменного направления вращения.
- Техническое решение, выполненное по упрощенной схеме, без сгорания топлива, позволяет создать новую вращательно-толкательную поршневую машину, работающую за счет перепада разницы давления, перед поршнем и после поршня, сжатого воздуха, газа, пара или напора воды, составляющих местные природные ресурсы.
- Техническое решение универсально. Двигатель может быть создан любого, большого или маленького размера, стационарного и передвижного назначения, для привода одного или нескольких потребителей механической энергии одновременно, разного назначения для многих отраслей промышленности и обороны.
Главным достоинством создания двигателя является возможность создания большой сети экологически безопасных, с большим экономическим эффектом, дешевых и простых в эксплуатации, локальных электростанций нового типа, с выработкой дешевой электроэнергии, которые сократят строительство дальних линий электропередач (ЛЭП), ликвидируют дефицит электроэнергии и позволят перейти от трубных систем центрального теплового снабжения и трубного водяного отопления, к кабельным сетям и электронагревателям.
Новые локальные электростанции с приводом от предлагаемого к разработке двигателя полностью заменят современные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Сократится число аварий и чрезвычайных ситуаций. Исчезнет необходимость в сложных зимних и погодных условиях производить аварийно-восстановительные работы. Не будет коррозии, не будет размораживания трубопроводов тепловых и отопительных систем.
Создается возможность строительства локальных электростанций в отдаленных и труднодоступных районах страны.
Каждое промышленно развитое предприятие сможет иметь свою независимую от центра электростанцию.
Создание широкой сети новых локальных электростанций открывает перспективу отказа от дорогостоящих в эксплуатации, многоаварийных линий электропередач (ЛЭП) дальнего расстояния. Не нужно будет тратить средства на мероприятия энергосбережения.
При передаче опытного образца двигателя в серийное производство, на заводы, будут созданы новые рабочие места.
За счет удешевления электроэнергии повысится материальное благосостояние народа и улучшится его здоровье.
Для получения пара и привода паровых турбин необходимо сжигать огромное количество топлива, поэтому сокращение числа котельных уменьшит количество парниковых выбросов.
Достижение данного результата осуществляется следующими средствами.
- Двигатель совмещает лучшие качества, преодоления большей силы меньшей силой и преобразования поступательного движения поршней по коротким кривым линиям окружности во вращательное, простейшей машины и движителя вращения, рычага, а также быстроходности турбины и создания силы поршневой машины.
- Двигатель внутреннего сгорания включает в себя корпус с замкнутым кольцевым каналом, расположенным по внутренней поверхности полости.
- Ротор, содержащий рычаги в виде спиц, он же ворот с принципом действия вертикального кабестана для преодоления больших сил меньшей прикладываемой силой, опираясь на верхнюю часть, навешен на вертикальную ось. Для повышения инерционности ротора, для уменьшения и изменения направления действия вектора центробежных сил, действующих на поршни, ротору придана новая геометрическая форма, в которой центр инерции его, симметрично по вертикальной оси смещен вниз.
- Для избавления от кривошипно-шатунного механизма с маленьким плечом вращательного момента и малооправданного планетарного движения ротора, современного роторно-поршневого двигателя, для образования переменных поверхностей камер сгорания маленького объема на концы рычагов, составляющих спицы ротора, подвижно установлены сферические поршни, совершающие отличительное от ротора, относительное, нутационно-колебательное движение вперед, альтернативное планетарному движению ротора.
- Повышение мощности двигателя, которое вызвано увеличением вращательного момента за счет использования длинных рычагов в виде спиц, увеличение числа рабочих циклов, которое будет равно произведению числа поршней ротора на число переменно образуемых в корпусе камер сгорания.
- Повышение компрессии двигателя в обоих вариантах исполнения достигается путем переменной регулировки до минимального объема пространства камер сгорания и придания поршням и камерам новой сферической формы.
- Для регулировки и переменного создания дополнительных, внутриканальных, поверхностей корпуса, двигателя, образующих камеры сгорания, минимального объема, пространства камер, на двигатель устанавливается комплекс, состоящий из вращательно-распределительных и толкательно-исполнительных механизмов.
В варианте исполнения двигателя, обладающего супербольшой мощностью и оптимальной скоростью вращения, повышение компрессии происходит по третьему отличительному фактору за счет многократного сжатия компонента топлива, воздуха в компрессорных, с поршневыми элементами, нагнетателях.
- Для многократного увеличения степени сжатия воздуха, окислителя (компонента топлива); снижения влияния центробежной силы, снижения вибрации и увеличения срока эксплуатации, на рычаги установлены компрессорные нагнетатели в виде технологических машин. Для этого увеличен диаметр внутренней цилиндрической полости рычага-спицы ворота кабестана и соответственно диаметр поршня компрессора. Создается многократная разница диаметров цилиндра, компрессора и соплового канала рычага.
- Для получения большой механической выгоды поршни ротора ворота-кабестана установлены на концы рычагов в виде спиц. Длина рычагов, в зависимости от требуемых технических характеристик двигателя, может быть до нескольких сот сантиметров и более, при этом маленькой силой, входящей на поршни, преодолевается большая сила сопротивления.
- Для повышения инерционности ротор новой геометрической формы остойчиво, с центром инерции, смещенным вниз от точки его опоры, установлен на вертикальную ось, составляющую корпус.
Проекция вертикального сечения ротора приближена к параболоиду. Вектор центробежной силы, вращающихся поршней, при возрастающем, ускоренном движении направлен по возрастающей, разворачивающейся спирали в плоскость динамической симметрии, в состояние движения, когда тело, подвешенное на нити, центр его вращения, векторы центростремительной и центробежной сил находятся в одной плоскости, плоскости динамической симметрии.
Векторы обеих сил при возрастающем ускоренном движении, сохраняя под углом противоположное направление, стремятся выйти в одну плоскость динамической симметрии.
- Для более эффективного использования силы толчка рабочего тела, для снижения отрицательных сил, внутреннего сопротивления и для равномерности движения ротора применяются сферическая форма поршней и кратные поршням сферические выемки образования камер сгорания.
- Для устранения залпового рабочего такта все толкательные поршни многопоршневого двигателя, по фазе переменного, функционального действия, чередуясь через один поршень, делятся на две или более групп. Одна группа взаимодействует с раскаленными газами топливной смеси, получая толчковый импульс от взаимодействия газов с образующими камеру, глухими задвижками. Другая группа или группы поршней в этот момент находятся в состоянии потенциальной, инерционной энергии. Затем группы поршней, перемещаясь по каналу или канальной дорожке, меняются функциями, переходят в другие переменные фазы взаимодействия с корпусом.
Поршни после получения резкого толчка, вытесняясь давлением вспыхнувших и раскаленных до высокой температуры газов, топливной смеси, взаимодействующих, с переменной поверхностью камеры сгорания, совершают поступательное движение вперед, двигаются по замкнутому кольцевому каналу.
Предлагается создание двигателя двух вариантов.
1. Двигатель большой мощности скоростного назначения. Кольцевой канал этого двигателя, образованный поверхностями полости корпуса, имеет кратное сферическому поршню сечение. При установке на ротор расходного бака топливного компонента, кислорода может работать в условиях отсутствия воздушной атмосферы и в космосе.
2. Двигатель, обладающий супербольшой мощностью, с оптимальной, невысокой скоростью вращения, в полости корпуса содержит кольцевой канал, имеющий сечение небольшого сегмента, сферы, в виде канавки, кратной в радиусе радиусу всех одинаковых сферических поршней. Также включает в себя симметрично расположенные по кругу закольцованного канала выемки образования переменных камер сгорания, углубления, с переменной величиной углубления, также кратные радиусу сферы поршней. Выемки одновременно служат для работы компрессорных нагнетателей.
Для повышения компрессии двигателя, лучшего взаимодействия сферических поршней с камерами сгорания создаются дополнительные переменные поверхности, составляющие корпус. Для этого в корпусе двигателя обоих вариантов исполнения имеются пазы, пересекающие канал в первом варианте и выемки во втором варианте исполнения.
В пазы установлены переменные задвижки-планки, состоящие по вертикали и функциональному значению из двух частей. Задвижки, находящиеся в пазах корпуса, имеют возможность перемещаться вниз по вертикали и возвращаться в обычное нормальное положение, при котором все поршни, при поворачивании ротора, могут свободно перемещаться по кольцевому каналу или канавке с выемками. Нижняя часть задвижки, сжимая возвратную пружину, перемещается вниз по пазу, верхняя глухая часть, без отверстия занимает положение нижней. При этом положении верхней части задвижки кольцевой канал, или в другом варианте выемка, перекрывается, создавая между впереди находящимся поршнем и задвижкой замкнутое, с минимальным объемом, пространство камеры сгорания.
Для сохранения свободного камерного канала, для продвижения по нему поршней канал пересекает полудиафрагменная нижняя часть задвижки. Это состояние есть основное, обычное положение задвижки. После прохождения поршня через полудиафрагменную часть, внешним воздействием, сверху ротора, вращательными толкателями на задвижку-планку, через бабку, установленную над задвижкой, создается толчковое давление. Под усилием проходящего над бабкой роликового колеса, вращательного толкателя, обе части задвижки проваливаются вниз, вдоль направляющих поверхностей паза. Возвратная пружина, находящаяся под полудиафрагменной частью задвижки сжимается. Канал за поршнем перекрывается этой глухой частью. Глухая часть задвижки занимает место полудиафрагменной и образуется пространство камеры сгорания с минимальным объемом. Этот технологический процесс регулировки, создания минимального объема камеры сгорания происходит в обоих вариантах исполнения двигателя. В первом варианте перекрывается кольцевой канал, во втором варианте поочередно перекрываются выемки.
В момент, когда образовалась переменная, с минимальным объемом, камера сгорания, в нее, в первом варианте исполнения двигателя, с топливного бака ротора подается компонент топлива, с корпуса двигателя подается второй компонент топлива и при необходимости подается искра. Происходит термопроцесс, топливо загорается, создается высокое давление, поршень получает резкий толчок, от которого он, взаимодействуя с рычагом, совершает поступательное движение по кольцевому каналу и проходит полудиафрагменную часть следующей задвижки. Полудиафрагменная часть задвижки возвратной пружиной была возвращена в ее основное положение, создавая свободную поверхность кольцевого канала. Затем толкатель, размещенный сверху ротора, смещенный по окружности несколько назад, от поршня, следуя за ним, взаимодействуя роликовым колесом, наезжает на бабку. Бабка усилие вращательного толкателя передает на задвижку. Задвижка смещается вниз по вертикали вдоль направляющих поверхностей паза. Возвратная пружина сжимается, глухая часть задвижки-планки, в первом варианте, перекрывает канал или камерную выемку, во втором варианте, и образует очередную камеру сгорания минимального объема. Этот технологический процесс повторяется. Происходит взаимодействие каждого вращательного толкателя, установленных за каждым поршнем, с каждой задвижкой образования камер сгорания минимального объема и устройством подачи топлива.
В двигателе исполнения по второму варианту в камеру в качестве окислителя с компрессорного нагнетателя подается многократно сжатый окислитель (воздух). Топливо и искра поступают с корпуса двигателя.
Для корректировки времени перекрытия канала глухой задвижкой бабка, находящаяся сверху задвижки, имеет удлиненную, скругленную, дугообразную, параллельную окружности, полости корпуса, форму. Когда вращательный толкатель преодолел, минул бабку, обе части задвижки-планки под воздействием возвратной пружины возвращаются в свое нормальное, постоянное положение.
Сферические, толкательные поршни во взаимодействии с камерами сгорания, чередуясь, через один по фазе занятости, составляют две группы или более. Группы поршней смещены по циклу времени взаимодействия с камерными выемками. Периодически, одна группа, чередуясь через один поршень, составляет рабочую фазу, при которой, минуя паз с задвижкой, получают толчок, раскаленных газов. Поршни второй группы передвигаются по каналу или канавке в пространстве между задвижками. Затем, поршни обеих групп переходят в другие фазы состояния движения. Вторая группа входит в зону образования камер, поршни первой группы двигаются в пространстве канала, между пазами с задвижками, или во втором варианте исполнения двигателя выходят на гребни между выемками.
В зависимости от требуемых характеристик и конструкци двигателя групп поршней может быть несколько, но не менее двух. Также в зависимости от требуемых технических характеристик двигателя количество поршней ротора должно быть пропорционально, больше количества задвижек.
Перечисленные качественные изменения прототипа позволят решить поставленную задачу. Нижеописанный вариант осуществления изобретения изображен на фиг.1-11. Двигатель может быть исполнен в двух вариантах.
На фиг.1 показан вертикальный разрез двигателя. Общий вид 2-х вариантов. Ротор-ворот большого диаметра, в виде купола, остойчиво, с центром инерции, смещенным вниз от точки вращательной опоры, навешен на вертикальную ось, составляющую корпус.
На фиг.2 дан горизонтальный разрез двигателя, 1-го варианта, с расходным баком 39 окислителя, с большим плечом вращательного момента, скоростного исполнения, с повышенной скоростью вращательного движения, закольцованный, замкнутый канал не имеет сопротивления движению поршней. Двигатель найдет применение для привода движителей и других потребителей механической энергии, а также для работы в условиях отсутствия атмосферы.
На фиг.3 - вид сверху на двигатель 1-го варианта, скоростного исполнения. На схеме показано расположение и взаимодействие вращательно-распределительных и толкательно-исполнительных механизмов комплекса образования и обеспечения переменных камер сгорания минимального объема.
На фиг.4 показан горизонтальный разрез двигателя исполнения 2-го варианта, супербольшой мощности, содержащего компрессорные нагнетатели, с большим вращательным моментом и невысокой, оптимальной, вращательной скоростью, подлежащей преобразованию. Данное исполнение двигателя будет совершенно для привода мощных силовых установок, движителей и нескольких потребителей механической энергии одновременно.
На фиг.5 показан вид сверху на двигатель, где показаны элементы комплекса вращательно-распределительных и толкательно-исполнительных механизмов. Исполнение 2-го варианта. На схеме показано расположение на роторе звена внешних распределительных толкателей относительно каждого поршня ротора, расположение бабок, задвижек-планок, установленных в выемки корпуса, и их взаимодействие с внешними, вращательными толкателями, и количественное соотношение поршней толкателей к количеству камерных выемок с задвижками-планками. Одна группа поршней находится в выемках, их толкатели взаимодействуют с бабками задвижек. Другая группа поршней движется по канавке, перемещаясь от одной выемки к другой, толкатели этой группы поршней временно не задействованы.
На фиг.6 показан фрагмент корпуса двигателя, в момент действия распределительного толкателя на бабку и задвижку-планку образования камер сгорания. Схема работы механизмов комплекса, системы вращательных толкателей, для варианта 1 и варианта 2 двигателей одинаковая.
На фиг.7 показан фрагмент корпуса, зафиксированного в момент, когда кольцевой канал, или в другом случае, выемка, канала, открыты, глухая часть задвижки не задействована по назначению как поверхность камеры, поршень проходит через отверстие 26 полудиафрагменной части, кратной сферической форме поршня.
На фиг.8 фрагмент корпуса. Вертикальный разрез камерной выемки, в момент, когда поршень, совершая движение по кольцевому каналу или в другом варианте устройства двигателя камерной выемке, прошел, минул, паз с задвижкой, вращательный толкатель этого поршня наезжает на бабку с задвижкой. Канал или камерная выемка перекрывается верхней, глухой частью задвижки, составляющей поверхность минимального объема рабочей камеры.
На фиг.9 показан фрагмент горизонтального разреза компрессорного нагнетателя, выполняющего две функции: многократное повышение степени сжатия топливного окислителя, воздуха, поступающего из воздухозаборника - 31, и буферное смягчение потенциальной энергии, центробежной силы действующей на поршни.
На фиг.10 показан вертикальный разрез двигателя, на котором показано ведущее колесо преобразования скорости и при необходимости направления вращения, большого диаметра с супербольшим вращательным моментом, соединенное с выходным, цилиндрическим валом двигателя, которое в зависимости, от требуемых характеристик двигателя, может быть любого размера, но не более диаметра ротора, двигателя.
На фиг.11 показано, как вращательное движение ротора, обладающего большим вращательным моментом, передается на два ведущих, колеса преобразования движения для передачи движения нескольким потребителям механической энергии, с несколькими разными направления вращательного движения.
В предлагаемом техническом решении корпус - 1, см. фиг.2, двигателя скоростного значения отличается тем, что содержит замкнутый, полый, кольцевой канал - 2, по которому двигаются толкательные сферические поршни. Канал по кругу, симметрично разделен на равные части пазами - 5. В пазы - 5 установлены задвижки-планки - 4. Задвижки-планки - 4 состоят из верхней глухой части (см. фиг.6, 7, 8) и полудиафрагменной нижней - 25 части, имеющей (окно), полуотверстия - 26, кратное поршням сферической формы.
Корпус - 1 содержит (см. фиг.1, 2, 3, 6, 7, 8) бабки - 6, установленные над задвижками-планками -4, впускные топливные каналы 7, элементы зажигания 8 и выхлопные отверстия - 9.
В другом исполнении, более мощного двигателя (см. фиг.4) корпус - 1 содержит более мелкий канал - 2, разделенный через равные промежутки длины окружности камерными выемками - 3.
В центральной части корпуса содержится вертикальная ось-опора - 10 (см. фиг.1, 2, 4, 5) ротора - 11, который остойчиво, с центром инерции, смещенным вниз от точки опоры - 30 ротора, навешен на эту ось. На центр инерции ротора действует сила сверху, от точки его, вращательной опоры.
Ротор-ворот - 11 сверху (см. фиг.1, 3, 5) радиально, по внешнему кругу содержит свисающие над корпусом 1 двигателя, звено внешних, распределительных толкателей - 12, с роликовыми колесами - 14 (см. фиг.6, 7, 8), взаимодействующими с бабками - 6 задвижек - 4, установленными в пазы - 5, корпуса - 1 и опирающиеся на возвратные пружины - 27.
Ротор-ворот - 11 см. фиг.1, центральной цилиндрической частью - 29 опирается на шаровую опору - 30 оси - 10. Каркас ротора-ворота - 11 составляют преобразователи силы и преобразователи поступательного движения во вращательное рычаги в виде спиц - 15, см. фиг.2, 4, 9, собранные в центральной части ротора в цилиндрическую, с сферическим верхом, опору - 29, соединенную с выходным вращательным, цилиндрическим валом - 35, см. фиг.1.
Сверху ротор-ворот - 11 содержит воздухозаборник - 31, см. фиг.1, 4, 5, из которого через полости спиц - 15 подается воздух к компрессорным нагнетателям - 16, см. фиг.4, 9, применяемым при исполнении мощного двигателя с супербольшим вращательным моментом и невысокой, оптимальной, скоростью вращения.
Полости рычагов-спиц - 15 в механизме компрессорного нагнетателя - 16, см. фиг.4, 9, через клапаны - 22 поршня - 17 сообщаются с цилиндрической частью нагнетателя - 16, из которой воздух, сжатый поршнем - 17 большого диаметра, поступает через сопловые каналы - 23 и сопловое отверстие - 24 поршня каретки в рабочую камеру сгорания - 28. Сообщение соплового канала - 23 и соплового отверстия - 24 происходит при определенном местоположении поршня-каретки - 19. Сопловое отверстие - 24 находится в теле поршня. Все поршни двигателя обладают конструктивными функциями каретки.
Поршень каретка - 19, подвижно установленный на спице - 15, передает возвратно-поступательное движение на поршень - 17 компрессорного нагнетателя через ось - 20 и шток - 18.
На фиг.10 показано ведущее колесо - 37, соединенное с выходным вращательным цилиндрическим валом - 35. Ведущее колесо - 37, предназначенное для преобразования скорости вращения и передачи механической энергии потребителям, в зависимости от требуемых технических характеристик двигателя и выходной мощности, может быть большого радиуса, до нескольких метров, но меньше радиуса ротора. На фиг.11 показана связь ротора двигателя с двумя ведущими колесами - 37 и - 38 передачи и преобразования скорости вращательного движения. Одно ведущее - 37 установлено снизу ротора, второе колесо - 38 установлено сверху ротора. Второе ведущее колесо в сравнении с первым меньшего диаметра. Соотношение величин колес может быть разное в зависимости от характеристик силовой установки. Для эффективной передачи вращательного момента оба ведущих колеса - 37 и 38 передачи механической энергии потребителям, в диаметре меньше диаметра ротора - 11. При маленькой силе сопротивления ведущее колесо может быть в диаметре больше диаметра ротора двигателя.
Предлагаемое техническое решение может быть исполнено в двух видах: как двигатель, обладающий большим вращательным моментом, большой скоростью вращения, см. фиг.2, 3, и как мощный двигатель, см. фиг.4, 5, обладающий супербольшим вращательным моментом и оптимальной невысокой скоростью вращательного движения.
Корпус - 1 двигателя (см. фиг.2, 3), обладающего повышенной скоростью вращения, для снижения внутренних собственных сил сопротивления содержит замкнутый по кругу кольцевой канал - 2, составляемый поверхностями корпуса и ротора, на протяжении всего кольца одинакового кратного сферическим поршням профиля сечения.
Поршни - 19, установленные на рычаги - 15 ротора, беспрепятственно перемещаются по кольцевому каналу. Полый, не считая поршней, кольцевой канал - 2 движения поршней - 19 ротора - 11 симметрично делится пазами - 5 на равные части. В направляющие поверхности пазов - 5 установлены переменные задвижки-планки - 4. Задвижки-планки состоят из двух частей, верхней части, глухой, сплошной, составляющей переменную поверхность минимального объема рабочей камеры, и нижней части - 25, см. фиг.6, 7, 8, полудиафрагменной формы, с полуотверстием - 26, см. фиг.6, 8, кратным сечению сферических поршней. Сверху задвижек-планок установлены бабки - 6.
На фиг.4, 5, 9 показана схема мощного двигателя с супербольшим моментом силы и вращения, с оптимальной, невысокой, скоростью вращательного движения, содержащего также комплекс комплектов вращательно-распределительных, толкательно-исполнительных механизмов и компрессорные нагнетатели - 16. Корпус - 1 данного решения содержит канал, в виде канавки, маленького сегмента, профильного сечения и симметрично расположенные по кругу полости корпуса выемки - 3 образования камер сгорания, которые делят окружность замкнутой канавки-канала на равные части. Выемки - 3 содержат пазы - 5, в которые установлены задвижки-планки - 4. Ротор - 11 сверху, так же как в варианте первом, устройства двигателя, содержит распределительные толкатели - 12, взаимодействующие при вращении ротора с задвижками - 4.
Для создания ограниченного пространства камер сгорания минимального объема выемки перекрываются переменными задвижками-планками - 4, установленными в пазы - 5. После вхождения поршня - 19 в выемку вращательный толкатель - 12 через бабки - 6, задвижки-планки перемещает ее вниз, сжимая возвратную пружину - 27, глухая часть задвижки перекрывает выемку - 3, а полудиафрагменная часть - 25 проваливается в паз. Такое взаимодействие происходит между каждым распределительным толкателем - 12 звена и каждой бабкой - 6 задвижек - 4.
В обоих вариантах устройства двигателя (см. фиг.2, 4) глухие задвижки - 4 являются образующими поверхностями минимального объема камер сгорания, которые периодически после прохождения поршнем - 19 паза - 5 с открытым каналом или в другом случае камерной выемкой - 3, когда канал - 2 (см. фиг.2) или выемку - 3 (см. фиг.4) составляет нижняя, полудиафрагменная часть - 25 задвижки - 4, после прохождения ее поршнем - 19, на бабку - 6, находящуюся над задвижкой, накатывается вращательный толкатель - 12, на оси - 13 которого вращательно установлено роликовое колесо - 14. Под действием толкателя - 12 бабка - 6 и задвижка-планка - 4 вместе с ее нижней частью - 25 перемещаются вниз вдоль направляющих поверхностей паза - 33 бабки - 6 и паза - 5 задвижки - 4. Происходит глухое перекрытие кольцевого канала -2 (см. фиг.2) или в другом варианте устройства, (см. фиг.4) выемки - 3. Таким переменным, поочередным взаимодействием вращательных толкателей - 12, установленных несколько позади поршней - 19, с бабками - 6 задвижек-планок - 4, установленных в пазы - 5 корпуса - 1, создаются пространства камер сгорания минимального объема. После закрытия глухой задвижки - 4, после образования минимального объема камер - 28, см. фиг.2, через впрыскиватель - 36 расходного бака - 39 (в первом варианте) и сопло - 24, см. фиг.9 (во втором варианте) в камеру подается окислитель, затем подается топливо через впрыскиватель - 7, создается искра через элементы зажигания - 8, происходит термопроцесс сгорания топлива с увеличением объема, раскаленных до высокой температуры газов, поршни - 19 всей группы поршней данной рабочей фазы под действием резкого толчка возникшего высокого давления сгораемых газов приобретают по кривой окружности поступательное движение вперед, по каналу, взаимодействуя с рычагом-спицей - 15, поворачивают ротор - 11 на небольшой угол и выходной цилиндрический вал - 35. Другая группа поршней, входя в другую фазу, взаимодействуя с этими же задвижками, совершая поступательное движение по кривой орбите, продолжает поворачивать ротор.
Многосуммированное, поступательное движение сферических поршней по кривым орбитам приводит ротор во вращательное движение. Продукты сгорания топлива, расширяясь, выводятся через выхлопные отверстия - 9. Возвратная пружина - 27, находящаяся в гнезде - 34, возвращает задвижку-планку - 4 в первоначальное положение. Глухая задвижка-планка - 4 поднимается вверх по пазу тела корпуса, нижняя часть - 25 задвижки, полудиафрагменной формы, с полуотверстием - 26, создает открытое сообщающееся пространство кольцевого канала - 2. Такая регулировка переменного взаимодействия происходит упорядоченно, последовательно каждым вращательным толкателем - 12 ротора - 11, с каждой бабкой - 6 и каждой задвижкой - 4 корпуса - 1. Задвижек на корпусе установлено по количеству меньше поршней, поэтому работа поршней производится группами, чередуясь через один поршень.
Механизм компрессорных нагнетателей - 16, см. фиг.9, имеет двойное функциональное значение.
1. Повышение степени сжатия топливного окислителя.
2. Буферное смягчение действия центробежной, инерционной силы на поршни.
При движении сферического поршня - 19 по образующей, криволинейной поверхности выемки - 3 и по рычагу - 15, ворота, от периферии, к оси вращения - 10, через взаимодействие оси каретки - 20, перемещающейся по пазу - 32 спицы и шток - 18, на поршне - 17, компрессорного нагнетателя - 16, открывается клапанное устройство - 22, через которое воздух из заборника - 31 по каналу внутри полости спиц поступает в пространство нагнетателя.
При смене радиального направления движения поршня - 19, когда он начинает движение по спице к периферии и входит в выемку - 3, клапаны - 22, см. фиг.4, 9, на компрессорных поршнях - 17 закрываются. Объем камеры нагнетателя -16 уменьшается. Воздух, поступивший в замкнутое, уменьшающееся пространство, сжимается. С компрессорных нагнетателей - 16 сжатый воздух поступает в сопловые каналы - 23..
При совпадении отверстий соплового канала - 23, проходящего в теле рычага, с входным отверстием сопла - 24 сферического поршня в камерное пространство минимального объема - 28 подается многократно сжатый воздух. Этот процесс происходит после взаимодействия вращательного толкателя - 12 с бабкой - 6 задвижки, после перекрытия выемки - 3 глухой задвижкой - 4. После образования минимального объема камеры сгорания включается впрыск - 7 подачи топлива, см. фиг.4, 9.
В камере сгорания - 28 минимального объема образуется горючая смесь. С элементов зажигания - 8 подается искра. Давление раскаленных газов топливной смеси толкает поршень - 19 вперед, по кругу, по образующей поверхности выемки, с колебаниями в сторону оси вращения, входя в гнездо - 21. Перемещаясь по кругу, поршень -19 снова входит в камерную выемку - 3. Создается относительное колебательно-нутационное движение поршней - 19 по кругу, через плечи рычагов - 15, в виде спиц составляющих ротор - 11, ворот в виде кабестана, момент силы передается с ротора - 11 на вал - 35, этим производится большая полезная работа. Описанный рабочий цикл повторяется впоследствии взаимодействия каждого поршня - 19, каждой группы поршней, составляющих ротор - 11, с каждой глухой задвижкой - 4, составляющей корпус - 1, и каждого вращательного толкателя - 12, составляющих ротор, с каждой бабкой - 6.
На фиг.10 показана передача вращательного движения, обладающего большим вращательным моментом, на ведущее колесо - 37 для передачи движения одному или нескольким потребителям механической энергии разного направления вращательного движения.
На фиг.11 показана передача вращательного движения, обладающего большим вращательным моментом на два ведущих колеса преобразования движения, колесо - 37, расположенное ниже ротора, и колесо - 38, расположенное над ротором - 11 двигателя.
Осуществление изобретения
Новый способ, преобразования силы и поступательного движения во вращательное, заключается в создании симметричной, относительно вертикальной оси роторно-поршневой, инерционной конструкции двигателя внутреннего сгорания, с использованием простейшей машины-рычага в виде спиц для создания большого плеча момента вращения.
В новом техническом решении используется принцип действия простейшей, самой механически выгодной машины-рычага в виде симметрично расположенных в круге ротора спиц, составляющих ворот кабестанного типа, на периферийные концы которых, так же симметрично, установлены поршни сферической формы, перемещающиеся по замкнутому кольцевому каналу, взаимодействующие с каждой глухой задвижкой комплекса, включающего вращательно-распределительные и толкательно-исполнительные механизмы создания переменного, минимального объема поверхностей, камер сгорания, составляющими корпус двигателя. Механическую выгоду машины подтверждает показатель частного от деления сопротивления на приложенное усилие.
Для создания большой силы, работы, поршень является самым, эффективным средством. Предлагаемый к разработке новый двигатель совмещает в себе лучшие качества преобразования силы и преобразования поступательного во вращательное движение за счет использования простейшей машины-рычага как движителя, обеспечивающего вращательное движение вокруг точки опоры, а также быстроходности турбины, создания силы, поршневой машины, большой инерционности, более эффективного использования центробежных сил, действующих на поршни за счет измененной новой формы ротора, и создания относительного нутационного колебательного движения поршней.
Совмещение этих положительных качеств открывает возможность широкой регулировки скорости, выходного вращательного движения за счет регулировки двигателя и за счет простейшего преобразования скорости вращательного движения.
Поршни ротора, в зависимости от назначения и конструкции двигателя, удалены от вертикальной оси его вращения на расстояние до нескольких сот сантиметров, что увеличивает момент силы вращения, определяемый произведением величины силы толчка, полученного поршнем в камере, на длину плеча.
В основе двигателя используется простейшая машина-рычаг в виде спицы, ворота вертикального кабестана.
Для увеличения момента силы, повышения энергетического эффекта, в предлагаемом техническом решении применяется много поршней, которые совершают отличительное от тела ротора, относительное, нутационно-колебательное движение в разных фазах и двигаются одновременно, по кругу, вокруг одной, общей вертикальной оси. Ротор при этом совершает ровное, сбалансированное вращение. Работа двигателя будет равна произведениям работы одного поршня на число поршней, на число глухих задвижек-планок, составляющих рабочих камер сгорания, и на число оборотов вращения ротора в единицу времени. Работа силы есть произведение силы на перемещение, направление силы и перемещение в данном изобретении совпадают. Поэтому предлагаемое техническое решение является теоретически, идеально и механически выгодной машиной.
Данное техническое решение в сравнении с современными двигателями и турбинами универсально потому, что может быть создано большого размера, с радиусом ротора в несколько сот сантиметров, для нескольких больших потребителей механической энергии одновременно, большого и маленького размера, в зависимости от требуемых характеристик и назначения двигателя и силовой установки. Может быть использовано разными потребителями.
Двигатель первого варианта исполнения может быть создан с большой скоростью вращения, с меньшим вращательным моментом, когда поршни перемещаются по кольцевому каналу, профильное сечение которого кратно сферическим поршням.
Двигатель второго варианта для получения большой мощности обладает супербольшим вращательным моментом и оптимальной невысокой скоростью вращения. Кольцевой канал в этом варианте исполнения симметрично разделен на части выемками образования камер сгорания. Переменное сечение выемок кратно сферическим поршням. Поршни ротора в этом исполнении взаимодействуют с задвижками, расположенными в выемках. Двигатель может быть создан разной, маленькой или большой мощности и размера, стационарного и передвижного действия.
Высокая суперинерционность ротора, уменьшение центробежной силы, действующей на поршни, за счет уменьшения скорости движения поршней, вызываемого его геометрической формой и приближением поршней ближе к оси с сохранением их длины связи с центром вращения, обеспечат равномерность сбалансированного, вращательного движения ротора и повысят сроки эксплуатации двигателя.
Новому энергосберегающему, эколого-щадящему данному двигателю, обладающему большим плечом момента силы и высокой суперинерционностью, требуется небольшая тепловая энергия. Такой двигатель будет обладать большой механической выгодой и большим экономическим эффектом. С небольшими затратами топлива, через передачу вращения, он сможет вращать одновременно несколько потребителей механической энергии.
Данному двигателю, с большим ведущим колесом для преобразования вращательного движения не требуется большая скорость вращения ротора. За счет присутствия преобразователя движения с большим или супербольшим вращательным моментом выходная скорость вращательного движения силовой установки будет высокой.
Стационарное исполнение нового вращательного, толкательного, многопоршневого двигателя с большим плечом момента силы позволит, используя малую энергию сжигаемого топлива, получить большую энергию на выходе вала. Важной особенностью схемы устройства двигателя является возможность изготовления его в форме купола большого размера, с большими движущими частями. Большие движущие части механизма будут создавать большую силу. Увеличение силы двигателя производится не за счет повышения качества топлива и его термодинамической способности, а за счет полезной рабочей площади, поверхности поршней, увеличения, до суперразмеров, плеча момента силы вращения и многократного увеличения числа рабочих термодинамических циклов за один оборот вращения вала, за счет повышения компрессии путем переменного создания минимального объема полостей рабочих камер и увеличения периода времени действия раскаленных газов на поршни, продления рабочего цикла. Увеличивая силу, действующую на поршни, за счет увеличения длины плеча, рычага в виде спицы ротора, ворота значительно увеличиваем мощность двигателя, первичного источника энергии.
Разработка и производство рационального, энергосберегающего, обладающего большой механической выгодой, экономичного двигателя значительно снизит выброс углекислого газа и парниковых выбросов, обеспечит создание новых рабочих мест, послужит развитию промышленного потенциала государства. Используя данный двигатель в силовых установках, будет создана громадная сеть локальных электростанций, исчезнет дефицит электроэнергии. За счет снижения тарифов на электроэнергию повысится энергообеспечение потребителей, повысится рост платежеспособности населения, поднимется уровень жизни и здоровья народа. Поэтому необходимо оказать государственную поддержку в реализации технических решений глобального значения, открыть финансирование, предоставить условия, начать организованно научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию нового двигателя внутреннего сгорания и новой простой поршневой машины.
Разновидность нового двигателя предлагаемого изобретения получит широкое применение в транспорте, авиации и других отраслях народного хозяйства. Двигатель найдет важное и перспективное применение в силовых установках при создании нового типа локальных электростанций, которые полностью заменят устаревшие и дорогостоящие в эксплуатации, с большим выбросом парниковых газов, тепловые электроцентрали (ТЭЦ). Создание большой сети экономичных локальных электростанций позволит также отказаться от дальних, дорогостоящих в эксплуатации линий электропередач (ЛЭП).
Использование двигателя с большим ведущим колесом и малыми ведомыми колесами для привода электрогенераторов будет относиться к мощным, энергосберегающим, экологически безопасным, экономичным, теоретически, идеально и механически выгодным простым силовым установкам.
Выработка предлагаемым способом дешевой, бездефицитной электроэнергии позволит отказаться от центральных трубных, тепловых, систем и водяного трубного отопления и перейти к новым кабельным сетям и электронагревательным приборам.
Двигатель может быть изготовлен по неполной, упрощенной схеме без сжигания топлива как поршневая машина, высоковыгодная, работающая только за счет перепада разницы давлений перед поршнем и после поршня, одного из доступных видов природных ресурсов, составляющих воздух, газ, пар или напор воды. Откроет перспективу рассмотрения вопроса, возможности создания, для ликвидации аварийных ситуаций на подводных объектах, поршневой, вращательной гидравлической машины, преобразующей энергию высокого гидростатического давления глубинных вод в механическую, используя для этого более низкое, атмосферное давление свободного, «аварийного» пространства объекта. Или используя высокое давление воздуха. При отсутствии или неисправности на объекте других источников энергии. Такая машина найдет применение в научных и военных глубоководных аппаратах
Техническое решение вращательно-толкательного двигателя внутреннего сгорания универсально потому, что оно в разновидности найдет широкое применение во всех областях народного хозяйства.
Силовая установка, с первичным источником этого технического решения, заменит давно устаревшую, неэкономичную паровую турбину, позволит вырабатывать электроэнергию дешевым, экономичным и всем доступным способом.
Получит применение для привода генераторов локальных электростанций.
Использование данного универсального, вращательного, толкательного двигателя в универсальных силовых установках для привода большого ведущего колеса, преобразования скорости вращательного движения и передачи механической энергии, с одинаковым и разным направлением вращения, нескольким потребителям одновременно, получит широкое применение во многоприводных средствах передвижения, с большой маневренностью в пространстве, с возможностью изменения направления движения без траектории. Получит широкое применение в машинах и многофункциональных механизмах, в военно-технических средствах и разных отраслях народного хозяйства.
Многопоршневой, быстроходный, с ротором, радиусом равным по величине до нескольких сот сантиметров, двигатель внутреннего сгорания, нового типа будет отвечать требованиям современной науки и техники. Особенностями двигателя является то, что он совмещает в себе отдельные, отличительные признаки, соблюдая при этом связи и взаимозависимости физической действительности. Подтверждая универсальность двигателя, он может быть создан большого и маленького размера, большой и маленькой выходной мощности.
Многопоршневой двигатель с ротором большого диаметра совмещает в себе, лучшие положительные качества, рациональный и экономичный способ преобразования поступательного движения во вращательное, быстроходность турбины, создание силы поршневой машины, преобразование меньшей силы в большую, обеспечение механической выгоды, приобретение новых эффективных физических свойств за счет новой геометрической формы ротора.
Предлагаемый двигатель, используемый как первичный источник энергии, будет выполнять большую работу за короткий промежуток времени.
Поэтому при большом диаметре ротора двигатель будет обладать супербольшой мощностью.
1. Вращательно-толкательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, ротор и толкательные сферические поршни, установленные на концы рычагов в виде спиц, составляющих ротор с центром инерции, смещенным вниз от точки его опоры, отличающийся тем, что двигатель включает в себя комплекс вращательно-распределительных и толкательно-исполнительных механизмов, образующих переменные поверхности создания полостей камер сгорания, вращательно-распределительные механизмы состоят из внешних распределительных толкателей, установленных по кругу сверху ротора, толкательно-исполнительные механизмы включают в себя задвижки-планки с бабками, установленными в пазы, расположенные по краю полости корпуса и пересекающие замкнутый кольцевой канал или симметрично расположенные по кругу канала выемки, на бабку наезжает роликовое колесо распределительного толкателя, ротор установлен на вертикальную ось.
2. Вращательно-толкательный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор содержит воздухозаборник и компрессорные нагнетатели топлива, выходной цилиндрический вал ротора соединен с ведущим колесом преобразования и передачи механической энергии потребителям.
3. Вращательно-толкательный двигатель по п.2, отличающийся тем, что ротор двигателя соединен со вторым ведущим колесом передачи вращательного движения.
4. Вращательно-толкательный двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он исполнен как машина, работающая для получения механической энергии, и может быть использован в подводном пространстве.
