роторно-поршневой двигатель и транспортное средство, содержащее двигатель такого типа

Формула изобретения

1. Роторно-поршневой двигатель с по меньшей мере двумя двухрычажными ротационными поршнями (6, 7; 19), расположенными в, по существу, сферическом корпусе (1) и вращающимися совместно в направлении вращения вокруг оси (8) вращения, проходящей через центр корпуса, при этом каждый ротационный поршень содержит два поршня (13-16; 29, 30) в виде поршневых рычагов, выполненных с возможностью неподвижного соединения друг с другом и расположенных, по существу, диаметрально противоположно друг другу относительно центра корпуса, причем во время их вращения ротационные поршни выполняют поворотные перемещения вперед и назад в противоположных направлениях вокруг оси (9) поворота, проходящей перпендикулярно оси (8) вращения, при этом на по меньшей мере двух поршнях (13-16; 29, 30) установлены направляющие элементы, зацепляющиеся по меньшей мере с одной направляющей канавкой (26; 32), выполненной в корпусе (1) для управления поворотными перемещениями, отличающийся тем, что направляющие элементы выполнены как свободные тела (27, 28) вращения, причем каждый из по меньшей мере двух поршней (13-16) выполнен с направляющей чашей (25, 31) для принятия одной половины одного из тел вращения, при этом соответствующие направляющие чаши (25, 31) соединены с питающим каналом для смазочной жидкости под давлением, выполненным в поршне (13-16; 29, 30) через отверстие (34), при этом либо тела (27) вращения выполнены сферическими, соответствующие направляющие чаши (25) выполнены, по существу, в виде полусферы, и направляющая канавка выполнена с, по существу, полукруглым профилем, либо тела (28) вращения выполнены эллипсоидальными, соответствующие направляющие чаши (31) выполнены, по существу, полуэллиптическими, и направляющая канавка (32) выполнена с, по существу, полуэллиптическим профилем.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждая направляющая чаша (31) выполнена в несущей части (33), установленной на поршне (29, 30), с возможностью вращения вокруг радиальной оси, проходящей перпендикулярно оси (9) поворота.

3. Двигатель по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что направляющая канавка (26; 32), расположенная на стороне корпуса, выполнена с дополнительной канавкой (35), при этом дополнительная канавка предназначена для выпуска смазочной жидкости и соединена с по меньшей мере одним сливным отверстием (36) для смазочной жидкости, выполненным в корпусе (1).

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый поршень (13-16; 29, 30) содержит поверхность (20) скольжения, обращенную к корпусу, рабочую сторону с рабочей поверхностью (21) и заднюю сторону (22), обращенную от нее, в котором две обращенные друг к другу рабочие стороны соседних поршней (13-16; 29, 30) совместно с корпусом (1) образуют рабочую камеру (23), а задние стороны (22) двух соседних поршней (13-16; 29, 30), обращенные друг к другу, совместно с корпусом (1) образуют форкамеру (24), и в области своих поверхностей (20) скольжения ширина каждого поршня (13-16; 29, 30) соответствует полному перекрытию соответствующей направляющей канавки (26; 32), расположенной на стороне корпуса и проходящей через область поворота соответствующего поршня (13-16; 29, 30).

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что управляющий кулачок для поворота поршней (13-16; 29, 30), образованный направляющей канавкой (26; 32), расположенной на стороне корпуса, определяется синусной или косинусной функцией, благодаря чему поворот оси (8) вращения на 180° определяет длительность цикла, а угол поворота поршней (13-16; 29, 30) соответственно определяет амплитуду.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый ротационный поршень (6, 7) соединен с по меньшей мере одним противовесом (40), расположенным внутри корпуса (1) и предназначенным для компенсации изменений крутящего момента, возникающих во время поворота ротационных поршней (6, 7) и направляющих элементов (27; 28), вращающихся вокруг оси (8) вращения, при этом противовес удерживается относительно соответствующего ротационного поршня (6, 7) и оси (9) поворота в таком положении, в котором масса противовеса (40) полностью или частично компенсирует изменения крутящего момента относительно оси (8) вращения, вызванные поворотными перемещениями соответствующего ротационного поршня (6, 7).

7. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что вал (11) поддерживается на обеих сторонах корпуса (1) и выполнен с возможностью вращения вокруг оси (8) вращения в направлении вращения, причем ротационные поршни (6, 7, 19) поддерживаются на концах шейки (12), которая неподвижно соединена с валом (11) и образует ось (9) поворота, при этом в каждом одном из двух участков стенки корпуса (1), окружающих вал (11), выполнены два всасывающих отверстия (42), расположенные напротив друг друга относительно оси (8) вращения, предназначенные для заполнения форкамер (24) атмосферной свежей смесью, и одно смещенное относительно них соединительное отверстие (43) перепускного канала (44), выполненного в корпусе (1) для заполнения рабочих камер (23) предварительно сжатой свежей смесью, причем вал (11) снабжен двумя ротационными золотниками (45), при этом каждый один из ротационных золотников (45) выполнен с возможностью размещения в корпусе (1) и имеет два противолежащих окна (46), которые могут быть сведены вместе с двумя всасывающими отверстиями (42) и одним из соединительных отверстий (43), благодаря чему во время вращения вала (11) на 180° все четыре окна (46) ротационных золотников (45) поочередно открывают всасывающие отверстия (42), и два из окон (46) ротационных золотников (45) открывают соединительные отверстия (43) перепускных каналов (44).

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что сферический корпус (1) разделен по соединительной плоскости (10), проходящей через ось (8) вращения, на две половины (2, 3) корпуса, при этом соединительная плоскость (10) наклонена на угол ( ) 15-30° в направлении вращения относительно верхней мертвой точки (ОТ), соответствующей максимальному сжатию.

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что перепускные каналы (44) размещены у соединительной плоскости одной из половин (2, 3) корпуса, причем центральная управляющая канавка (47), выполненная с возможностью соединения с перепускными каналами (44) и предназначенная для регулирования заполнения рабочих камер (23), встроена во внутреннюю стенку одной из половин (2, 3) корпуса, при этом поперечное сечение центральной управляющей канавки (47), по существу, соответствует удвоенному сечению одного из перепускных каналов (44).

10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что он выполнен как двигатель с внешним зажиганием, имеющий орган (48) дроссельной заслонки, форсунку (50) для впрыска топлива в одну из рабочих камер (23) и по меньшей мере одну свечу (51) зажигания, при этом орган (48) дроссельной заслонки расположен в центральном участке перепускных каналов (44), причем форсунка (50) установлена в участке стенки корпуса (1), образующем управляющую канавку (47), при этом по меньшей мере одна свеча (51) зажигания расположена в центре участка стенки корпуса (1), окружающего область поворота поршней (13-16), причем свеча (51) зажигания смещена от верхней мертвой точки (ОТ) в направлении против направления вращения на угол (µ) опережения зажигания, от которого возникает равное расстояние горения в рабочей камере (23), как по направлению вращения, так и против него, когда двигатель развивает максимальную мощность.

11. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что он выполнен как двигатель с самовоспламенением топлива, имеющий по меньшей мере одну форсунку (50) для впрыска топлива, при этом по меньшей мере одна форсунка установлена в центре участка стенки корпуса (1), окружающего область поворота поршней (13-16; 29, 30), при этом форсунка для впрыска топлива смещена относительно верхней мертвой точки (ОТ) против направления вращения на угол (µ) опережения зажигания, от которого возникает равное расстояние горения в рабочей камере (23), как по направлению вращения, так и против него, когда двигатель развивает максимальную мощность.

12. Двигатель по п.10 или 11, отличающийся тем, что каждый поршень (13-16; 29, 30) выполнен с мешковидным углублением (54; 55), образующим вихревую камеру и расположенным на торцевом участке рабочей поверхности (21) поршней, при этом торцевой участок расположен рядом с корпусом, в котором каждое углубление (54) поршней (13-16) двигателя с внешним зажиганием выполнено с базовой поверхностью (52), проходящей по меньшей мере радиально относительно оси (9) поворота, или каждое углубление (55) поршней (29, 30) двигателя с самовоспламенением топлива выполнено с одной базовой поверхностью (57), сходящейся к концу рабочей поверхности (21), расположенному рядом с корпусом.

13. Двигатель по одному из пп.4 или 7-11, отличающийся тем, что каждый из ротационных поршней (6, 7; 19) соединен с частью (17) стенки, выполненной с возможностью уплотнения относительно внутренней стенки корпуса (1), при этом часть (17) стенки расположена на шейке (12), образующей ось (9) поворота, и снабжена сферической крышкой (18), адаптированной к форме внутренней стенки, при этом в поршнях (13-16; 29, 30) выполнено множество охлаждающих каналов (58), выполненных с возможностью заполнения смазочной жидкостью из оси (8) вращения и расположенных в соответствующем поршне (13-16; 29, 30) за рабочей поверхностью (21) поршня (13-16; 29, 30), при этом охлаждающие каналы (58) сообщены с по меньшей мере одним выполненным в корпусе (1) сливным отверстием (36) для смазочной жидкости через проходы (60), расположенные в поверхности (20) скольжения соответствующего поршня (13-16; 29, 30), причем в каждой из частей (17) стенки выполнен по меньшей мере один охлаждающий участок (59), соответственно заполняемый смазочной жидкостью, при этом охлаждающий участок (59) сообщен с по меньшей мере одним сливным отверстием (36) через проход (61), выполненный в сферической крышке (18).

14. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что каждый из ротационных поршней (6, 7; 19) соединен с частью (17) стенки, выполненной с возможностью уплотнения относительно внутренней стенки корпуса (1), при этом часть (17) стенки расположена на шейке (12), образующей ось (9) поворота, и снабжена сферической крышкой (18), адаптированной к форме внутренней стенки, при этом в поршнях (13-16; 29, 30) выполнено множество охлаждающих каналов (58), выполненных с возможностью заполнения смазочной жидкостью из оси (8) вращения и расположенных в соответствующем поршне (13-16; 29, 30) за рабочей поверхностью (21) поршня (13-16; 29, 30), при этом охлаждающие каналы (58) сообщены с по меньшей мере одним выполненным в корпусе (1) сливным отверстием (36) для смазочной жидкости через проходы (60), расположенные в поверхности (20) скольжения соответствующего поршня (13-16; 29, 30), причем в каждой из частей (17) стенки выполнен по меньшей мере один охлаждающий участок (59), соответственно заполняемый смазочной жидкостью, при этом охлаждающий участок (59) сообщен с по меньшей мере одним сливным отверстием (36) через проход (61), выполненный в сферической крышке (18).

15. Транспортное средство с роторно-поршневым двигателем по одному из пп.1-14, применяемым в качестве тягового двигателя.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к роторно-поршневому двигателю, содержащему по меньшей мере два ротационных поршня с двумя рычагами, расположенными по существу в сферическом корпусе и вращающимися совместно вокруг оси вращения, проходящей через центр этого корпуса. Каждый из ротационных поршней содержит два поршня в виде поршневых рычагов, которые соединены друг с другом неподвижно, расположены по существу диаметрально противоположно друг другу относительно центра корпуса и во время вращения выполняют поворотные перемещения вперед и назад в противоположных направлениях вокруг оси поворота, проходящей перпендикулярно оси вращения, где на по меньшей мере двух поршнях выполнены направляющие элементы, взаимодействующие по меньшей мере с одной направляющей канавкой, выполненной в корпусе для управления поворотным перемещением.

Кроме того, настоящее изобретение относится к транспортному средству с таким роторно-поршневым двигателем.

Роторно-поршневой двигатель относится к категории двигателей внутреннего сгорания, где по четырехтактному методу Отто или Дизеля осуществляется рабочий цикл, состоящий из фаз впуска топливовоздушной смеси, ее сжатия, рабочего хода и выпуска продуктов сгорания, где зажигание осуществляется внешними средствами, или воспламенение осуществляется самостоятельно под воздействием возвратно-поступательных перемещений поршней между двумя крайними положениями.

Роторно-поршневой двигатель вышеуказанного типа известен из WO 03/067033 А1 и содержит два ротационных поршня, вращающихся в корпусе, который изнутри выполнен сферическим, при этом каждый ротационный поршень опирается на шейку, образующую ось поворота, через опорное кольцо, соединенное со своими поршнями и уплотненное относительно корпуса. Шейка неподвижно соединена с валом, который образует ось вращения. Каждый из поршней ротационных поршней, расположенных напротив друг друга, имеет поверхность скольжения, обращенную к корпусу, рабочую сторону с рабочей поверхностью и заднюю сторону, обращенную от нее, благодаря чему две рабочих стороны двух соседних поршней, обращенные друг к другу, определяют вместе с корпусом рабочую камеру, а задние стороны двух соседних поршней вместе с корпусом образуют форкамеру, при этом форкамера увеличивается или уменьшается в объеме в противоположном направлении от рабочих камер.

Поворотное перемещение поршней вперед и назад в обоих направлениях направляется канавкой, выполненной на внутренней стенке сферического корпуса, посредством направляющих элементов, которые определены как выполненные за одно целое с поршнем роликовые шейки или подшипники скольжения. Геометрия этой канавки, работающей, как управляющий кулачок, имеет форму круга, сжатого с диаметрально противоположных сторон. Такая направляющая в виде роликовой шейки или подшипника скольжения, расположенная в поршне, имеет недостаток, заключающийся в том, что из-за тангенциальной ориентации направляющих элементов нужно два расположенных уступами ролика, чтобы во время перехода направляющего усилия на противоположную сторону не возникало истирание канавки, вызываемое реверсированием направления вращения без качения. Подшипник скольжения, в свою очередь, создает большое трение и, тем самым, снижает эффективность и повышает износ наиболее важной части в кинематической схеме двигателя, которая заменяет коленчатый вал на двигатель с подъемным цилиндром.

Другой недостаток такой конфигурации направляющих заключается в том, что роликовые шейки установлены на задних сторонах поршней, выступая за них, и направляющие канавки на стороне корпуса, которые работают, как стенки форкамеры для предварительного сжатия, не закрыты от задних сторон поршней. Таким образом, это предварительное сжатие значительно уменьшено этим гидравлическим мертвым пространством. Более того, смазочная жидкость, необходимая для смазки роликов и направляющих канавок, может попадать через перепускные каналы в рабочую камеру частично как утекающая жидкость, что может привести к высокому расходу смазочной жидкости и синему дыму выхлопа, характерному для двухтактных двигателей, поэтому трудно выполнить требования современных стандартов к выхлопным газам автотранспортных средств, и многократное использование роторно-поршневого двигателя становится затруднительным или невозможным.

В известных роторно-поршневых двигателях идеальное массовое равновесие и распределение момента достигается за счет симметричного движения поршня. Однако из-за поворотных перемещений половин поршня его перемещение является трехмерным, уравновешенность масс и моментов здесь недостаточны для тихой работы, в отличие от двигателей с подъемным цилиндром и/или роторных двигателей. Массы поршня и направляющих элементов смещаются и приближаются к оси вращения в 90° цикле. С этим связаны изменения во вращающихся массах, приводящие к возникновению свободных сил Кориолиса, которые вызывают соответствующие флуктуации крутящего момента на оси вращения. Из-за того, что флуктуации крутящего момента дополнительно находятся в фазе с ними при рабочем ходе и сжатии, для тихой работы двигателя необходимо использовать интенсивное гашение крутильных колебаний, например, посредством гасителя крутильных колебаний на выходе, быстрого вращения масс и/или вторым двигателем, соединенным с вращающимся валом со сдвигом фазы на 90°, а также эластомерную подвеску всего агрегата.

В известном роторно-поршневом двигателе поворот поршней происходит так, что при повороте на 360° вокруг оси вращения выполняются 4 такта всасывания, сжатия, рабочего хода и выпуска в обеих рабочих камерах, образованных между поршнями. Таким образом, самовоспламенение или внешнее зажигание осуществляются каждые 180°. Более того, две форкамеры, образованные задними сторонами поршней, используются для предварительного сжатия свежей смеси (газа) и для наддува рабочих камер, благодаря чему в одну соответствующую рабочую камеру осуществляется наддув из обеих форкамер. Для управления таким газообменом создана относительно сложная конфигурация клапанов, которая содержит обратные клапаны для управления во время всасывания в форкамеры и либо магнитный клапан, управляющий байпасами, расположенными вне корпуса, либо обратные клапаны в стенках поршня с прямым проходом из форкамер в рабочие камеры.

Сферический корпус двигателя дает максимальное пространство при минимальной внешней поверхности. Это значит, что при воздушном или жидкостном охлаждении внешних поверхностей, по сравнению с двигателем с подъемным цилиндром или роторным двигателем, на единицу соответствующей мощности двигателя придется существенно меньше охлаждаемой поверхности. В частности, при использовании верхней части диапазона мощности, что позволяет геометрия сферы, дополнительно должно присутствовать внутреннее охлаждение. В известных роторно-поршневых двигателях предусмотрено внутреннее охлаждение поступающей смесью, которая охлаждает ту сторону поршней, на которой расположена форкамера и, тем самым, предварительно подогревается. Предварительный подогрев поступающей смеси считается недостатком, поскольку может привести к потере мощности и стукам и подходит только для решений с малой удельной мощностью.

Задачей настоящего изобретения является создание роторно-поршневого двигателя вышеописанного типа со сниженной стоимостью конструкции, улучшенными рабочими характеристиками и уменьшенным износом, и имеющего простую конструкцию, не имеющую вышеописанных недостатков.

Эта задача достигается за счет того, что в роторно-поршневом двигателе с по меньшей мере двумя двухрычажными ротационными поршнями, расположенными в по существу сферическом корпусе и вращающимися совместно в направлении вращения вокруг оси вращения, проходящей через центр корпуса, при этом каждый ротационный поршень содержит два поршня в виде поршневых рычагов, выполненных с возможностью неподвижного соединения друг с другом и расположенных по существу диаметрально противоположно друг другу относительно центра корпуса, причем во время их вращения ротационные поршни выполняют поворотные перемещения вперед и назад в противоположных направлениях вокруг оси поворота, проходящей перпендикулярно оси вращения, при этом на по меньшей мере двух поршнях установлены направляющие элементы, зацепляющиеся по меньшей мере с одной направляющей канавкой, выполненной в корпусе для управления поворотными перемещениями, направляющие элементы выполнены как свободные тела вращения, причем каждый из по меньшей мере двух поршней выполнен с направляющей чашей для принятия одной половины одного из тел вращения, при этом соответствующие направляющие чаши соединены с питающим каналом для смазочной жидкости под давлением, выполненным в поршне, через отверстие, при этом либо тела вращения выполнены сферическими, соответствующие направляющие чаши выполнены по существу в виде полусферы, и направляющая канавка выполнена с по существу полукруглым профилем, либо тела вращения выполнены эллипсоидальными, соответствующие направляющие чаши выполнены по существу полуэллиптическими, и направляющая канавка выполнена с по существу полуэллиптическим профилем.

Предпочтительно каждая направляющая чаша выполнена в несущей части, установленной на поршне, с возможностью вращения вокруг радиальной оси, проходящей перпендикулярно оси поворота.

Предпочтительно также направляющая канавка, расположенная на стороне корпуса, выполнена с дополнительной канавкой, при этом дополнительная канавка предназначена для выпуска смазочной жидкости и соединена с по меньшей мере одним сливным отверстием для смазочной жидкости, выполненным в корпусе.

Еще более предпочтительно каждый поршень содержит поверхность скольжения, обращенную к корпусу, рабочую сторону с рабочей поверхностью и заднюю сторону, обращенную от нее, в котором две обращенные друг к другу рабочие стороны соседних поршней совместно с корпусом образуют рабочую камеру, а задние стороны двух соседних поршней, обращенные друг к другу, совместно с корпусом образуют форкамеру, и в области своих поверхностей скольжения, ширина каждого поршня соответствует полному перекрытию соответствующей направляющей канавки, расположенной на стороне корпуса и проходящей через область поворота соответствующего поршня.

Кроме того, управляющий кулачок для поворота поршней, образованный направляющей канавкой, расположенной на стороне корпуса, может определяться синусной или косинусной функцией, благодаря чему поворот оси вращения на 180° определяет длительность цикла, а угол поворота поршней соответственно определяет амплитуду.

Дополнительно каждый ротационный поршень может быть соединен с по меньшей мере одним противовесом, расположенным внутри корпуса и предназначенным для компенсации изменений крутящего момента, возникающих во время поворота ротационных поршней и направляющих элементов, вращающихся вокруг оси вращения, при этом противовес удерживается относительно соответствующего ротационного поршня и оси поворота в таком положении, в котором масса противовеса полностью или частично компенсирует изменения крутящего момента относительно оси вращения, вызванные поворотными перемещениями соответствующего ротационного поршня.

Предпочтительно вал поддерживается на обеих сторонах корпуса и выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения в направлении вращения, причем ротационные поршни поддерживаются на концах шейки, которая неподвижно соединена с валом и образует ось поворота, при этом корпус, в каждом одном из двух участков стенки корпуса, окружающих вал, выполнены два всасывающих отверстия, расположенные напротив друг друга относительно оси вращения, предназначенные для заполнения форкамер атмосферной свежей смесью, и одно смещенное относительно них соединительное отверстие перепускного канала, выполненного в корпусе для заполнения рабочих камер предварительно сжатой свежей смесью, причем вал снабжен двумя ротационными золотниками, при этом каждый один из ротационных золотников выполнен с возможностью размещения в корпусе и имеет два противолежащих окна, которые могут быть сведены вместе с двумя всасывающими отверстиями и одним из соединительных отверстий, благодаря чему во время вращения вала на 180° все четыре окна ротационных золотников поочередно открывают всасывающие отверстия, и два из окон ротационных золотников открывают соединительные отверстия перепускных каналов.

Кроме того, сферический корпус разделен по соединительной плоскости, проходящей через ось вращения, на две половины корпуса, при этом соединительная плоскость наклонена на угол ( ) 15-30° в направлении вращения относительно верхней мертвой точки (ОТ), соответствующей максимальному сжатию.

Дополнительно перепускные каналы могут быть размещены у соединительной плоскости одной из половин корпуса, причем центральная управляющая канавка, выполненная с возможностью соединения с перепускными каналами и предназначенная для регулирования заполнения рабочих камер, встроена во внутреннюю стенку одной из половин корпуса, при этом поперечное сечение центральной управляющей канавки по существу соответствует удвоенному сечению одного из перепускных каналов.

Предпочтительно двигатель выполнен как двигатель с внешним зажиганием, имеющий орган дроссельной заслонки, форсунку для впрыска топлива в одну из рабочих камер и по меньшей мере одну свечу зажигания, при этом орган дроссельной заслонки расположен в центральном участке перепускных каналов, причем форсунка установлена в участке стенки корпуса, образующем управляющую канавку, при этом по меньшей мере одна свеча зажигания расположена в центре участка стенки корпуса, окружающего область поворота поршней, причем свеча зажигания смещена от верхней мертвой точки (ОТ) в направлении против направления вращения на угол (µ) опережения зажигания, от которого возникает равное расстояние горения в рабочей камере как по направлению вращения, так и против него, когда двигатель развивает максимальную мощность.

Более предпочтительно двигатель выполнен как двигатель с самовоспламенением топлива, имеющий по меньшей мере одну форсунку для впрыска топлива, при этом по меньшей мере одна форсунка установлена в центре участка стенки корпуса, окружающего область поворота поршней, при этом форсунка для впрыска топлива смещена на угол (µ) опережения зажигания против направления вращения относительно верхней мертвой точки (ОТ), от которого возникает равное расстояние горения в рабочей камере как по направлению вращения, так и против него, когда двигатель развивает максимальную мощность.

Кроме того, каждый поршень может быть выполнен с мешковидным углублением, образующим вихревую камеру и расположенным на торцевом участке их рабочих поверхностей, при этом торцевой участок расположен рядом с корпусом, в котором каждое углубление поршней двигателя с внешним зажиганием выполнено с базовой поверхностью, проходящей по меньшей мере приблизительно радиально относительно оси поворота, или каждое углубление поршней двигателя с самовоспламенением топлива выполнено с одной базовой поверхностью, сходящейся к концу рабочей поверхности, расположенному рядом с корпусом.

Дополнительно каждый из ротационных поршней может быть соединен с частью стенки, выполненной с возможностью уплотнения относительно внутренней стенки корпуса, при этом часть стенки расположена на шейке, образующей ось поворота, и снабжена сферической крышкой, адаптированной к форме внутренней стенки, при этом в поршнях выполнено множество охлаждающих каналов, выполненных с возможностью заполнения смазочной жидкостью из оси вращения и расположенных в соответствующем поршне за рабочей поверхностью поршня, при этом охлаждающие каналы сообщены с по меньшей мере одним, выполненным в корпусе сливным отверстием для смазочной жидкости через проходы, расположенные в поверхности скольжения соответствующего поршня, причем в каждой из части стенки выполнен по меньшей мере один охлаждающий участок, соответственно заполняемый смазочной жидкостью, при этом охлаждающий участок сообщен с по меньшей мере одним сливным отверстием через проход, выполненный в сферической крышке.

Другим аспектом настоящего изобретения является транспортное средство с роторно-поршневым двигателем вышеуказанного типа, применяемым в качестве тягового двигателя.

Более конкретно, преимущества настоящего изобретения на основе направляющих чаш и направляющей канавки достигаются благодаря компактной конструкции роторно-поршневого двигателя, т.е. возникает конструктивно простая конфигурация направляющих для поршней, которая соединяет в себе преимущества низкого трения сложной двухроликовой направляющей и простоту направляющей на подшипнике скольжения и, тем самым, обеспечивает направление поршней с низким износом.

Во втором варианте настоящего изобретения, когда корпус, в отличие от варианта со сферическими направляющими элементами, может быть выполнен с более узкой направляющей канавкой, поршни совершают увеличенный поворот и, тем самым, образуют объемы камеры, которые можно использовать в большей степени, при том же напряжении материала и при одинаковом размере корпуса.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

Следует понимать, что вышеупомянутые признаки, которые будут пояснены ниже, могут использоваться не только, как описано, но и в других комбинациях или индивидуально, не выходя из объема настоящего изобретения.

Ниже следует подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 - общий вид в перспективе с частичным вырезом первого варианта роторно-поршневого двигателя по настоящему изобретению.

Фиг.2 - разнесенный вид в перспективе компонентов внутренней части роторно-поршневого двигателя по фиг.1.

Фиг.3 - вид в перспективе половины корпуса роторно-поршневого двигателя по фиг.1.

Фиг.4 - двухрычажный ротационный поршень роторно-поршневого двигателя, вид сбоку и с частичным сечением по линии IV-IV на фиг.5.

Фиг.5 - двухрычажный ротационный поршень по второму варианту роторно-поршневого двигателя по настоящему изобретению, вид спереди с частичным сечением по линии V-V на фиг.4.

Фиг.6 - сечение роторно-поршневого двигателя по фиг.1 в плоскости в соответствии с частичным сечением корпуса на фиг.1.

Фиг.7 - сечение роторно-поршневого двигателя по фиг.1 по линии VII-VII на фиг.6.

Фиг.8 - сечение роторно-поршневого двигателя по фиг.1 по линии VIII-VIII на фиг.6, где ротационные поршни повернуты в соответствующее среднее положение поворота.

Фиг.9 - сечение роторно-поршневого двигателя по фиг.1 по линии IX-IX на фиг.6, где ротационные поршни повернуты в соответствующие концевые положения.

Фиг.10 - сечение роторно-поршневого двигателя по фиг.1. по линии Х-Х на фиг.9.

Фиг.11 - транспортное средство с роторно-поршневым двигателем по настоящему изобретению, используемым в качестве приводного двигателя.

Роторно-поршневой двигатель по фиг.1, показанный как двигатель с внешним зажиганием, имеет по существу сферический корпус 1 со сферической внутренней поверхностью, которая разделена соединительной плоскостью 10 на две половины 2 и 3 корпуса, соединенные друг с другом через кольцевой фланец 4 или 5 и не показанные винты. В корпусе 1 расположены два двухрычажных ротационных поршня 6 и 7, которые совместно вращаются вокруг оси 8 вращения, проходящей в центре корпуса и, тем самым, выполняют поворотные перемещения вперед и назад в противоположных направлениях, частично перекрывая вращательное движение, вокруг оси 9 поворота, которая проходит перпендикулярно оси 8 вращения. Ось 8 вращения образована валом 11, который поддерживается на обеих сторонах корпуса и который выполнен как вал-шестерня.

Каждый ротационный поршень 6 и 7 имеет два поршня 13 и 14 или 15 и 16, соответственно, расположенные по существу диаметрально противоположно друг другу в виде поршневых рычагов, которые неподвижно соединены друг с другом и с частью 17 стенки, которая может быть уплотнена относительно внутренней стенки корпуса 1, и поддерживаются на концах шейки 12, которая неподвижно соединена с валом 11 и образует ось 9 поворота. Каждая часть 17 стенки снабжена сферической крышкой 18, адаптированной к форме внутренней стенки. Поршни 13, 14 и 15, 16 ротационных поршней 6 или 7, соответственно, расположены напротив друг друга и каждый имеет поверхность 20 скольжения, обращенную к корпусу, рабочую сторону с рабочей поверхностью 21, проходящей по существу радиально относительно оси 9 поворота, и заднюю сторону 22, обращенную от нее, благодаря чему обращенные друг к другу две рабочие поверхности 21 двух соседних поршней 13 и 15 или 14 и 16, соответственно, образуют в корпусе 1 рабочую камеру 23, а обращенные друг к другу задние стороны 22 двух соседних поршней 13 и 15 или 14 и 16, соответственно, образуют форкамеру 24, увеличивающуюся или уменьшающуюся в объеме в противоположном направлении относительно рабочей камеры 23.

Направляющие элементы, зацепляющиеся с по меньшей мере одной направляющей канавкой 26, выполненной в корпусе 1, и установленные для управления поворотными перемещениями ротационных поршней 6 и 7, расположены на поверхностях 20 скольжения поршней 13-16. В варианте, показанном на фиг.1-4 и 6-9, направляющие элементы выполнены как свободные сферические тела 27 вращения, а каждый поршень 13-16 снабжен по существу полусферической направляющей чашей 25 для приема одной половины одного из тел 27 вращения, и направляющей канавке 26 на стороне корпуса придан по существу полукруглый профиль.

Как показано на фиг.5, двухрычажный ротационный поршень 19 по второму варианту роторно-поршневого двигателя по настоящему изобретению снабжен поршнями 29 и 30, каждый из которых снабжен по существу полуэллиптической направляющей чашей 31 для приема одной половины свободного эллипсоидального тела 28 вращения. Направляющей канавке 32 для тел 28 вращения придан, соответственно, по существу полуэллиптический профиль.

Согласно иллюстрации, каждая направляющая чаша 31 может быть выполнена в несущей части 33, установленной с возможностью вращения в поршне 30 вокруг радиальной оси, которая перпендикулярна оси поворота, благодаря чему тела 28 вращения могут повторять кривизну направляющей канавки 32 без заклинивания. Соответственно можно осуществлять передачу мощности с преимущественно низким контактным напряжением между телами 28 вращения и направляющей канавкой 32. Этот вариант имеет преимущества, в частности, для роторно-поршневого двигателя по настоящему изобретению, обладающего улучшенными рабочими характеристиками.

Каждая из направляющих чаш 25 или 31, соответственно, соединена с каналом для подачи под давлением смазочной жидкости, выполненным в соответствующем поршне 13-16 или 29, 30, соответственно, через отверстие 34, которое открывается в участок основания. В то же время, во время смазки направляющих элементов можно добиться гидравлической компенсации люфта между направляющими чашами и направляющими канавками 26 или 32 так, что можно предотвратить образование следов вибраций или изъязвлений, снизить трение и повысить, тем самым, эффективность роторно-поршневого двигателя.

В каждой направляющей канавке 26 или 32, соответственно, расположенной на стороне корпуса, выполнена дополнительная меньшая канавка 35, которая углублена в участок основания ее профиля и которая предназначена для отвода смазочной жидкости и которая соединена по меньшей мере с одним сливным отверстием 36 для смазочной жидкости, выполненным в корпусе 1. Таким образом можно предотвратить накопление смазочной жидкости перед циркулирующими направляющими элементами и обеспечить дренаж смазочной жидкости в специальный контейнер 37.

В отличие от управляющего кулачка, известного из вышеупомянутого роторно-поршневого двигателя и выполненного в форме круга, сжатого с диаметрально противоположных сторон, управляющий кулачок, образованный направляющими канавками 26 или 32, соответственно, расположенный на стороне корпуса, предназначен для поворота поршней по синусной или косинусной функции, благодаря чему вращение оси вращения на 180° определяет длительность цикла, и угол поворота поршней определяет амплитуду. Преимущество этого варианта заключается в том, что можно добиться безударного вращения направляющих элементов в направляющих канавках, в частности, при переходах в максимумах и минимумах, а также в положении переворота соответствующего управляющего кулачка.

В области своих поверхностей 20 скольжения ширина поршней 13-16 или 29, 30, соответственно, соответствует полному перекрытию соответствующих направляющих канавок 26 или 32, расположенных на стороне корпуса и проходящих поперек участка поворота соответствующего поршня. Таким образом, канавка может быть постоянно закрыта и уплотнена относительно рабочих камер 23, а также относительно форкамер 24. При этом можно не только добиться высокого предварительного сжатия, вплоть до избыточного давления 1 бар, но и сократить протечку жидкости до величин, соответствующих современным двигателям с подъемным цилиндром, не ухудшая смазку циркулирующих направляющих элементов.

Каждый из ротационных поршней 6 и 7 соединен с противовесом 40, показанным как состоящее из двух частей тело, расположенное внутри корпуса 1 для уравновешивания свободных сил Кориолиса, создаваемых изменением вращающейся массы во время поворота поршней 13-16 или 29, 30, соответственно, вращающихся вокруг оси 8 вращения, и направляющих элементов (тела 27 или 28 вращения), соответственно. Как показано на фиг.1 и 2, в каждом противовесе 40 выполнено центральное углубление 41, и он интегрирован со сферической крышкой 18. Противовесы 40, предпочтительно состоящие из тяжелого металла, например вольфрама, свинчены с ротационными поршнями 6 и 7 и расположены относительно оси 9 поворота так, что противовесы наклонены относительно плоскости, образованной направляющими элементами (тела 27 или 28 вращения), на некоторый угол так, что массы противовесов 40 по меньшей мере частично компенсируют изменения крутящих моментов, создаваемые подходом поршней и направляющих элементов к оси 8 вращения или отходом от нее посредством относительного контрдвижения относительно оси 8 вращения. При этом можно достичь заранее заданного частичного, полного или даже избыточного уравновешивания изменений крутящего момента, в зависимости от габаритов противовеса. Избыточное уравновешивание очень большими контрмассами оказывает сглаживающее влияние на неравномерность выходного крутящего момента двигателя, поэтому можно получить преимущественно тихо работающий двигатель. Кроме того, большие контрмассы дают преимущество, заключающееся в том, что дополнительный маховик за пределами корпуса становится ненужным.

В участках стенки, принимающих подшипники вала 11, корпус 1 выполнен с двумя всасывающими отверстиями 42, расположенными напротив друг друга относительно оси 8 вращения и предназначенными для заполнения форкамер 24 свежей топливовоздушной смесью, и с одним смещенным относительно них соединительным отверстием 43 перепускного канала 44, выполненного в корпусе, для заполнения рабочих камер 23 предварительно сжатой смесью. Вал 11 снабжен двумя ротационными золотниками (45), которые выполнены с возможностью размещения в корпусе и приданы соответствующему одному из участков стенки, при этом каждый из них имеет два противолежащих окна 46, которые можно совмещать с всасывающими отверстиями 42, а также с соединительным отверстием 43, благодаря чему во время поворота вала 11 на 180° все четыре окна 46 поочередно открывают всасывающие отверстия 42, и два из окон 46 открывают соединительные отверстия 43 перепускных каналов 44. Преимуществом этого варианта является то, что достигается простая, экономически эффективная конструкция управляющего устройства, осуществляющего поочередное заполнение, посредством которого можно управлять газообменом непосредственно и без использования клапанов.

Как, в частности, показано на фиг.6, корпус 1 выполнен так, что соединительная плоскость 10, проходящая через ось 8 вращения, наклонена под углом , величина которого составляет 15-30° от верхней мертвой точки ОТ, соответствующей максимальному сжатию, в направлении вращения вала 11. Преимущество этого варианта заключается в том, что он позволяет получить оптимальную конфигурацию всасывающих отверстий 42 для соответствующих форкамер 24 относительно положения верхней мертвой точки, независимо от того, как разделен корпус, и также в том, что перепускные каналы 44 можно встроить в соединительную плоскость одной из половин корпуса, показанной на иллюстрации как нижняя половина 3, и объединить их сечение в центре. Центральная управляющая канава 47, которая может быть соединена с центральным участком перепускных каналов 44 для регулирования заполнения рабочей камеры 23, выполнена во внутренней стенке одной из деталей корпуса, на иллюстрации показанной как верхняя половина 2 корпуса. Ее длина проходит на протяжении периферического угла внутренней стенки, величина которого составляет 30-60°, и ее сечение по существу соответствует двойному сечению одного из перепускных каналов 44. Преимущество этого варианта заключается в том, что он позволяет осуществлять постоянное заполнение рабочих камер 23 во время периода, который может быть заранее определен геометрией управляющей канавки 47.

В показанном варианте роторно-поршневого двигателя используется внешнее зажигание и орган 48 дроссельной заслонки, плоский золотник, показанный на иллюстрации, установлен в центральном участке перепускных каналов 44. Топливная форсунка 50 установлена в участке стенки корпуса 1, определяющем управляющую канавку 47, и направлена к соответственно открывающимся рабочим камерам 23. В центре участка стенки корпуса 1, окружающего область поворота поршней 13-16, установлена по меньшей мере одна свеча 51 зажигания, которая смещена от верхней мертвой точки ОТ против направления вращения вала 11 на угол µ опережения зажигания, и из этого положения в камере сгорания существуют одинаковые расстояния горения как в направлении вращения вала, так и в обратном направлении, когда двигатель развивает максимальную мощность. Преимуществами такого варианта являются конфигурация свечи 51 зажигания, которая может быть получена и оптимизирована в отношении задержки выжигания топлива, и короткие и экономически эффективные пути потоков, не испытывающих сопротивления клапанов. При этом могут быть достигнуты высокие рабочие характеристики и хорошее поведение при холодном пуске, а также прямое управление мощностью.

В варианте, когда в двигателе применяется самовоспламенение смеси, по меньшей мере одну топливную форсунку для впрыска топлива можно установить в центре участка стенки корпуса 1, окружающего участок поворота поршней 13-16, при этом топливные форсунки смещены от верхней мертвой точки ОТ в направлении, противоположном направлению вращения вала 11 за угол опережения впрыска, в положение, от которого существует одинаковое расстояние горения в рабочей камере 23 в направлении вращения и в противоположном направлении, когда двигатель развивает максимальную мощность. Преимущество этого варианта заключается в конфигурации топливной форсунки, которую позволяет получить этот вариант, и в оптимизации задержки выжигания топлива.

Каждый из поршней 13-16 и 29, 30 выполнен с мешковидным углублением 54 или 55, соответственно, образующим вихревую камеру, расположенную на торцевом участке, согласно иллюстрации, приблизительно в верхней половине рабочей поверхности 21, при этом торцевой участок расположен рядом с корпусом, благодаря чему углубления 54 в поршнях 13-16 двигателя с внешним зажиганием выполнены с базовой поверхностью 52, проходящей по меньшей мере приблизительно радиально относительно оси 9 поворота, тогда как каждое углубление 55 поршней 29, 30 двигателя с самовоспламенением смеси выполнено с одной базовой поверхностью 57, сходящейся к концу рабочей поверхности 21, расположенному рядом с корпусом, что, согласно иллюстрации, образует полость в виде "половинки сердца". Преимущество этих углублений заключается в том, что благодаря турбулентности свежей смеси, которую можно получить с их помощью, предотвращается детонация в двигателе с внешним зажиганием или достигаются более высокие рабочие характеристики в двигателе с самовоспламенением смеси, где улучшается процесс горения благодаря турбулентности свежей смеси.

В каждом из поршней 13-16 или 29, 30, соответственно, выполнено множество охлаждающих каналов 58, которые могут заполняться смазочной жидкостью от оси 8 вращения и которые расположены за соответствующей рабочей поверхностью в участках стенки, содержащих рабочие поверхности 21. Охлаждающие каналы 58 соединены со сливным отверстием 36 для смазочной жидкости, выполненным в нижней половине 3 корпуса, через проходы 60, выполненные в поверхности 20 скольжения соответствующего поршня 13-16 или 29, 30. Каждая из частей 17 стенки ротационного поршня 6, 7 или 19, соответственно, выполнена по меньшей мере с одним охлаждающим участком 59, который соответственно выполнен с возможностью заполнения смазочной жидкостью и обращен к сферической крышке 18. Охлаждающий участок 59 соединен со сливным отверстием 36, выполненным в контейнере 37 для смазочной жидкости, через по меньшей мере один проход 61, выполненный в сферической крышке 18. Преимущество этого варианта заключается в том, что перегрев внутренней части двигателя можно предотвратить непосредственным охлаждением частей стенки, образующих рабочие камеры 23, и в том, что теплоту можно просто отводить вместе со смазочной жидкостью.

Выхлопные газы, образующиеся в результате сгорания, выводятся через прорезь 62 для выхлопной трубы, выполненную в нижней половине 3 корпуса, размеры которой определяются системой управления газообменом.

Транспортное средство по фиг.11 имеет кузов 64, переднее колесо 65, заднее колесо 86 и стабилизирующее устройство 67 в виде опорных роликов, которые можно поднимать вверх. Роторно-поршневой двигатель по настоящему изобретению используется как приводной двигатель 68.