EA005304B1 - Моторгенератор - Google Patents

Abstract

Моноблочный моторгенератор, в котором новый шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания двухтактной схемы со спаренными кулачками, работающий преимущественно на постоянных оборотах, приводит в движение группу магнитов (24) относительно неподвижной обмотки (С) для выработки электрической энергии.

Description

Изобретение относится к конструкции генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую. В частности, оно направлено на усовершенствование комбинации механического двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора для выработки электрической энергии.

Уровень техники

С глубокой древности человек думал, как легче и лучше справиться со своими повседневными обязанностями, которые требуют для своего выполнения тех или иных форм энергии. На заре веков для этого человек мог положиться только на свои собственные силы. Со временем он научился пользоваться огнем, приручил животных, через некоторое время научился получать и использовать пар, а затем появился и двигатель внутреннего сгорания. Не заставило себя ждать и электричество. С самого начала эры электричества человек осознал его мощь, хотя понятия не имел, что с ней делать. Он попрежнему делал все своими руками, использовал руки товарищей, свой домашний скот, паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания, распространенность которых росла день ото дня. Электричество, каким мы его знаем, обеспечивает нас почти всем, что нужно для жизни с момента рождения и до самой смерти. Без электричества не было бы холодильников, микроволновых печей, телевидения, радио, компьютеров и массы других полезных для человека электроприборов. Нужно хотя бы раз столкнуться с отключениями электричества, чтобы осознать все многообразие применений электричества, окружающих нас. Неоспоримым фактом является то, что ныне человек стал практически полностью зависимым от электричества в каждой мелочи своей жизни - и на работе, и дома. Без него он погружается во мрак, словно далекий пращур, обитавший в пещере, а в то же время перебои в электроснабжении случаются все чаще и дольше. Некоторые компании-производители электроэнергии даже прибегают к политике преднамеренных отключений электроэнергии в наиболее напряженные летние дни, когда недостаток электроэнергии вызван большим энергопотреблением работающих кондиционеров. Одним из ответов на дефицит электроэнергии является ее приобретение у других производителей электроэнергии, но это не является долговременным решением проблемы.

В настоящее время потребности в электроэнергии возрастают. Каждый день открываются новые области применения электричества. С ростом населения всюду вырастают новые дома, строятся новые заводы и фабрики, обеспечивающие людей товарами и рабочими местами. Для всего этого нам нужно больше и больше электроэнергии. Поскольку новые электростанции строят не так и часто, потребность в аварийных генераторах электрической энергии стала поистине всеобщей. И хотя нужда в аварийных генераторах - экономичных, надежных и доступных - никогда не была столь велика, в будущем она будет еще острее.

Данное изобретение направлено на удовлетворение этой потребности в передвижных (переносных) относительно легких высокоэффективных и экономичных генераторах, использующих для выработки электрической энергии двигатели внутреннего сгорания, приводящие в движение электромагнитные обмотки.

Краткое изложение сущности изобретения

Данное изобретение направлено на усовершенствование как стационарных, так и передвижных источников электрической энергии, в конструкции которых объединены двигатель внутреннего сгорания и генератор. В частности, используется оригинальный тип двигателя внутреннего сгорания - роторный, в котором электрический генератор объединяется с ротором двигателя внутреннего сгорания. Цилиндры с камерой сгорания и поршни этого двигателя перемещаются вдоль бесконечных пазов спаренных кулачков. В предпочтительном исполнении он работает по схеме, близкой к двухтактной, при относительно постоянных скоростях. Целью этого является создание мощного, компактного, легкого двигателя внутреннего сгорания с высоким КПД и легкоприспосабливаемой конструкцией, способного эффективно работать при использовании широкого спектра углеродных топлив. При этом он должен иметь и низкую стоимость.

Объектом данного изобретения является двигатель внутреннего сгорания с повышенной приспосабливаемостью конструкции для обеспечения соответствия всем возможным видам сгорания и последующего преобразования энергии.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания с более длительным выстоем в верхней мертвой точке хода поршня, что обеспечивает более полное сгорание воспламененной топливовоздушной смеси в цилиндре, когда поршень практически неподвижен относительно своего положения в соответствующем цилиндре.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания с более длительным выстоем в верхней мертвой точке хода поршня, что обеспечивает более полное расширение воспламененной топливовоздушной смеси в цилиндре с целью создания намного более высокого давления внутри цилиндра, когда поршень практически неподвижен относительно своего положения в соответствующем цилиндре.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания, не требующий установки прокладки головки цилиндра, которая могла бы ограничивать способность двигателя выдерживать чрезвычайно высокие давления в цилиндрах.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания с бесконечным переменным профилем паза кулачка с целью достижения наиболее эффективного преобразования линейного движения поршня во вращательное движение ротора моторгенератора.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания с более длительным выстоем в нижней мертвой точке хода поршня, что обеспечивает полный выпуск отработанных газов, когда поршень практически неподвижен относительно своего положения в соответствующем цилиндре.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания с более длительным выстоем в нижней мертвой точке хода поршня, так что каждый цилиндр, имеющий поршень, может быть полностью очищен или продут от отработанных газов, когда поршень практически неподвижен относительно своего положения в соответствующем цилиндре.

Объектом данного изобретения является также обеспечение более длительного выстоя в нижней мертвой точке хода поршня многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, что обеспечивает очистку, продувку и внутреннее воздушное охлаждение каждого цилиндра в то время, когда выпускные клапаны остаются открытыми на протяжении более длительного периода практически неподвижного положения.

Объектом данного изобретения является также двухтактный многоцилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором каждый поршень имеет более длительное время выстоя, так что выпускной клапан соответствующего цилиндра находится в положении полного закрытия перед подачей топлива в цилиндр.

Объектом данного изобретения является также двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий средство для обеспечения более длительного времени выстоя в нижней мертвой точке каждого хода поршня, так что впрыск топлива в цилиндр перед очередным рабочим ходом завершается в то время, когда поршень практически неподвижен относительно соответствующего ему цилиндра.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания, содержащий оппозитные спаренные кулачки бесконечного профиля для управления движением поршня, причем эти спаренные кулачки обеспечивают бесступенчатое регулирование хода сжатия для каждого поршня с целью оптимизации сгорания выборочно подходящего топлива.

Объектом данного изобретения является также роторный двигатель двухтактного типа, содержащий кулачковый механизм, который позволяет установить многократное зажигание в каждом цилиндре на протяжении каждого полного оборота ротора двигателя.

Объектом данного изобретения является также двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для использования в моноблочном моторгенераторе, содержащем упомянутые объекты.

Объектом данного изобретения является также средство для выработки электрической энергии путем преобразования механической энергии в электрическую с использованием двигателя внутреннего сгорания таким образом, что вращающаяся масса узла ротора двигателя является также ротором генератора.

Наиболее общей целью данного изобретения является создание компактного, легкого источника электрической энергии с высоким КПД, который может быть как передвижным, так и стационарным, имеет низкую себестоимость производства, а также является надежным в работе и экологичным.

При изложении сущности изобретения указанные и последующие его цели и задачи, отличительные черты и достоинства станут понятными специалистам из приведенного ниже подробного описания предпочтительного исполнения, поясняемого прилагаемыми чертежами.

На данных чертежах фиг. 1 представляет собой вид моторгенератора в разобранном состоянии, на котором показаны основные узлы моторгенератора по данному изобретению, упоминаемые в приведенном далее описании изобретения;

фиг. 1А представляет собой увеличенное поперечное сечение клапанного узла, обозначенного позицией N на фиг. 1;

фиг. 2 представляет собой поперечное сечение моторгенератора, показанного на фиг. 1 (передняя крышка картера снята), причем некоторые цилиндры и поршни двигателя показаны в проекции, тогда как остальные - в разрезе;

фиг. 2А представляет собой поперечное сечение, выполненное практически по линии 2А-2А фиг. 2, показывающее внутреннее расположение частей в собранном состоянии, причем показана крышка картера, условно снятая на фиг. 2;

фиг. 3 представляет собой вид спереди в разрезе со снятой передней крышкой картера, аналогичный фиг. 2, однако, показывающий ролики кулачков, и свечи зажигания, не изображенные на фиг. 2;

фиг. ЗА представляет собой поперечное сечение с установленной передней крышкой картера, аналогичное фиг. 2А, выполненное практически по линии ЗА-ЗА фиг. 3 с направлением взгляда по стрелкам на фигуре;

фиг. 4 представляет собой еще один вид спереди в разрезе устройства со снятой передней крышкой картера, аналогичный показанному на фиг. 2 и 3, где показана половина узла спаренного кулачкового механизма и взаимодействие с ними роликов кулачков;

фиг. 4А представляет собой поперечное сечение с установленной передней крышкой картера, аналогичное фиг. 2 А и 3А, выполненное практически по линии 4А-4А фиг. 4 с направлением взгляда по стрелкам на фигуре;

фиг. 5 представляет собой еще один вид спереди в разрезе устройства, аналогичный показанному на фиг. 2, 3 и 4, на котором изображено расположение изолированных электродов, которые устанавливаются в условно снятой передней крышке картера;

фиг. 5А представляет собой поперечное сечение с установленной передней крышкой картера, выполненное практически по линии 5А-5А фиг. 5 с направлением взгляда по стрелкам на фигуре аналогично фиг. 2 А, ЗА и 4 А;

фиг. 6 представляет собой цикловую диаграмму движения поршня и фаз работы двигателя на протяжении двух рабочих циклов для полного оборота на 360° ротора двигателя;

фиг. 7 представляет собой графическое изображение схемы паза кулачка, на которой кулачок показан во взаимосвязи с фазами работы двигателя, показанными, в частности, на диаграмме фиг. 6;

фиг. 8 представляет собой вид спереди в разрезе, аналогичный приведенным на фиг. 2-5 (передняя крышка картера снята), где показано взаимодействие частей во время выполнения зажигания одновременно в двух цилиндрах; для ясности части, являющиеся преимущественно неподвижными, условно показаны как вращающиеся, а части, являющиеся преимущественно вращающимися, условно показаны как неподвижные;

фиг. 8А представляет собой поперечное сечение моторгенератора, изображенного на фиг. 8, с установленной передней крышкой картера; сечение выполнено практически по линии 8А8А фиг. 8 с направлением взгляда по стрелкам на фигуре;

фиг. 9 представляет собой вид моторгенератора спереди в разрезе, аналогичный приведенному на фиг. 8 (передняя крышка картера снята), где показано положение частей в момент окончания выстоя в конце рабочего хода;

фиг. 9А представляет собой поперечное сечение моторгенератора с установленной передней крышкой картера; сечение выполнено практически по линии 9А-9А фиг. 9;

фиг. 10 представляет собой вид спереди в разрезе, аналогичный приведенному на фиг. 9 (передняя крышка картера снята), где показан момент окончания рабочего хода для двух поршней;

фиг. 10А представляет собой поперечное сечение, выполненное практически по линии 10А-10А фиг. 10; направление взгляда по стрелкам на фигуре;

фиг. 10В представляет собой местный увеличенный вид центральной части фиг. 10 А, на котором показаны окна для охлаждения, вы хлопные каналы, а также направления потоков выхлопных газов;

фиг. 11 представляет собой еще один вид спереди в разрезе, аналогичный приведенному на фиг. 9 (передняя крышка картера снята), где показан ротор двигателя в положении 90° угла поворота;

фиг. 11А представляет собой поперечное сечение, выполненное практически по линии 11А-11А фиг. 11, которое показывает (с установленной передней крышкой картера) моторгенератор, изображенный на фиг. 11;

фиг. 11В представляет собой увеличенный вид центральной части поперечного сечения фиг. 11А, показывающий внутреннюю продувку цилиндра и охлаждение;

фиг. 12 представляет собой еще один вид спереди в разрезе, аналогичный приведенному на фиг. 11 (передняя крышка картера снята), где показан моторгенератор при фазе впуска топлива;

фиг. 12А представляет собой поперечное сечение, аналогичное приведенному на фиг. 11А и выполненное практически по линии 12А-12А фиг. 12, которое показывает (с установленной передней крышкой картера, тогда как на фиг. 12 передняя крышка картера снята) моторгенератор, изображенный на фиг. 11; направление взгляда по стрелкам на фигуре;

фиг. 13 представляет собой еще один вид спереди в разрезе моторгенератора, аналогичный приведенному на фиг. 11 и 12 (передняя крышка картера снята), где показано начало такта сжатия;

фиг. 13А представляет собой поперечное сечение, выполненное практически по линии 13А-13А фиг. 13, с установленной передней крышкой картера.

Описание предпочтительного исполнения изобретения

В приведенном далее описании излагаются особенности одного из предпочтительных исполнений устройства согласно данному изобретению, а более конкретно описываются особенности моторгенератора для преобразования механической энергии в электрическую, в котором используется двухтактный 6-цилиндровый двухкулачковый роторно-поршневой двигатель, предназначенный для работы на относительно постоянных оборотах (скоростях вращения) с целью выработки трехфазного переменного электрического тока с напряжением 220 В. Данное исполнение не является единственно возможным для реализации моторгенератора по данному изобретению. Не является единственно возможным и вид электрического тока, вырабатываемого при помощи данного устройства. Однако описанное далее и сопровождаемое прилагаемыми чертежами исполнение устройства по данному изобретению является наилучшим способом представления для того, чтобы специалист мог осуществить данное изобретение на практике.

Как указывалось выше, фиг. 1 представляет собой вид моторгенератора по данному изобретению в разобранном состоянии, на котором показаны его основные узлы, упоминаемые в приведенном ниже описании изобретения.

Для удобства поиска по прилагаемым чертежам, составным частям моторгенератора, показанным на фиг. 1, присвоены буквенные обозначения.

В таблице ниже перечислены эти составные части моторгенератора с указанием необходимого их количества и буквенного обозначения.

Буквенное обозначение	Необходимое количество	Наименование
А	2	Изолированные электроды для подвода энергии, необходимой для воспламенения смеси, к свечам зажигания
В	2	Передняя крышка, образующая одну из половин картера двигателя
С		Неподвижная обмотка генератора
ϋ		Переднее кольцевое зубчатое колесо
Е	6	Изоляторы свечей зажигания
Г	6	Свечи зажигания
σ		Передний упорный подшипник
н	1	Ротор двигателя
I	6	Цилиндры
	6	Гильза цилиндра
к	6	Поршни
ь	12	Поршневые пальцы
м	12	Детали роликов кулачков
N	6	Клапанный узел
О	1	Заднее кольцевое зубчатое колесо
Р	1	Коренной подшипник
0	1	Коренной вал
к	1	Выхлопная труба
8	2	Задний упорный подшипник
Т		Кольцевой кулачок выпускного клапана
и		Задняя крышка картера
V	6	Стержни клапанов
\ν	6	Корпуса клапанов
X	6	Направляющие клапанов
У	6	Пружины клапанов
Ζ	6	Толкатели выпускных клапанов

На фиг. 2, как и на последующих фиг. 3-5 прилагаемых чертежей, видно, что для ясности на проекциях передняя крышка картера В двигателя условно не показана. Однако показана задняя крышка картера и, как и двенадцать (12) отверстий для соединительных болтов 20 и шесть (6) центровочных штифтов 21. Следует также отметить, что на этой фигуре шесть (6) цилиндров показаны тремя различными способами, а именно в основных линиях видимого контура, в основных линиях видимого и невидимого контура, а также в полных сечениях, выполненных по осям двух оппозитных цилиндров (1)1 и (1)4, каждый из которых содержит поршень (К), гильзу цилиндра (1), поршневой палец (Ь) и соответствующую камеру сгорания 22 (см. фиг. 2А).

На фиг. 2А показано взаимодействие в собранном состоянии нескольких узлов, изображенных на фиг. 2, а также передняя и задняя части (В) и (И) крышки картера (корпуса) двигателя. Также показано, что на роторе (Н), как показано на фиг. 2, установлены шесть (6) постоянных магнитов 24 дугообразной формы, смонтированных по периметру ротора между соседними цилиндропоршневыми группами.

Из полного поперечного сечения, приведенного на фиг. 2А, где показан вид в сборе частей моторгенератора по данному изобретению, можно понять, что данный двигатель во многом подобен техническому решению четырехтактного двигателя, описанного в описании к моему более раннему патенту США № 4,653,438 Ео1агу епдше (Роторно-поршневой двигатель), выданному 31 марта 1987г. Некоторые усовершенствования в конструкции такого роторнопоршневого двигателя по указанному патенту были введены в конструкцию цилиндровой группы, содержащей цилиндры (I), по данному техническому решению устанавливаемые на резьбе съемно, гильзы цилиндров (1), поршни (К), поршневые пальцы (Ь) и ролики (М) кулачков, которые, в частности, описываются в описании к моему более раннему патенту США № 5,636,599 'Тшргоуеб Суйпбег АккешЫу (Усовершенствованная цилиндровая группа), выданному 10 июня 1997г.

Аналогично, все модульные узлы тарельчатых клапанов, содержащие части, обозначенные позициями (V), (V), (X), (Υ) и (Ζ), и обозначенные как сборочная единица позицией (Ν) на фиг. 1, а также показанные в увеличенном виде в сборе на фиг. 1А, прилагаемой к данному описанию изобретения, более полно рассмотрены в описании к моему патенту США № 5,701,930 Мо6и1е να1\Ό А§8етЫ1у (Модульный клапанный узел), выданному 30 декабря 1997г. Отдельные особенности конструкции данного двигателя, изложенные в описаниях к упомянутым патентам, в данном описании более не детализируются, за исключением пояснений к объединению генератора и двигателя, а также получаемого функционального эффекта, когда и в данном описании они рассмотрены детально.

В целом, должно быть понятно, что двигательная часть данного моторгенератора содержит узел ротора (позиция Н на фиг. 1), который вращается на коренном подшипнике (позиция Р на фиг. 1), опирающемся на центральный коренной вал (О). Вал имеет несколько окон и внутренних каналов для подвода потока воздуха и топлива к отдельным цилиндропоршневым группам (в данном случае шесть (6) для описываемого варианта исполнения устройства по данному изобретению), а также для удаления отработанной топливно-газовой смеси через выхлопную трубу (Я), выходящую соосно с одного из концов коренного вала (О). Работа нескольких цилиндропоршневых групп (I) в соответствии с конструктивными особенностями устройства происходит под управлением разнесенных в радиальном направлении противоположных поверхностей 30 и 31 пазов спаренных кулачков. Более детальное описание приведено ниже.

После зажигания и вспышки выбранного топлива, заключенного в соответствующей камере сгорания 22 (см. фиг. 2 и 2А), расположенной с ближайшей к центру стороны цилиндра, соответствующий поршень К движется в радиальном направлении наружу внутри соответствующего цилиндра. Поршневые пальцы (Ь), выходящие наружу через продолговатые пазы 25 в стенках каждого цилиндра (I), осуществля ют взаимодействие каждого поршня (К) с соответствующей гильзой цилиндра (1); последние движутся снаружи соответствующих цилиндров. Узлы роликов (М), отслеживающих профиль кулачков (см. фиг. 4), находятся во взаимодействии с оппозитными пазами кулачков, выполненными в двух половинах, или крышках картера (В) и (И). Они осуществляют жесткую связь радиального перемещения поршней в соответствующих цилиндрах и относительно коренного вала (О), обеспечивая вращение ротора вокруг коренного вала О. Описанная взаимосвязь, в целом, соответствует конструкции и работе устройства, более полно описанного в моем указанном выше патенте № 4,653,438. Однако конструкция двигателя по указанному патенту выполнена по четырехтактной схеме, то есть по своей природе отличается от конструкции и работы двигателя по данному изобретению, в частности, что касается прямого и обратного хода поршня под действием кулачкового механизма со спаренными кулачками двигателя по данному изобретению.

В силу того, что двигатель по данному изобретению имеет 6 цилиндров, из фиг. 2, например, видно, что зажигание в противоположных цилиндрах производится одновременно, в результате чего поршни в этих цилиндрах движутся в противоположных направлениях синхронно, находясь в каждый момент времени в диаметрально противоположных положениях. Это служит для уравновешивания сил, вызванных зажиганием с последующим сгоранием и расширением топлива в противоположных цилиндрах. Из фиг. 2А понятно, в частности, что зажигание и сгорание топлива в отдельных камерах сгорания 22, расположенных между клапанными узлами (Ν) и свечами зажигания (Е), которые входят в камеры сгорания, производится известным способом.

Фиг. 3 и ЗА практически идентичны фиг. 2 и 2А, однако, на фиг. 3 обозначены свечи зажигания (Е). На сечении ЗА показан и обозначен стержень клапана (V), тогда как толкатель выпускного клапана (Ζ) и свечи зажигания (Е) яснее показаны на основной фигуре.

При рассмотрении фиг. 3 и ЗА понятно, что поршень (К) внутри цилиндра (1)4 и соответствующая гильза цилиндра (1), охватывающая цилиндр с внешней стороны, находятся во взаимодействии при посредстве поршневого пальца (Ь), который проходит через пазы 25 в диаметрально противоположных стенках данного цилиндра. Данная гильза цилиндра (1) выполнена с внешними соосными цилиндрическими цапфами 26, выступающими с диаметрально противоположных сторон гильзы. На цапфах установлены вращаемые подшипники (М) роликов кулачков. Очевидно, что все шесть цилиндров имеют соответствующие им поршни (К), гильзы (1), поршневые пальцы (Ь) и подшипники (М) роликов кулачков, как описано выше.

На фиг. 4 и 4А яснее всего показано, что подшипники (М) роликов кулачков осуществляют управление и кинематическую связь движения поршней (К) в соответствующих цилиндрах. Это осуществляется при помощи поверхностей 30 и 31 пазов спаренных неподвижных кулачков (см. фиг. 4А), которые выполнены в точном соответствии друг другу на противоположных внутренних стенках обеих половин крышек картера (В) и (И). За исключением фазы запуска двигателя, когда они на короткое время входят в контакт с поверхностью кулачка (31), в процессе работы подшипники (М) роликов остаются в постоянном контакте с внешней стенкой, или же рабочей поверхностью 30, неподвижного кулачка. При этом расстояния между двумя рабочими поверхностями кулачка достаточно, чтобы обеспечить зазор между подшипником ролика кулачка и внутренней поверхностью 31 стенки паза противоположного кулачка.

Как показано на фиг. 4, каждый из пазов 30 и 31 кулачка является несимметричным в каждой половине оборота, или 180° поворота ротора, на протяжении которых происходит полный цикл работы двигателя. Затем такой цикл повторяется снова во время поворота ротора на следующие 180°. Данное техническое решение со спаренными кулачками дает возможность производить в каждом цилиндре зажигание 2 раза за 1 оборот ротора. Таким образом, если 6цилиндровый двигатель по данному исполнению работает, например, при скорости вращения 1200 об./мин, то он совершает 14400 полных циклов работы в минуту. Математически такой результат получается путем умножения 6 цилиндров на 2 зажигания за каждый оборот, что равняется 12 полным циклам работы на 1 оборот. Это число, будучи умножено на 1200, дает в результате 14400 полных циклов работы в минуту. Это равняется отдаче от 24цилиндрового четырехтактного двигателя известного типа, работающего при той же скорости вращения, или же 12-цилиндрового двухтактного двигателя известного типа, работающего при той же скорости вращения. Тот же результат также может быть достигнут и в случае 6-цилиндрового четырехтактного двигателя известной конструкции, который работает, например, при 4800 об./мин, так же как и двигатели наиболее распространенных современных автомобилей.

На фиг. 4 показан кольцевой кулачок (Т) выпускного клапана, который жестко закреплен на неподвижной крышке картера (И) (см. фиг. 4А). Кулачок Т управляет открытием тарельчатых выпускных клапанов и удерживает их в открытом положении при отслеживании толкателями выпускных клапанов (Ζ) профиля кольцевого кулачка во время вращения ротора (Н). В обычном представлении проекции, изображенной на фиг. 4, данный кольцевой кулачок (Т) выпускного клапана является невидимым и не может быть показан. Однако его изображение в основных линиях видимого контура на фиг. 4 способствует более четкому пониманию конструкции и работы двигателя по данному изобретению.

На фиг. 5 и 5А можно видеть, что изолированные электроды (А) показаны на фиг. 5 несмотря на то, что они установлены на условно снятой передней крышке (В), что хорошо видно на фиг. 5А прилагаемых чертежей. Понятно, что данные электроды (А), так же как и рабочие поверхности кулачков, и кольцевой кулачок (Т) выпускного клапана по правилам выполнения чертежей не могут быть показаны на проекционном виде, изображенном на фиг. 5, поскольку передняя крышка картера (В) условно снята. Однако на фиг. 5 эти части показаны основными линиями видимого контура для лучшего представления о работе моторгенератора по данному изобретению.

На фиг. 5 также показаны шесть дугообразных постоянных магнитов 24, расположенных между внешними концами смежных цилиндров, как отмечено выше. Неподвижная обмотка (С), которая удерживается при помощи крышек картера (И) и (В) и простирается аксиально между ними, показана на фиг. 5А вместе с проводами 33 вывода обмотки, показанными на фиг. 5.

Масляные магистрали коренного вала 34 и коллектор 35 системы подачи масла с внутренней стороны коренного вала (О) также показаны на фиг. 5А.

На фиг. 5, как и на фиг. 2, 3 и 4, показано расположение частей двигателя в положении 0° вращения ротора. Топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя, как показано на сечении, изображенном на фиг. 5А, уже воспламенилась, но поршни (К), показанные основными линиями видимого контура в соответствующих цилиндрах (1)1 и (1)4, остаются, точнее, удерживаются в неподвижном состоянии рабочей поверхностью 30 профиля кулачка на протяжении последующих 10° поворота ротора. При этом не происходит никакого движения в радиальном направлении ни к центру, ни к периферии относительно оси двигателя. Такие специфические условия статического зависания обеспечивают более полное сгорание воспламененной топливовоздушной смеси, что позволяет достичь максимально возможных давлений в цилиндре до начала движения поршня. Такая схема работы уже сама по себе обеспечивает гораздо больший КПД и выходную мощность по сравнению с известными двигателями при равном потреблении топлива.

Рассматривая особенности конструкции и работы основных механизмов двигателя по данному изобретению, следует обратить внимание на явления, имеющие место в процессе одного оборота ротора двигателя. Для этого вначале следует рассмотреть фиг. 6 прилагаемых черте жей. На фиг. 6 показаны специфические особенности характера движения поршня, а также взаимосвязь явлений и фаз работы двигателя в процессе его работы.

Выстой рабочего хода начинается при угле поворота 0° с левой стороны диаграммы, приведенной на фиг. 6. Он показан отрезком 1, который расположен в интервале углов поворота ротора от 0 до 10°. Как уже указывалось, на протяжении этой фазы каждый поршень удерживается в относительно неподвижном положении в соответствующем цилиндре. При таких условиях обеспечивается более полное сгорание воспламененной топливовоздушной смеси, что позволяет достичь максимально возможных давлений в цилиндре до начала движения поршня.

В интервале от 10 до 48° поршень может совершать рабочий ход в радиальном направлении наружу, как показано на отрезке 2. Этот ход поршня осуществляется с очень высокой скоростью, и крутизна диаграммы на данном участке велика. В это время создается очень большой крутящий момент при очень низкой скорости вращения. Такие условия работы далеко не всегда являются позволительными. Однако для данного технического решения моторгенератора они как раз приемлемы, поскольку здесь нет никаких внешних зубчатых передач, о прочности которых следовало бы беспокоиться. Весь значительный крутящий момент, создаваемый данным двигателем, равномерно воспринимается всем картером в процессе выработки электроэнергии. Таким образом, картер может быть выполнен более легким без опасения поломки, вызванной большими неравномерно распределенными нагрузками, воздействующими на него в виде вращающих усилий.

За 3° до окончания рабочего хода поршня, как показано отрезком 2, начинается цикл выпуска, показанный отрезком 5, с выстоем выпуска, который начинается по окончании рабочего хода поршня. Данный термин выстой выпуска не совсем точно соответствует тому периоду, когда поршень относительно неподвижен в нижней мертвой точке своего хода, как показано отрезком 3. Как показано на фигуре, в это время происходит не только выпуск газов из цилиндра. Период выстоя при выпуске начинается при 48°, тогда как сам выпуск начинается при 45° с сопутствующей фазой продувки цилиндра и внутреннего охлаждения, которое начинается при 70°. Эти фазы показаны отрезками 5 и 6. Цикл выпуска завершается при 110°, когда выпускной клапан полностью закрыт. Таким образом, цикл сжатия (отрезок 7) начинается при 110°, когда окно продувки и охлаждения цилиндра все еще открыто. При 113° начинается фаза предварительного сжатия и наполнения (отрезок 8). Тем временем продолжается продувка и охлаждение цилиндра (отрезок 6), когда в цилиндр закачивается свежая порция воздуха вплоть до 120°, когда продувочное окно закрывается. Это способствует быстрому наполнению цилиндра. При 135° выстой (отрезок 3) прекращается.

При 135° начинается подъем поршня (отрезок 4), когда поршень движется в радиальном направлении внутрь к оси моторгенератора. При этом фаза предварительного сжатия и наполнения (отрезок 8) продолжается вплоть до угла поворота 150°, когда впускное окно закрывается. Окончательное сжатие (отрезок 9) начинается при угле поворота 150° и продолжается до 180°, хотя зажигание сжатой топливовоздушной смеси производится при 175°. Зажигание в этой точке цикла на 5° опережает следующий период выстоя, который начинается при 180°. Последующий выстой рабочего хода (отрезок 1) начинает новый полный цикл работы двигателя, описанный выше.

Следует отметить, что фазы работы двигателя, описанные выше и приведенные на фиг. 6 прилагаемых чертежей в виде диаграммы, изображены на этот раз во взаимосвязи схемой профиля паза кулачка, который также показан на фиг. 7 прилагаемых чертежей.

На фиг. 7 верхняя половина чертежа показывает данные диаграммы, изображенной на фиг. 6, тогда как нижняя половина этого чертежа представляет положение паза кулачка и поршней относительно оси коренного вала (О) моторгенератора. В центре схемы показан кольцевой кулачок (Т) выпускного клапана. Вероятно, фиг. 7 понятна и без объяснений, особенно в сопоставлении с фиг. 6 прилагаемых чертежей. Кроме того, следует отметить, что в нижней половине фиг. 7 показаны положения толкателей клапанов (Ζ) относительно оси коренного вала моторгенератора по данному изобретению. Они показаны размером А-А для каждого из шести показанных положений этих толкателей клапанов. В-В представляет собой расстояние от внешней рабочей поверхности кулачка до оси вала, С-С представляет собой расстояние от днища поршня до дна цилиндра, а Ό-Ό представляет собой длину хода поршня до следующей обозначенной позиции.

На остальных фиг. 8-13 показаны основные явления, происходящие в моторгенераторе по данному изобретению в течение одного полного рабочего цикла. Для ясности на всех указанных фигурах части, преимущественно являющиеся неподвижными, условно показаны как вращающиеся, а части, преимущественно являющиеся вращающимися, условно показаны как неподвижные.

На первой из них, фиг. 8 прилагаемых чертежей, показан момент зажигания, когда ротор (Н) находится в положении 355° (или же за 5° до выстоя рабочего хода, который начинается при 0° угла поворота ротора). Как уже указывалось, зажигание производится с опережением. Это делается с целью обеспечения избытка дав ления, необходимого для предотвращения отрыва подшипников (М) роликов кулачков от внешней поверхности 30 профиля кулачка в верхней мертвой точке хода поршня. Изолированные электроды (А) в передней крышке картера (В) совмещаются с изоляторами свечей зажигания (Е), установленных в роторе (Н). Как яснее всего показано на фиг. 8А, искра 37 пробивает зазор между электродами (А) и изоляторами (Е) и попадает в камеру сгорания 22. Очевидно, что два противоположных цилиндра (1)1 и (1)4, показанные на фигуре, взаимно уравновешивают противоположные силы, действующие на коренной вал (О) при воспламенении свежей топливовоздушной смеси в цилиндрах как описано выше.

Момент окончания выстоя рабочего хода показан на фиг. 9 и 9А, на которых изображен ротор двигателя по данному изобретению в положении угла поворота 10° в конце выстоя рабочего хода (см. фиг. 6). Воспламенение топлива было произведено за 15° до окончания выстоя рабочего хода, а поршень на протяжении выстоя остается относительно неподвижным в достигнутом им положении внутри соответствующего цилиндра. В это время воспламеняющаяся топливовоздушная смесь имеет достаточный промежуток времени для достижения оптимального давления в камере сгорания 22. Подшипники (М) роликов кулачков находятся в положении, предшествующем началу их движения вниз по внешней поверхности 30 профиля кулачка. Поскольку фазы работы двух противолежащих цилиндров, расположенных под углом 180° друг к другу на одной оси, совершаются синхронно, то, следовательно, вибрации двигателя по данному изобретению, в основном, устранены.

На фиг. 10 и 10А показано состояние и положение частей в конце рабочего хода в положении угла поворота ротора 48. Поршни (К) в двух цилиндрах (I) 1 и (1)4 находятся в наиболее удаленных положениях от оси коренного вала (О) моторгенератора. Толкатели (Ζ) выпускных клапанов пришли в контакт с поднимающимися участками 41 неподвижного кольцевого кулачка (Т) выпускного клапана за 3° перед этим, и стержни (V) клапанов с тарелками отходят от своих седел в корпусах (XV) клапанов. Эти клапаны еще 11° угла поворота ротора не будут полностью открыты, однако, отработанные газы уже выходят из цилиндров, попадая через частично открытые клапаны в кольцо 42 выхлопного коллектора, которое выполнено во внешней поверхности коренного вала (О). Выхлопные газы проходят по кольцу выхлопного коллектора до окон, соединяющих это кольцо коллектора с выхлопной трубой (Я)(К.). Эти выпускные окна показаны на фиг. 12А прилагаемых чертежей под номерами позиций 43 и 44.

На фиг. 10А выхлопные газы (позиция 45) показаны в момент выхода из моторгенератора через выхлопную трубу (Я).

Фиг. 10В является местным увеличенным видом разреза по линии 10А-10А, изображенного на фиг. 10А. Аналогично другим фигурам, все неподвижные детали условно показаны как вращающиеся. В теле коренного вала (О) показаны два окна охлаждения 46. Выхлопная труба (К) находится в контакте с коренным валом только в резьбовом соединении с Ю), которое обозначено позицией 50. На остальной своей длине труба (К) проходит через коренной вал и крышку картера (И)ш с кольцевым зазором для прохода потока охлаждающего воздуха 51, который попадает из окружающей среды, проходит через торец крышки (И) и коренного вала, затем обдувает наружную поверхность выхлопной трубы и уходит в стороны через два охлаждающих окна 46 к передней части двигателя. Поскольку задняя часть двигателя обычно теплее из-за выхлопных газов, а передняя часть двигателя холоднее из-за поступления воздуха, смешивающегося с топливом, то при этом наблюдается сглаживание разницы температур на коренном валу.

На фиг. 10 текущее положение изолированных электродов (А) и двух гильз цилиндров (1) показано основными линиями видимого и невидимого контура на (1)3 и (1)6 в положении 7° от начала рабочего цикла, когда изолированные электроды (А) приходят в контакт с соответствующими изоляторами свечей зажигания (Е).

На фиг. 11 и 11А показан моторгенератор по данному изобретению в положении 90° угла поворота ротора, когда цикл выпуска уже длится на протяжении 45° угла поворота и должен продолжаться еще 20° до момента, когда стержень (V) клапана с тарелкой, который показан на фиг. 11А в полностью открытом положении, закроется.

Существенно, что цикл продувки цилиндра начинается с опережением на 20° и продолжается еще на протяжении 30° угла поворота. Обе эти фазы завершаются, когда поршни (К) все еще находятся в том же неподвижном положении относительно цилиндров, в котором они были в конце их рабочего хода на 42° ранее. Из этого следует, что поршни остаются относительно неподвижными еще на протяжении 45° угла поворота. Толкатели (Ζ) выпускных клапанов (см. фиг. 11 А) находятся в полностью поднятом положении, опираясь на протяженный поднятый горизонтальный участок 41 неподвижного кольцевого кулачка (Т) выпускного клапана. В результате, стержни (V) этих клапанов с тарелками выстаиваются в открытом положении и в течении этой фазы остаются полностью открытыми на протяжении 31°. Эти клапаны останутся полностью открытыми еще на 6°. Кроме того, на фигуре показаны окна 53 продувки и охлаждения цилиндров, расположенные в коренном вале (О).

Следует отметить, что две гильзы цилиндров (1)3 и (1)6, которые показаны основными линиями видимого и невидимого контура, находятся в положении 30° угла поворота, немного после середины длины их рабочего хода. При этом обоими цилиндрами создаются значительные вращающие усилия на роторе (Н). Кроме того, на этот момент две гильзы-обоймы цилиндров (1)2 и (1)5, которые показаны основными линиями видимого контура без линий невидимого контура, как раз начинают выполнение своего цикла рабочего хода. Они находятся в положении всего лишь 25° от момента своего зажигания и 30° от своего следующего выстоя рабочего хода.

На фиг. 11В, которая представляет собой местный увеличенный вид центральной части сечения, изображенного на фиг. 11А, показаны два окна 53 продувки и охлаждения цилиндра. Треугольная форма этих окон в месте их входа в цилиндр показана на проекции, изображенной на фиг. 11 (позиция 54). На фиг. 11В также показана сложная форма окна охлаждения 55 в месте входа в камеру сгорания.

Несмотря на то, что стержень (V) с тарелкой выпускного клапана находится в полностью открытом положении, как показано позицией 56, воздух для продувки и охлаждения направляется по пути через составной канал из окна 55 под углом, таким образом заставляя охлаждающий воздух пройти полностью открытый клапан, обозначенный позицией 56, затем камеру сгорания, затем пройти свечу зажигания и попасть в цилиндр через днище поршня, а затем снова уйти из цилиндра через открытый выпускной клапан. Когда этот воздух для продувки и охлаждения уходит, проходя при этом открытые клапаны, он также охлаждает выпускные окна ротора 58, выпускные окна коренного подшипника 59, кольцо выхлопного коллектора 42 на коренном валу Ю), выпускные окна на коренном валу 5 (см. позицию 44 на фиг. 12А) и трубу выхлопного коллектора (К), а также выхлопной тракт моторгенератора.

Данные мероприятия представляют собой вторую и третью системы для охлаждения моторгенератора. Первая же показана на фиг. 10В, где холодный наружный воздух подается в моторгенератор сзади и выводится через коренной вал через окна 46. Предварительно подогретый воздух, удаляемый из окон 46, как показано на фиг. 10В, используется полностью или же частично для подачи в окна продувки и охлаждения цилиндра 53, показанные на фиг. 11В. Это дает преимущество более точного контроля температур внутри двигателя для обеспечения лучших условий сгорания. При холодном двигателе такая система эффективна для улучшения условий сгорания путем подачи холодного воздуха в пространство вокруг выхлопной трубы (К) через показанный кольцевой зазор 57 для предварительного подогрева такого воздуха во время прохождения возле выхлопной трубы (К). Этот воздух затем используется для подогрева камер сгорания двигателя. Напротив, когда двигатель на ходу и горячий вследствие большой нагрузки или высокой окружающей температуры, желательно использовать наружный воздух или же смесь наружного воздуха с предварительно подогретым, чтобы обеспечить наилучшие рабочие температуры внутри двигателя.

Третьим способом охлаждения такого двигателя является использование смазочного масла, которое распыляется или разбрызгивается по цилиндрам и узлу ротора вблизи камер сгорания при работе моторгенератора.

На фиг. 12 и 12 А моторгенератор по данному изобретению показан в положении 120° угла поворота. Выпускные клапаны были закрыты полностью на 10° угла поворота, окна продувки и охлаждения только что полностью закрыты, а окна для предварительного сжатия и наполнения цилиндра начали открываться на 7° ранее при 113°. Поршни (К) в цилиндрах (1)1 и (1)4 остаются почти неподвижными и еще будут оставаться в таком состоянии еще 15°, тогда как продуваемые и охлаждаемые цилиндры наполняются свежим зарядом воздуха и топлива. На фигуре показано, что впускное окно 60 на коренном валу (О) внутри разделяется на два отдельных прямоугольных канала 61, которые представляют собой каналы предварительного сжатия и наполнения цилиндров. Когда эти каналы совмещаются с каналами 62 камеры сгорания на роторе, цилиндры наполняются свежей топливовоздушной смесью и в них происходит предварительное сжатие. Выпускные окна 43 и 44 также показаны в положении, когда они соединяют кольцо 42 выпускного коллектора с выхлопной трубой. Выпускное окно 43 показано так, чтобы подчеркнуть его кольцевую, или же круглую, форму в поперечном сечении. Однако окно, обозначенное позицией 44, более показательно с точки зрения иллюстрации реальной формы в сечении 12А, хотя понятно, что оба элемента имеют одинаковый диаметр, проходят через коренной вал под одинаковым углом и являются зеркальным отражением друг друга.

В кольце выхлопного коллектора и выпускных каналах (фиг. 12 А) показаны выхлопные газы, хотя и выпускные клапаны, и цилиндры, показанные на фиг. 12А, закрыты. Причиной этого является то, что в цилиндрах (1)3 и (1)6 (фиг. 12) происходит цикл выпуска, тогда как в цилиндрах (1)2 и (1)5 только начинается выстой рабочего хода после зажигания, произведенного на 5° ранее, что видно из положения изолированных электродов (А) на фиг. 12.

Последние из прилагаемых, фиг. 13 и 13 А, показывают моторгенератор по данному изобретению в положении 150° угла поворота ротора. Ротор при этом находится в фазе окончательного сжатия, когда все клапаны, очевидно, находятся в закрытом положении, изолируя камеры сгорания. Поршни (К) в цилиндрах (1)1 и (1)4, показанные на этих фигурах, в процессе подготовки к рабочему ходу начали движение в радиальном направлении внутрь к оси на 15° ранее и на протяжении остальных 30° будут продолжать двигаться к оси моторгенератора. Это вызвано отслеживанием профиля кулачка подшипниками (М) роликов, которые повторяют наклонный участок профиля, находясь в контакте с внешней рабочей поверхностью 30 кулачка. Через 25° угла поворота свечи зажигания снова произведут воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндрах и части двигателя снова примут положение, с которого начинали движение и которое изображено на первых из прилагаемых чертежей (фиг. 8), однако, с противоположной стороны двигателя. Части же в цилиндрах 1(2) и 1(5), показанные на фиг. 12 в начале выстоя своего рабочего хода, на фиг. 13 показаны приблизительно на середине хода вниз по опускающемуся участку профиля рабочей поверхности 30 кулачка в процессе рабочего хода. В этот момент оба цилиндра 1(2) и 1(5) создают значительные вращающие усилия и передают их на ротор (Н).

Следует учесть, что приведенные выше пояснения, относящиеся к фиг. 1-13А, описывают явления, происходящие на протяжении одной половины одного полного оборота ротора данного моторгенератора. На фиг. 8-13 изображены только 180° угла его поворота. На протяжении этих 180° вращения каждый из шести цилиндров двигателя совершает рабочий ход 1 раз. Специалист, знакомый с работой составных частей обычного двигателя, не может не отметить, что рассмотренное в данном описании техническое решение двигателя представляет собой огромный скачок вперед в деле создания имеющего высокую удельную мощность, экономичного, надежного и безотказного источника электрической энергии, полезного для любого возможного вида использования как в передвижном, так и в стационарном исполнении.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Моноблочный моторгенератор, содержащий двигатель внутреннего сгорания, имеющий приводимый во вращательное движение центральный ротор, на котором установлены несколько радиально расположенных по окружности цилиндров, которые могут осуществлять вместе с указанным ротором движение вокруг центральной продольной оси;

   поршни, находящиеся в каждом цилиндре, которые могут двигаться внутри упомянутых цилиндров вдоль их осей; неподвижный общий корпус, расположенный на упомянутой оси, в котором заключен указанный двигатель;

   пару идентичных, одинаково сориентированных, соосно расположенных замкнутых па19 зов кулачков, выполненных заодно с противоположными стенками упомянутого корпуса;

   пару отслеживающих профиль кулачков элементов, взаимодействующих с каждым упомянутым поршнем; причем каждый из этих отслеживающих элементов при работе вступает в контакт с одной из прилежащих к нему поверхностей упомянутых пазов кулачков;

   элементы, осуществляющие физическую связь за пределами каждого из упомянутых цилиндров для соединения соответствующего поршня с соответствующей парой упомянутых элементов, отслеживающих профиль кулачков, что позволяет использовать рабочий ход каждого поршня для приведения упомянутых элементов, отслеживающих профиль кулачков, в движение по упомянутым пазам кулачков;

   неподвижную обмотку возбуждения, присоединенную изнутри к периферийной части указанного корпуса, которая концентрически охватывает упомянутый ротор и цилиндры; а также по меньшей мере один магнитный элемент, установленный с возможностью движения вместе с указанным ротором для выработки электрической энергии при движении его относительно упомянутой обмотки возбуждения.
2. 2. Моторгенератор по п.1, в котором упомянутый двигатель представляет собой двухтактный многоцилиндровый роторно-поршневой двигатель, во время работы которого в каждом цилиндре зажигание и рабочий ход могут осуществляться несколько раз за время каждого оборота, отличающийся тем, что каждый поршень совершает только два движения в противоположных направлениях за время одного рабочего цикла.
3. 3. Моторгенератор по п.1, в котором упомянутый двигатель выполнен по двухтактной схеме и содержит в каждом цилиндре по одному клапану тарельчатого типа, который осуществляет управление циклами выпуска, продувки и охлаждения и предотвращает выход неиспользованного топлива из цилиндров в атмосферу.
4. 4. Моторгенератор по п.1, в котором упомянутые пазы кулачков расположены с противоположных сторон упомянутых цилиндров друг напротив друга и идентично сориентированы друг напротив друга для управления движением упомянутых поршней во время работы.
5. 5. Моторгенератор по п.4, в котором каждый паз кулачка выполнен как часть цельного бесконечного кулачка, определяющего 360° окружного движения ротора при его вращении; причем каждый упомянутый кулачок определяет несколько симметричных участков упомянутого окружного движения относительно упомянутой оси, тогда как каждый из упомянутых участков, в свою очередь, определяет несколько входящих в него несимметричных участков упомянутого окружного движения относительно упомянутой оси.
6. 6. Моторгенератор по п.1, в котором упомянутые пазы кулачков спрофилированы таким образом, чтобы обеспечивать различные рабочие ходы поршней с целью оптимизации сгорания выбранных топлив.
7. 7. Моторгенератор по п.2, в котором упомянутые пазы кулачков упомянутого двигателя выполнены так, чтобы обеспечить в верхней и нижней мертвых точках каждого хода поршня длительный период выстоя, когда каждый указанный поршень практически неподвижен относительно соответствующего цилиндра во время обоих периодов выстоя.