RU2477377C2 - Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers - Google Patents
Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477377C2 RU2477377C2 RU2011124320/06A RU2011124320A RU2477377C2 RU 2477377 C2 RU2477377 C2 RU 2477377C2 RU 2011124320/06 A RU2011124320/06 A RU 2011124320/06A RU 2011124320 A RU2011124320 A RU 2011124320A RU 2477377 C2 RU2477377 C2 RU 2477377C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- expansion
- sections
- working
- engine
- compression
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Область техники. Изобретение относится к области двигателестроения, его возможно применять везде, где используются двигатели внутреннего сгорания.The field of technology. The invention relates to the field of engine building, it can be used wherever internal combustion engines are used.
Уровень техники. В настоящее время наиболее широко в качестве стационарных энергоустановок и силовых приводов транспортных средств используются поршневые, заметно реже роторные (системы Ванкеля) двигатели внутреннего сгорания (ДВС) или газовые турбины (ГТ). Классические поршневые ДВС двухтактного и четырехтактного цикла известны с 60-х и 70-х годов XIX века (С.Балдин, «Двигатели внутреннего горения». Прага, Имка-пресс, 1923 г.). Подвижный цилиндрический поршень совершает линейные возвратно-поступательные движения внутри неподвижного цилиндра. Поршень соединен шатуном с коленчатым валом. При горении предварительно сжатой смеси паров топлива и воздуха в герметично замкнутом пространстве между поршнем и цилиндром за счет повышения давления горячих газов осуществляется одновременное с процессом горения линейное рабочее движение поршня, которое кривошипно-шатунным механизмом превращается во вращательное движение коленвала и возвратно-поступательное движение самого поршня. Рабочий цикл, например, 4-х тактных двигателей состоит из последовательных технологических этапов - тактов: всасывание (впуск) рабочей смеси, сжатие рабочей смеси, воспламенение рабочей смеси - собственно рабочий ход, выпуск отработанных газов. Каждый пошаговый такт реализуется за одно движение вверх или вниз поршня в цилиндре и занимает половину оборота коленчатого вала двигателя. Т.е. из 4 тактов, за 2 оборота коленчатого вала, рабочим - что совершает работу и развивает полезную мощность, оказывается лишь один - рабочий ход. Он развивается на протяжении 0,5 оборота вала из 2-х оборотов полного рабочего цикла, т.е. рабочий ход составляет 0.25 часть от каждого оборота вала.The level of technology. Currently, the most widely used stationary power plants and power drives of vehicles are piston, much less often rotary (Wankel systems) internal combustion engines (ICE) or gas turbines (GT). Classical piston ICEs of a two-stroke and four-stroke cycle have been known since the 60s and 70s of the XIX century (S. Baldin, “Internal Combustion Engines.” Prague, Imka-Press, 1923). The movable cylindrical piston performs linear reciprocating movements inside the stationary cylinder. The piston is connected by a connecting rod with a crankshaft. When a pre-compressed mixture of fuel and air vapors is burned in a hermetically enclosed space between the piston and the cylinder due to an increase in the pressure of hot gases, a linear working movement of the piston is carried out simultaneously with the combustion process, which is converted by the crank mechanism into rotational motion of the crankshaft and reciprocating motion of the piston itself . The working cycle, for example, of 4-stroke engines consists of successive technological steps - cycles: suction (intake) of the working mixture, compression of the working mixture, ignition of the working mixture - the actual working stroke, exhaust gas discharge. Each step-by-step cycle is realized in one movement of the piston up or down in the cylinder and takes half a revolution of the engine crankshaft. Those. out of 4 cycles, for 2 revolutions of the crankshaft, the worker - that does the work and develops useful power, is only one - a working stroke. It develops over 0.5 revolutions of the shaft from 2 revolutions of the full duty cycle, i.e. the working stroke is 0.25 part of each shaft revolution.
С 1791 года известен принцип газовой турбины (Г.Гюльднер «Газовые, нефтяные и прочие двигатели внутреннего сгорания». М.: Типолитография товарищества Кушнерев и Компания, 1907 г.). В такой схеме тепловой машины, рабочие газы горящего топлива, вырывающиеся из камеры сгорания через сопло, попадают на лопатки колеса турбины и приводят ее в движение.Since 1791, the principle of a gas turbine has been known (G. Gyuldner, “Gas, oil and other internal combustion engines.” M: Printing house of the Kushnerev and Company partnership, 1907). In such a scheme of a heat engine, the working gases of burning fuel, escaping from the combustion chamber through a nozzle, fall on the blades of the turbine wheel and set it in motion.
Также с 17-го века известны роторные двигатели с уплотнительными лопатками (роторно-лопастные), современный вариант схемы подобной машины в 1911 году разработал А.Цоллер как «роторный компрессор», («Ротационные пневматические двигатели» С.Б.Зеленецкий, Е.Д.Рябков, А.Г.Микеров. Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1976 г.). В круглой или овальной камере корпуса расположен ротор, ось вращения которого смещена относительно центра цилиндрической поверхности корпуса. В теле ротора размещены подвижные лопасти, которые могут по радиальным направлениям выдвигаться и упираться краями в стенки корпуса. Разница высоты выдвижения соседних лопастей приводит к разнице их площади, поэтому при подаче внутрь пространства между соседними лопастями давления возникает движущая сила в сторону лопатки с большей площадью, которая и вращает ротор. Однако из-за принципиальных недостатков этой конструкции на базе данного технологического принципа до сих пор так и не создано качественно работающего ДВС, хотя пневматические моторы, реализующие этот принцип, работают давно и успешно.Also, from the 17th century rotary engines with sealing vanes (rotary-vane) have been known, A. Tsoller developed the modern version of the circuit of such a machine as a “rotary compressor”, (“Rotary pneumatic engines” by S. B. Zelenetskiy, E. D. Ryabkov, A.G. Mikerov. Leningrad, "Engineering", Leningrad Branch, 1976). A rotor is located in a round or oval chamber of the housing, the axis of rotation of which is offset from the center of the cylindrical surface of the housing. Movable blades are placed in the rotor body, which can be extended in radial directions and abut against the walls of the housing. The difference in the height of the extension of the adjacent blades leads to a difference in their area, therefore, when the space between the adjacent pressure blades is applied inside, a driving force arises towards the blade with a larger area, which rotates the rotor. However, due to the fundamental shortcomings of this design, a high-quality internal combustion engine has not yet been created on the basis of this technological principle, although pneumatic motors that implement this principle have been operating successfully for a long time.
Известны конструкции роторных двигателей с планетарным движением рабочего элемента, из которых наиболее известен роторный двигатель Ф.Ванкеля и В.Фреде, созданный в 1957 году (Г.С.Маджуга, В.Х.Подойница, "Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания". М.: "Знание", 1964 г.). Треугольный ротор обкатывается вокруг зубчатого колеса, закрепленного на боковой крышке двигателя, сцепляясь с ним внутризубчатым венцом, при этом вершины угла ротора скользят по эпитрахоиде - внутренней поверхности рабочей камеры двигателя, которая имеет форму двух сопряженных цилиндров. При вращении ротора между стенками корпуса и гранями ротора происходит последовательное изменение объемов, т.е. происходят последовательно процессы сжатия-расширения четырехтактного двигателя.The designs of rotary engines with planetary movement of the working element are known, of which the most famous rotary engine is F. Wankel and V. Frede, created in 1957 (G. Majuga, V. Kh. Podoynitsa, “Rotary piston internal combustion engines”. M .: "Knowledge", 1964). A triangular rotor is rolled around a gear wheel mounted on the side cover of the engine, engaging with an intra-gear rim, while the vertices of the rotor angle glide along the epitrachoid - the inner surface of the working chamber of the engine, which has the form of two mating cylinders. When the rotor rotates between the walls of the housing and the faces of the rotor, a sequential change in volumes occurs, i.e. four-stroke engine compression-expansion processes occur sequentially.
Поршневые двигатели при относительно высоком КПД и хорошем моторесурсе имеют сложную конструкцию из-за наличия кривошипно-шатунного механизма с большим количеством знакопеременных инерционных нагрузок и возвратно-поступательных движений, сложный газораспределительный механизм с его приводом, невысокую удельную мощность и ограничения по наращиванию количества оборотов и силы крутящего момента.Piston engines with a relatively high efficiency and good engine life have a complex structure due to the presence of a crank mechanism with a large number of alternating inertial loads and reciprocating movements, a complex gas distribution mechanism with its drive, low specific power and restrictions on increasing the number of revolutions and forces torque.
Недостатками роторных двигателей с уплотнительными лопатками (роторно-лопастных двигателей) являются невысокая мощность за счет нерационального использования площади рабочих пластин-лопастей и сложности герметизировать линии контакта лопастей и корпуса, большая поверхность трения многочисленных и непрерывно движущихся в теле ротора лопастей, что ведет к дополнительным потерям мощности и ускоренному износу деталей.The disadvantages of rotary engines with sealing blades (rotary vane engines) are low power due to the irrational use of the area of the working blades and the difficulty of sealing the contact lines of the blades and the casing, the large friction surface of the multiple and continuously moving blades in the rotor body, which leads to additional losses power and accelerated wear of parts.
Недостатками турбин при их высокой мощности являются низкая экономичность и малая приемистость, высокие требования к жаропрочности материалов, как и невозможность создать турбину малых массо-габаритных параметров с хорошими тактико-техническими характеристиками.The disadvantages of turbines with their high power are low efficiency and low throttle response, high requirements for the heat resistance of materials, as well as the inability to create a turbine of small mass and dimension parameters with good tactical and technical characteristics.
Роторные двигатели Ванкеля и Фреде обладают высокой удельной мощностью при относительно простой конструкции, но имеют высокий уровень температуры и токсичности выхлопных газов, как и большую теплонапряженность и скорость износа основных деталей, обладают высоким расходом топлива и не обладают преимуществом по величине крутящего момента перед поршневыми моторами, а также имеют сложные в изготовлении главные детали.Wankel and Frede rotary engines have a high power density with a relatively simple design, but they have a high level of temperature and toxicity of exhaust gases, as well as high heat stress and wear rate of the main parts, they have a high fuel consumption and do not have an advantage in terms of torque over piston engines, and also have the main parts that are difficult to manufacture.
Ближайшим аналогом заявляемого автором изобретения «ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: 5-тактный роторный двигатель с одним центральным вращающимся запорным элементом, общим для разнесенных по его диаметру раздельных секций сжатия и расширения рабочего тела, и обособленными камерами сгорания неизменного объема» является конструкция «РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ», патент на изобретение РФ №2337247, который оказывается попыткой сконструировать роторный двигатель внутреннего сгорания с простым вращением рабочих элементов и раздельными секциями сжатия и расширения рабочего тела. Конструкция изобретения - ближайшего аналога базируется на известной схеме двигателя Беймана (Beiman) (см. Е.И.Акатов, В.С.Болотов и др. «Судовые роторные двигатели». Ленинград, «Судостроение», 1967 г., стр.34). Роторный двигатель содержит неподвижный корпус, в котором установлены вращающиеся запорные элементы (которые автор называет крестовинами) и заслонки, жестко закрепленные на корпусе, ротор с запорными элементами (которые автор называет крестовинами), установленными с возможностью вращения. Запорные крестовины и заслонки разделяют внутреннее пространство двигателя на камеры сжатия и рабочие камеры. Камера сгорания образована рабочими поверхностями лопаток крестовин ротора и крестовин корпуса. Так же описаны фиксаторы, которые удерживают крестовины в рабочем положении. Из описания патента не ясно - крестовины корпуса и ротора могут вращаться непрерывно и плавно, или они двигаются рывками, импульсно меняя свое положение в необходимый момент.The closest analogue of the invented by the author of the invention “INTERNAL COMBUSTION ENGINE: 5-stroke rotary engine with one central rotating shut-off element, common for separate sections of compression and expansion of the working fluid spaced along its diameter, and separate combustion chambers of constant volume” is the design “ROTOR ENGINE”, RF patent No. 2337247, which turns out to be an attempt to construct a rotary internal combustion engine with simple rotation of the working elements and separate sections thia and expansion of the working fluid. The construction of the invention - the closest analogue is based on the well-known Beiman engine scheme (see E.I. Akatov, V. S. Bolotov and others. “Ship rotary engines.” Leningrad, “Shipbuilding”, 1967, p. 34 ) The rotary engine comprises a fixed housing in which rotating locking elements (which the author calls crosses) and shutters rigidly mounted on the housing, a rotor with locking elements (which the author calls crosses) mounted for rotation are installed. The locking crosses and shutters divide the internal space of the engine into compression chambers and working chambers. The combustion chamber is formed by the working surfaces of the blades of the rotor crosses and the housing crosses. It also describes the latches that hold the cross in working position. It is not clear from the description of the patent - the crosses of the housing and rotor can rotate continuously and smoothly, or they move jerkily, impulse changing their position at the right moment.
Совпадающими существенными признаками между заявляемым изобретением и рассматриваемым ближайшим аналогом является разделение корпуса на разные технологические полости, где раздельно происходят процессы сжатия и расширения рабочего тела. Также совпадающими признаками являются основные рабочие элементы двигателей - вращающиеся роторы и наличие запорных элементов (барабаны или крестовины).The coinciding essential features between the claimed invention and the closest analogue under consideration is the separation of the housing into different technological cavities, where the processes of compression and expansion of the working fluid occur separately. Also matching signs are the main working elements of the engines - rotating rotors and the presence of locking elements (drums or crosses).
Причинами, препятствующими в рассматриваемом аналоге достижению высокого технического результата, являются следующие конструктивные просчеты:The reasons that impede the achievement of a high technical result in the analogue under consideration are the following constructive miscalculations:
- в указанной конструкции практически невозможно обеспечить герметичность камеры сгорания, которая образуется лишь на некоторое время лопатками «крестовин» корпуса и ротора;- in this design it is almost impossible to ensure the tightness of the combustion chamber, which is formed only for some time by the blades of the "crosses" of the housing and rotor;
- в указанной конструкции совершенно неясно, как предполагается переводить горячие рабочие газы из сектора сжатия (где в последний момент сжатия должна поджигаться рабочая смесь) в сектор расширения. Любые возможные для этой компоновки механизмы будут неизбежно приводить к обратному прорыву рабочих газов в сектор сжатия;- in this design it is completely unclear how it is supposed to transfer hot working gases from the compression sector (where the working mixture should be ignited at the last moment of compression) into the expansion sector. Any mechanisms possible for this arrangement will inevitably lead to a reverse breakthrough of the working gases in the compression sector;
- механизм рывкового изменения положения «крестовин» ротора и корпуса в нужный момент будет непременно сложным и громоздким, ресурс его работы вызывает большие сомнения при том, что этот вопрос в патенте практически не затронут.- the mechanism of jerking changes in the position of the "crosses" of the rotor and the casing at the right time will certainly be complex and cumbersome, the resource of its work raises great doubts despite the fact that this issue is practically not mentioned in the patent.
Сущность изобретения: Задачей изобретения, которая реализована в этой конструкции, является создание компактного высокоэффективного двигателя внутреннего сгорания с КПД более 50%, в котором соединены следующие образцы высоких технических достижений, каждое из которых самостоятельно уже является значительной технической задачей:The essence of the invention: The objective of the invention, which is implemented in this design, is to create a compact highly efficient internal combustion engine with an efficiency of more than 50%, in which the following samples of high technical achievements are connected, each of which is independently a significant technical task:
- совмещение в одном непрерывном вращательном движении главных конструктивных элементов двигателя - роторов с рабочими лопастями и согласованного с ними непрерывного вращательного движения вспомогательных элементов - одновременно многие вспомогательные и рабочие такты за один оборот главного вала двигателя;- combining in one continuous rotational movement of the main structural elements of the engine - rotors with working blades and the continuous rotational movement of auxiliary elements coordinated with them - at the same time many auxiliary and working cycles for one revolution of the main engine shaft;
- технологические процессы (такты): такт «впуск рабочей смеси - сжатие рабочей смеси», такт «горение рабочей смеси» (создание рабочего тела высокого давления) и такт «расширение рабочего тела (рабочих ход) - выпуск отработавших газов» разделены для реализации в пространстве в разных технологических объемах, но совмещены по времени и осуществляются в разных технологических и конструктивных полостях двигателя одновременно и параллельно по времени;- technological processes (cycles): the cycle “intake of the working mixture - compression of the working mixture”, the cycle “combustion of the working mixture” (creation of a working fluid of high pressure) and the cycle “expansion of the working fluid (working stroke) - exhaust gas discharge” are divided for implementation in space in different technological volumes, but combined in time and implemented in different technological and structural cavities of the engine simultaneously and in parallel in time;
- при вращении рабочих элементов двигателя создаются несколько герметично замкнутых камер расширения рабочих газов, поступательно и непрерывно увеличивающих свой объем, за счет чего осуществляется рабочий ход значительной длины, который использует до конца всю мощность избыточного давления рабочих газов и тем самым повышает термодинамический КПД рабочего такта, открывая выпускное окно для выхлопа рабочих газов в момент, когда они имеют уже минимальное остаточное давление и минимальную избыточную температуру. Этим путем реализуется высокий термодинамический КПД двигателя, бесшумность и чистота выхлопа;- when the working elements of the engine are rotated, several hermetically closed chambers for expanding the working gases are created, progressively and continuously increasing their volume, due to which a considerable stroke is carried out, which uses up to the end all the power of the overpressure of the working gases and thereby increases the thermodynamic efficiency of the working cycle, opening the exhaust window for the exhaust of working gases at a time when they already have a minimum residual pressure and a minimum excess temperature. This way the high thermodynamic efficiency of the engine, noiselessness and purity of the exhaust are realized;
- реализована возможность полноценного сгорания сильно сжатой рабочей смеси в отдельной от сектора расширения запираемой камере сгорания, которая запирается для процесса сгорания на значительный срок, что позволяет рабочей топливной смеси сгорать полностью при нарастающей температуре и давлении (изохорный процесс);- the possibility of full-fledged combustion of a highly compressed working mixture in a lockable combustion chamber separate from the expansion sector, which is locked for the combustion process for a considerable period of time, which allows the working fuel mixture to burn completely at increasing temperature and pressure (isochoric process), is implemented;
- появляется возможность использовать оптимальные формы нескольких камер сгорания неизменного объема, в которых нет движущихся частей - вплоть до сферической (для уменьшения теплопотерь) и из любых термостойких материалов (например - керамики);- it becomes possible to use the optimal forms of several combustion chambers of constant volume in which there are no moving parts - up to spherical (to reduce heat loss) and from any heat-resistant materials (for example, ceramics);
- реализована возможность сделать различными по объему процессы расширения и сжатия рабочего тела;- implemented the ability to make processes of expansion and contraction of the working fluid different in volume;
- отсутствуют возвратно-поступательные движения и знакопеременные нагрузки в кинематической схеме, передача мощности от рабочего тела на главный вал происходит только за счет вращательных движений, осуществляемых поступательно и непрерывно;- there are no reciprocating movements and alternating loads in the kinematic scheme, the transfer of power from the working fluid to the main shaft occurs only due to rotational movements carried out translationally and continuously;
- развивается высокий крутящий момент с постоянным плечом силы на протяжении всего рабочего цикла двигателя, мало зависящий от оборотов мотора;- high torque develops with a constant arm of force throughout the entire engine operating cycle, which is little dependent on engine speed;
- появляется возможность количественного управления оборотами двигателя (управление дроссельной заслонкой карбюратора) при обеспечении высокого коэффициента избытка воздуха (как в двигателе с воспламенением от сжатия);- there is the possibility of quantitative control of engine speed (carburetor throttle control) while ensuring a high coefficient of excess air (as in an engine with compression ignition);
- за счет вышеописанных особенностей появляется возможность построить простой, но высокоэффективный двигатель с предварительным смесеобразованием в простом карбюраторе, без применения сложных и дорогих дополнительных устройств современного смесеобразования - форсунок впрыска топлива, бензонасосов высокого давления и устройств принудительного надува воздуха в цилиндры;- due to the above features, it becomes possible to build a simple but highly efficient engine with preliminary mixture formation in a simple carburetor, without the use of complex and expensive additional modern mixture formation devices - fuel injection nozzles, high-pressure gas pumps and forced air injection devices in cylinders;
- достигнута высокая простота конструкции и значительная минимизация кинематической схемы двигателя, что является залогом надежности и малой цены при высоких технико-экономических показателях и привлекательных свойствах;- achieved high simplicity of design and significant minimization of the kinematic scheme of the engine, which is the key to reliability and low price with high technical and economic indicators and attractive properties;
Поставленная задача изобретения решается через конструктивные особенности предлагаемого устройства: 5-тактный роторный двигатель с одним центральным вращающимся запорным элементом, общим для разнесенных по его диаметру раздельных секций сжатия и расширения рабочего тела, и обособленными камерами сгорания неизменного объема содержит неподвижный полый цилиндрический корпус с камерами сгорания со свечами зажигания и полостями секций сжатия и расширения, большой центральный цилиндрический запорный элемент (запорный барабан) с проемами для пропускания лопастей периферийных роторов на главном валу, периферийные роторы в секциях «сжатия-впуска» и секциях «расширения-выпуска» с рабочими лопастями, вращающиеся золотниковые клапаны газораспределения и редуктор согласованного вращения всех вращающихся элементов двигателя.The object of the invention is solved through the design features of the proposed device: a 5-stroke rotary engine with one central rotating shut-off element common to separate compression and expansion sections of the working fluid spaced apart by its diameter and separate combustion chambers of constant volume contains a fixed hollow cylindrical body with combustion chambers with spark plugs and cavities of compression and expansion sections, a large central cylindrical locking element (locking drum) with openings and for passing the blades of the peripheral rotors on the main shaft, the peripheral rotors in the compression-inlet sections and the expansion-outlet sections with working blades, rotary valve valves and the gearbox for coordinated rotation of all rotating engine elements.
Особенность изобретения - схема взаимного расположения секций «расширения-выпуска» с их рабочими роторами и секций «сжатия-впуска» с их роторами и расположенными между ними камерами сгорания вокруг общего для них центрального цилиндрического запорного элемента (запорного барабана), а также места расположения золотниковых клапанов газораспределения, впускных и выпускных окон, позволяющих согласованно и одновременно производить во всех рабочих секциях несколько тактов «впуска», «сжатия», «горения», «расширения» и «выпуска». Все эти конструктивные элементы в едином объемно-компоновочном комплексе создают взаимно согласованные по рабочим тактам и периодически размыкаемые-замыкаемые, герметичные и одновременно уменьшающие или увеличивающие свой объем камеры секций «сжатия-впуска» и секций «расширения-выпуска», в нужные моменты соединяемые с камерами сгорания. Впервые реализована конструкция, позволяющая раздельно по местам осуществления, но одномоментно по времени, реализовывать несколько параллельно осуществляемых последовательностей из 5 тактов полного рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания со сжатием.A feature of the invention is the mutual arrangement of the expansion-release sections with their working rotors and the compression-inlet sections with their rotors and combustion chambers located between them around a central cylindrical locking element (locking drum) common to them, as well as the location of the spool gas distribution valves, inlet and outlet windows, which allow for consistent and simultaneous production of several strokes of "intake", "compression", "combustion", "expansion" and "exhaust" in all working sections. All these structural elements in a single volume-assembling complex create mutually agreed-upon working cycles and periodically open-close, sealed and simultaneously reduce or increase their volume chambers of the “compression-intake” sections and the “expansion-release” sections, at the right moments connected to combustion chambers. For the first time, a design has been implemented that allows, separately at the places of implementation, but at the same time, to implement several parallel sequences of 5 cycles of the full duty cycle of an internal combustion engine with compression.
Техническим результатом применения таких инженерных решений является значительное упрощение кинематики и конструкции двигателя внутреннего сгорания, получение значительной величины частоты оборотов рабочего вала, как и высокого и стабильного во время всех тактов рабочего цикла крутящего момента, улучшение приемистости и повышение мощности двигателя, значительное повышение экономичности и экологической чистоты, превышение двигателем значения КПД в 50%. Данное решение также позволяет создать ДВС, не имеющий в своей конструкции ни одной детали, которая бы совершала возвратно-поступательные движения и испытывала инерционные знакопеременные нагрузки.The technical result of the application of such engineering solutions is a significant simplification of the kinematics and design of the internal combustion engine, obtaining a significant value of the rotational speed of the working shaft, as well as a high and stable torque during all cycles of the duty cycle, improved throttle response and increased engine power, a significant increase in efficiency and environmental purity, the engine exceeds the efficiency value of 50%. This solution also allows you to create an internal combustion engine that does not have in its design a single part that would perform reciprocating movements and experience inertial alternating loads.
Таким образом, двигатель внутреннего сгорания: 5-тактный роторный двигатель с одним центральным вращающимся запорным элементом, общим для разнесенных по его диаметру раздельных секций сжатия и расширения рабочего тела, и обособленными камерами сгорания неизменного объема, содержащий имеющие возможность вращаться цилиндрические роторы, оснащенные лопастями, которые размещены в полом корпусе, оснащенном окнами для газообмена, содержащий вращающийся цилиндрический запорный элемент (запорный барабан), в котором объемное взаиморасположение наружных цилиндрических поверхностей роторов и кольцевой внутренней поверхности их корпусов, а также поверхностей лопастей ротора и центрального цилиндрического запорного элемента (запорного барабана) со своими пропускными проемами образует рабочие камеры - сегменты секций «сжатия-впуска» и секций «расширения-выпуска», могущие изменять свой объем, и имеющий через зубчатые шестеренчатые передачи связь главного вала с валами других вращающихся технологических элементов, отличается тем, что имеющие возможность вращаться роторы секций «сжатия-впуска» и роторы секций «расширения-выпуска» в своих гнездах на корпусе двигателя размещены вокруг единого для них имеющего возможность вращаться центрального цилиндрического запорного элемента, оснащенного пропускными проемами, и общее количество этих роторных секций равно количеству или кратно больше количества пропускных проемов на центральном цилиндрическом запорном элементе, как и на корпусе двигателя устроены полые камеры сгорания неизменного объема, числом, в два раза превышающим число секций «расширения-выпуска», при этом объемы секций «сжатия-впуска», камеры сгорания и объемы секций «расширения-выпуска» двигателя взаимно расположены так, что имеют возможность сообщаться между собой через предельно короткие газоходы с окнами перепуска, которые имеют возможность периодически отпираться и запираться, за счет действия имеющих возможность вращаться цилиндрических золотниковых клапанов, в режиме, который обеспечивает последовательное осуществление полного цикла технологических тактов двигателя внутреннего сгорания; при этом взаимное размещение окон перепуска рабочих агентов, режим их «отпирания-запирания» имеющими возможность вращаться цилиндрическими золотниковыми клапанами, как и взаимосвязанное соответствие угловых положений имеющих возможность вращаться лопастей роторов секций «сжатия-впуска» и «расширения-выпуска» и пропускных проемов центрального цилиндрического запорного элемента, как и настройка моментов искры свечей зажигания в камерах сгорания, устроены так, чтобы поджигание и полное сгорание сжатой рабочей смеси в камерах сгорания может происходить в запертом и неизменном объеме этих камер при всех закрытых окнах перепуска рабочего тела, а режим работы каждой группы из двух камер сгорания для каждого сегмента расширения каждой секции «расширения-выпуска» настроен так, что из двух соседних камер, имеющих возможность выбрасывать рабочие газы в один и тот же сегмент расширения каждой роторной секции «расширения-выпуска», каждый следующий рабочий ход имеет возможность выбрасывать газы в сегмент расширения только одна из них, и такой режим последовательного чередования между собой камер сгорания в тактах соединения с сегментом расширения каждой роторной секции «расширения-выпуска» может осуществляться в поступательной последовательности.Thus, an internal combustion engine: a 5-stroke rotary engine with one central rotating locking element common to separate compression and expansion sections of the working fluid spaced apart by its diameter, and separate combustion chambers of constant volume, containing cylindrical rotors equipped with blades that can rotate, which are housed in a hollow housing equipped with gas exchange windows, comprising a rotating cylindrical locking element (locking drum), in which the volumetric position is relative The outer cylindrical surfaces of the rotors and the annular inner surface of their housings, as well as the surfaces of the rotor blades and the central cylindrical locking element (locking drum) with their passage openings form working chambers - segments of the “compression-inlet” sections and the “expansion-outlet” sections, which can change its volume, and having a connection between the main shaft and the shafts of other rotating technological elements through gear gears, it differs in that rotors with “compression-inlet” sections and rotors of the “expansion-release” sections in their sockets on the engine block are arranged around a central cylindrical locking element equipped with passage openings, which is able to rotate, and the total number of these rotor sections is equal to or multiple openings on the central cylindrical locking element, as well as on the engine casing, hollow combustion chambers of constant volume are arranged, with a number two times the number of expansion-output sections ”, While the volumes of the“ compression-inlet ”sections, the combustion chamber and the volumes of the“ expansion-exhaust ”sections of the engine are mutually arranged so that they can communicate with each other through extremely short flues with bypass windows, which can periodically be unlocked and locked behind account of the action of cylindrical spool valves having the ability to rotate, in a mode that ensures the consistent implementation of a full cycle of technological cycles of an internal combustion engine; at the same time, the mutual arrangement of the bypass windows of the working agents, the mode of their “unlocking-locking” with the ability to rotate cylindrical spool valves, as well as the interconnected correspondence of the angular positions of the rotor blades of the compression-inlet and expansion-outlet sections and the passage openings of the central cylindrical locking element, as well as setting the moments of the spark of spark plugs in the combustion chambers, are arranged so that the ignition and complete combustion of the compressed working mixture in the chambers are burned I can occur in a locked and unchanged volume of these chambers with all the bypass windows of the working fluid closed, and the operation mode of each group of two combustion chambers for each expansion segment of each expansion-release section is configured so that from two neighboring chambers that can be thrown out working gases in one and the same expansion segment of each rotary expansion-release section, each next working stroke has the ability to discharge gases into the expansion segment only one of them, and this mode is sequentially anija between a combustion chamber in connection to segment strokes expansion "expansion-release" of each rotor section may be in translational sequences.
Центральный цилиндрический запорный элемент и поверхности роторов секций «расширения-выпуска» и «сжатия-впуска», плотно соприкасающиеся между собой цилиндрическими боковыми поверхностями, имеют возможность вращаться согласованно с такими угловыми скоростями, что их цилиндрические поверхности вращаются в противоположных направлениях с одинаковой линейной скоростью, то есть контактируют поверхностями в режиме обкатывания без проскальзывания и трения относительно друг друга, при этом диаметры цилиндрических поверхностей роторов имеют размер по отношению к диаметру цилиндрической поверхности центрального цилиндрического запорного элемента во столько раз меньший, во сколько раз количество пропускных проемов в центральном цилиндрическом запорном элементе меньше общего количества роторных секций (к примеру: в 2 раза).The Central cylindrical locking element and the surface of the rotors of the sections "expansion-release" and "compression-inlet", tightly in contact with each other by cylindrical side surfaces, are able to rotate in concert with such angular speeds that their cylindrical surfaces rotate in opposite directions with the same linear speed, that is, they contact the surfaces in the running mode without slipping and friction relative to each other, while the diameters of the cylindrical surfaces of the rotors and eyut size relative to the diameter of the cylindrical surface of the central cylindrical locking element into many times smaller, how many times the number of throughput openings in the central cylindrical locking member is less than the total number of rotor sections (for example: 2 times).
В исполнении с двумя секциями расширения со своими роторами, двумя секциями сжатия со своими роторами, одним общим для них центральным запорным барабаном на главном валу с двумя проемами для пропуска лопастей роторов и четырьмя камерами сгорания на крышках корпуса предлагаемый двигатель совершает 4 такта полезной работы (4 рабочих хода расширения) за 1 оборот главного вала, тогда как 4-тактный одноцилиндровый поршневой мотор - всего 0.25 рабочего такта за полный оборот своего коленвала, а одноцилиндровый двигатель Ванкеля - 0.75 такта полезной работы за оборот эксцентрикового вала. А в исполнении с тремя секциями расширения со своими роторами, тремя секциями сжатия со своими роторами и шестью камерами сгорания на крышке корпуса предлагаемый двигатель совершает 9 тактов полезной работы (9 рабочих ходов расширения) за 1 оборот главного вала. Благодаря этим особенностям конструкции для увеличения мощности и крутящего момента двигателю не нужно иметь высокие обороты главного вала, хотя ограничений для наращивания его оборотов в конструкции не существует и можно ожидать от опытных образцов выход на параметры оборотов, близких к газовым турбинам типа авиационных двигателей - до 20 тысяч оборотов в минуту, но - в отличие от газовых турбин - при высоких параметрах крутящего момента даже на низких оборотах и при малых затратах топлива.In the version with two expansion sections with their own rotors, two compression sections with their own rotors, one central locking drum common to them on the main shaft with two openings for the passage of rotor blades and four combustion chambers on the housing covers, the proposed engine performs 4 cycles of useful work (4 expansion travels) for 1 revolution of the main shaft, while a 4-stroke single-cylinder piston engine is only 0.25 working cycles for a full revolution of its crankshaft, and a Wankel single-cylinder engine is 0.75 cycles useful work per revolution of the eccentric shaft. And in the version with three expansion sections with its own rotors, three compression sections with its own rotors and six combustion chambers on the housing cover, the proposed engine performs 9 useful work cycles (9 expansion expansion strokes) for 1 revolution of the main shaft. Due to these design features, to increase power and torque, the engine does not need to have high speeds of the main shaft, although there are no restrictions to increase its speed in the structure and you can expect prototypes to reach speed parameters close to gas turbines such as aircraft engines - up to 20 thousand revolutions per minute, but - unlike gas turbines - at high torque parameters even at low revs and at low fuel consumption.
Способ преобразования давления рабочих газов в движение главного рабочего вала - простое вращательное движение, позволяет исключить потери, характерные для поршневого двигателя с его кривошипно-шатунным механизмом. Крутящий момент предлагаемой конструкции заметно больше, чем у поршневого четырехцилиндрового или роторного двигателя Ванкеля, т.к. радиус действующего плеча лопасти каждого ротора секций расширения легко делается в этой конструкции значительно больше плеча кривошипа (которое при его работе все время меняется от ноля до максимума и обратно) в поршневом двигателе или величины эксцентриситета эксцентрикового вала в роторном двигателе Ванкеля. При этом рабочий ход совершают одновременно несколько симметрично разнесенных по корпусу мотора рабочих роторов в секциях расширения.The method of converting the pressure of the working gases into the movement of the main working shaft is a simple rotational movement, which eliminates losses characteristic of a piston engine with its crank mechanism. The torque of the proposed design is noticeably greater than that of a piston four-cylinder or rotary Wankel engine, because the radius of the active shoulder of the blade of each rotor of the expansion sections is easily made in this design much larger than the crank arm (which during its operation constantly changes from zero to maximum and vice versa) in the piston engine or the eccentricity of the eccentric shaft in the Wankel rotary engine. In this case, the working stroke is performed simultaneously by several rotors symmetrically spaced along the motor casing in the expansion sections.
При конструкции двигателя с двумя рабочими роторами длина рабочего хода каждой лопасти по сравнению с традиционным поршневым мотором, который имеет близкий по площади к поверхности поршневой лопатки диаметр поршня (длина рабочего хода поршневого ДВС примерно равна диаметру поршня), будет в 4 раза больше. При такой конструкции изобретения появляется возможность превращать практически всю энергию давления горячих газов в полезную работу движения лопастей в сегментах расширения с постоянным вращением ротора. При этом температура и давление газов, выпускаемых из камеры расширения, должны быть минимально избыточными.When designing an engine with two working rotors, the stroke length of each blade compared to a traditional piston motor, which has a piston diameter close to the surface of the piston blade (the stroke length of the piston ICE is approximately equal to the diameter of the piston), will be 4 times longer. With this design of the invention, it becomes possible to convert almost all the hot gas pressure energy into the useful work of the motion of the blades in the expansion segments with constant rotation of the rotor. In this case, the temperature and pressure of the gases discharged from the expansion chamber should be minimally excessive.
Двигатель хорошо уравновешен - все подвижные детали двигателя совершают исключительно простые вращательные движения. В то время как у 4-цилиндрового 4-тактного поршневого двигателя имеется около 40 деталей с возвратно-поступательными движениями, что дает значительные вибрации таких моторов. Двигатель компактен, имеет простую конструкцию и малое количество деталей, что дает ему возможность достичь более высоких рабочих параметров, по сравнению с существующими ныне моторами разных типов.The engine is well balanced - all moving engine parts make extremely simple rotational movements. While the 4-cylinder 4-stroke piston engine has about 40 parts with reciprocating movements, which gives significant vibration to such motors. The engine is compact, has a simple design and a small number of parts, which makes it possible to achieve higher operating parameters, compared with the existing motors of different types.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Реализация назначения заявленного двигателя возможна к осуществлению через новаторские особенности его конструкции. На прилагаемых к данному разделу патентной заявки чертежах представлена конструкция двигателя с центральным запорным барабаном, снабженным двумя пропускными выемками, в корпусе устроены четыре полости для рабочих секций со своими роторами, из которых две - секции «сжатия-впуска» рабочего тела, а две - секции «расширения-выпуска» рабочего тела, а на торцевых крышках корпуса организованы четыре камеры сгорания - по две на каждой стороне.Realization of the purpose of the claimed engine is possible through innovative features of its design. The drawings attached to this section of the patent application show the design of the engine with a central locking drum equipped with two through holes, four cavities for working sections with their rotors are arranged in the housing, two of which are compression-inlet sections of the working fluid, and two are sections "Expansion-release" of the working fluid, and four combustion chambers are arranged on the end caps of the body - two on each side.
5-тактный роторный двигатель с одним центральным вращающимся запорным элементом, общим для разнесенных по его диаметру раздельных секций сжатия и расширения рабочего тела и обособленными камерами сгорания неизменного объема (фигура 1) содержит наружный корпус {элемент 1), центральный запорный барабан с проемами для лопастей роторов (элемент 2) - это самая большая внутренняя деталь, секции «сжатия-впуска» со своими роторами (элемент 3), секции «расширения-выпуска» со своими роторами (элемент 4), камеры сгорания (элемент 5), а также золотниковые клапана газораспределения и редуктор привода в согласованное движение каждого из подвижных элементов и передачи мощности от осей рабочих роторов на главный вал (на чертеже не изображены).A 5-stroke rotary engine with one central rotating locking element common to separate compression and expansion sections of the working fluid spaced apart by its diameter and separate combustion chambers of constant volume (figure 1) contains an outer casing (element 1), a central locking drum with openings for the blades rotors (element 2) - this is the largest internal part, the compression-inlet section with its rotors (element 3), the expansion-outlet section with its rotors (element 4), the combustion chamber (element 5), as well as the spoolvalve performance timing and drive speed reducer in coordinated movement of each of the movable members and transmit power from the working axes of the rotors to the main shaft (not shown in the drawing).
Корпус представляет собой полую корпусную деталь с выступами, где устроены полости - гнезда для размещения секций расширения и сжатия, а также золотниковых клапанов. По торцевым поверхностям корпус закрыт торцевыми крышками. В этих крышках проделаны окна подачи рабочей смеси, как и выхлопные окна - для выпуска отработавших газов. Также на обеих крышках размещены камеры сгорания, в стенках которых устроены гнезда для размещения свечей зажигания.The casing is a hollow casing part with protrusions where cavities are arranged - nests for accommodating expansion and compression sections, as well as slide valves. On the end surfaces, the housing is closed by end caps. In these covers, the windows for supplying the working mixture were made, as well as the exhaust windows - for the release of exhaust gases. Also on both covers there are combustion chambers, in the walls of which there are nests for accommodating spark plugs.
Центральный запорный барабан представляет собой деталь цилиндрической формы, жестко соединенную с главным валом двигателя, на равных угловых расстояниях по которому устроены пропускные выемки, которые во время движения роторов пропускают в свои проемы их рабочие лопасти. Цилиндрические поверхности роторов и запорного барабана за счет подбора диаметров и частоты вращения без трения обкатываются друг по другу, а диаметры роторов при этом делаются кратно меньше диаметра центрального запорного барабана.The central locking drum is a cylindrical part, rigidly connected to the main shaft of the engine, at equal angular distances through which grooves are arranged, which during the movement of the rotors pass their working blades into their openings. The cylindrical surface of the rotors and the locking drum due to the selection of diameters and rotational speeds without friction run around each other, and the diameters of the rotors are made multiple times less than the diameter of the central locking drum.
Геометрия внутреннего рабочего пространства двигателя представляет собой сочетание нескольких кольцевых полостей, которые могут в нужные моменты соединяться между собой через посредство камер сгорания. В этих кольцевых полостях движутся лопасти роторов, которые делят каждую их полостей на два сегмента переменного объема. То есть, при вращении роторов в кольцевых рабочих секциях лопасти роторов делят каждую из этих рабочих секций на два сегмента переменного объема (фигура 2) - в секциях «расширения-выпуска» на камеры: рабочего расширения (элемент 6) и выпуска (элемент 7). А в секциях «сжатия-впуска» на два сегмента - камеры переменного объема: всасывания (впуска) (элемент 8) и сжатия (элемент 9). Корпус устроен таким образом, что центральный запорный барабан одновременно оказывается запорным элементом для всех четырех роторных секций - двух секций сжатия и двух секций расширения. Во фрагментах корпуса, разделяющих кольцевые полости секций сжатия и расширения, устроены гнезда для цилиндриков золотниковых клапанов газораспределения, которые управляют процессами впуска и выпуска рабочего тела (сжатой рабочей смеси и рабочих газов горения) в камеры сгорания и из них в рабочие секции, а также временно герметично запирают эти камеры.The geometry of the internal working space of the engine is a combination of several annular cavities that can be connected to each other at the right moments through the combustion chambers. In these annular cavities rotor blades move, which divide each of their cavities into two segments of variable volume. That is, when the rotors rotate in the annular working sections, the rotor blades divide each of these working sections into two segments of variable volume (Figure 2) - in the "expansion-release" sections into cameras: working expansion (element 6) and exhaust (element 7) . And in the sections “compression-inlet” into two segments - cameras of variable volume: suction (inlet) (element 8) and compression (element 9). The housing is designed in such a way that the central locking drum is simultaneously a locking element for all four rotor sections - two compression sections and two expansion sections. In the fragments of the housing separating the annular cavities of the compression and expansion sections, nests are arranged for the cylinders of the slide valve valves, which control the processes of inlet and outlet of the working fluid (compressed working mixture and working combustion gases) into and out of the combustion chambers and temporarily tightly lock these cameras.
Именно в этом едином элементно-технологическом комплексе двигателя из кольцевых полостей сжатия, расширения и камер сгорания, раздельно в пространстве и одномоментно и непрерывно во времени как раз и происходят все технологические рабочие такты двигателя.It is in this single element-technological complex of the engine from the annular compression cavities, expansion and combustion chambers, separately in space and simultaneously and continuously in time that all the technological operating cycles of the engine occur.
Когда в каждой камере сгорания искрой от электросвеч поджигается рабочая смесь, она некоторое время горит в запертых камерах, а потом золотниковые клапана открывают окна из камер сгорания и в рабочие сегменты секций расширения начинают выбрасываться горячие рабочие газы высокого давления.When a working mixture is ignited by a spark from electric candles in each combustion chamber, it burns for a while in the locked chambers, and then the slide valves open the windows from the combustion chambers and hot working gases of high pressure begin to be emitted into the working segments of the expansion sections.
От этого в дугообразных полостях сегментов расширения возникает высокое давление. Так как диск центрального запорного барабана и корпус не могут двигаться относительно друг друга, то смещаться от давления газов могут лишь рабочие элементы рабочих роторов в секциях расширения - их лопасти, тем самым превращая это давление горячих газов горения во вращение роторов. Затем от осей роторов через зубчатые передачи шестерен это вращение передается на главный вал, на котором одновременно насажен центральный запорный барабан. Так происходят сразу несколько последовательных процессов «расширения-выпуска» в объемах рабочих секций и одновременно с этим процессом от главного вала через шестерни приводятся в движение роторы секций сжатия, и они засасывают и сжимают свежие заряды рабочей смеси, которые затем через золотниковые клапана попадают в камеры сгорания.From this, high pressure arises in the arcuate cavities of the expansion segments. Since the disk of the central locking drum and the casing cannot move relative to each other, only the working elements of the working rotors in the expansion sections — their blades — can shift from the gas pressure, thereby turning this pressure of the hot combustion gases into the rotation of the rotors. Then, from the rotor axes through gears of gears, this rotation is transmitted to the main shaft, on which the central locking drum is simultaneously mounted. Thus, several sequential “expansion-release" processes take place simultaneously in the volumes of the working sections, and simultaneously with this process, the rotors of the compression sections are driven through the gears from the main shaft, and they suck in and compress fresh charges of the working mixture, which then enter the chambers through the spool valves combustion.
Последовательность вращательных рабочих циклов двигателя такова - на примере мотора с двумя секциями расширения, в которых будут происходить такты «расширения-выпуска», и с двумя секциями сжатия, где будут происходить такты «сжатия-впуска», с двумя золотниковыми клапанами газораспределения и с четырьмя камерами сгорания, где будут происходить такты «горения» т.е. создания рабочего тела высокого давления (фигура I):The sequence of rotational operating cycles of the engine is as follows - on the example of a motor with two expansion sections in which “expansion-release” strokes will take place, and with two compression sections where “compression-intake” strokes will take place, with two valve-type gas distribution valves and four combustion chambers, where the “combustion” measures will take place ie create a working fluid of high pressure (figure I):
Исходное положение (фигура 3):Starting position (figure 3):
- лопасти секций сжатия только начали рабочий ход, за движущейся лопастью образовывается расширяющийся объем, там создается разрежение и туда всасывается из карбюратора свежий заряд рабочей смеси, а перед лопастью оказывается уменьшающееся пространство, в котором происходит сжатие заряда рабочей смеси, который был втянут в секцию сжатия на предыдущем обороте ротора этой секции;- the blades of the compression sections have just begun the working stroke, an expanding volume forms behind the moving blade, a vacuum is created there and a fresh charge of the working mixture is sucked in from the carburetor, and before the blade there is a decreasing space in which the charge of the working mixture is compressed, which was drawn into the compression section on the previous rotor of this section;
- в секциях расширения заканчивается рабочий ход: четные камеры сгорания открыты и из них выбрасываются остатки рабочих газов высокого давления в сегменты расширения - в объемы за лопастями роторов по ходу их движения, которые в данный момент достигли почти максимального размера. При этом перед лопастями оказываются минимальные размеры сегментов выпуска, в которых происходит «выталкивание» через выпускные окна продуктов горения, что образовались в предыдущем рабочем ходе.- the working stroke ends in the expansion sections: even combustion chambers are open and the remnants of high-pressure working gases are thrown into the expansion segments - into the volumes behind the rotor blades in the direction of their movement, which at the moment have reached almost maximum size. In this case, the vanes face the minimum dimensions of the exhaust segments, in which “pushing” combustion products through the exhaust windows occurs, which was formed in the previous working stroke.
- в это время нечетные камеры сгорания готовятся к принятию свежего заряда рабочей смеси, четные камеры сгорания открыты в сектора расширения;- at this time, the odd combustion chambers are preparing to receive a fresh charge of the working mixture, the even combustion chambers are open in the expansion sectors;
- центральный запорный барабан в этом положении запирает все рабочие секции двигателя.- the central locking drum in this position locks all the working sections of the engine.
При дальнейшем повороте (фигура 4) роторов всех секций и центрального запорного барабана все движущиеся элементы занимают следующие позиции:Upon further rotation (figure 4) of the rotors of all sections and the central locking drum, all moving elements occupy the following positions:
- в секциях сжатия происходит дальнейшее всасывание и сжатие рабочей смеси - лопасти их роторов совершили половину рабочего хода и в этот момент золотниковые клапана начинают открывать нечетные камеры сгорания, чтобы они начали впускать в себя сжимаемую рабочую смесь;- in the compression sections there is further absorption and compression of the working mixture - the blades of their rotors have completed half the working stroke and at that moment the spool valves begin to open the odd combustion chambers so that they begin to let in the compressible working mixture;
- в секциях расширения завершился рабочий ход, при этом лопасти роторов открыли окна выпуска в атмосферу для соединения сегментов расширения и четных камер с атмосферой. Давление в четных камерах сгорания падает до атмосферного;- the working stroke was completed in the expansion sections, while the rotor blades opened the exhaust windows to connect the expansion segments and even chambers with the atmosphere. The pressure in the even combustion chambers drops to atmospheric;
- в это время нечетные камеры сгорания начинают принимать свежие заряды рабочей смеси, четные камеры сгорания открыты в сектора расширения, давление в них равно атмосферному;- at this time, the odd combustion chambers begin to receive fresh charges of the working mixture, the even combustion chambers are open in the expansion sectors, the pressure in them is equal to atmospheric;
- при этом центральный запорный барабан поворачивается так, что его пропускные выемки пропускают вращающиеся лопасти роторов секций расширения.- in this case, the central locking drum is rotated so that its through-pass recesses allow the rotating blades of the rotors of the expansion sections to pass through.
При дальнейшем движении роторов и центрального запорного барабана происходит следующее (фигура 5);With further movement of the rotors and the central locking drum, the following occurs (figure 5);
- в секциях сжатия завершается последний этап такта «всасывание-сжатие» и в сегментах сжатия оказываются уже минимальные объемы и максимальное давление - рабочая смесь через открытый золотниковый клапан «задавливается» в нечетные камеры сгорания и они скоро закроются клапанами. В этот же период в сегменте всасывания объем оказывается наибольшим и он заполнен свежим зарядом еще не сжатой рабочей смеси;- in the compression sections, the last stage of the suction-compression cycle is completed and the minimum volumes and maximum pressure are already in the compression segments - the working mixture is “pushed” through the open slide valve into the odd combustion chambers and they will soon be closed by valves. During the same period, the volume in the suction segment is the largest and it is filled with a fresh charge of the uncompressed working mixture;
- в секциях расширения только начался новый рабочий ход - такт расширения: золотниковые клапаны открыли четные камеры сгорания и оттуда в сегменты расширения, которые сейчас минимального объема, начинают выбрасываться рабочие газы высокого давления, а перед лопастями роторов этих секций идет процесс выдавливания через выпускные окна продуктов горения от прежнего рабочего такта;- in the expansion sections, a new working stroke has just begun - the expansion stroke: the spool valves opened even combustion chambers and from there the high-pressure working gases begin to be ejected into the expansion segments, which are now of the smallest volume, and in front of the rotor blades of these sections there is a process of extrusion through the product exhaust windows burning from the previous working cycle;
- в это время нечетные камеры сгорания завершают заполнение свежими зарядами рабочей смеси и скоро закроются золотниковыми клапанами, четные камеры, в которых уж сожглись заряды сжатой рабочей смеси, начинают выбрасывать рабочие газы высокого давления в сектора расширения;- at this time, the odd combustion chambers complete the filling with fresh charges of the working mixture and will soon be closed with slide valves, the even chambers in which the charges of the compressed working mixture have already been burnt begin to discharge high-pressure working gases into the expansion sectors;
- запорный барабан в этом положении запирает все рабочие секции двигателя.- the locking drum in this position locks all the working sections of the engine.
При дальнейшем движении роторов и центрального запорного барабана происходит следующее (фигура 6):With further movement of the rotors and the central locking drum, the following occurs (figure 6):
- в секциях сжатия прекращается такт сжатия, и эти секции полностью оказываются заполнены свежим зарядом рабочей смеси из карбюратора с давлением, равным атмосферному;- in the compression sections, the compression cycle stops, and these sections are completely filled with a fresh charge of the working mixture from the carburetor with a pressure equal to atmospheric;
- в секциях расширения в этот момент прошла половина процесса рабочего хода - такта расширения;- in the expansion sections at this moment, half of the working stroke process took place - the expansion stroke;
- нечетные камеры сгорания - камеры сгорания, заполненные рабочей смесью, готовятся к поджигу и горению смеси, а четные камеры сгорания наполовину уже сбросили давление рабочих газов в сектора расширения;- odd combustion chambers - the combustion chambers filled with the working mixture are being prepared for ignition and combustion of the mixture, and the even combustion chambers have already halved the pressure of the working gases in the expansion sectors;
- при этом центральный запорный барабан поворачивается так, что его пропускные выемки пропускают вращающиеся лопасти роторов секций сжатия.- at the same time, the central locking drum rotates so that its through-pass recesses allow the rotating blades of the rotors of the compression sections to pass through.
Через некоторое время лопасти роторов всех секций и пропускные проемы центрального запорного барабана провернутся дальше и все подвижные части двигателя окажутся в положении, изображенном на фигуре 3, и на этом заканчивается последовательный технологический цикл из 5-ти тактов и одновременно двигатель начинает новый круг из 5-ти тактов очередного цикла.After some time, the rotor blades of all sections and the passage openings of the central locking drum will crank further and all the moving parts of the engine will be in the position shown in figure 3, and this concludes the sequential technological cycle of 5 cycles and at the same time the engine starts a new circle of 5- These cycles of the next cycle.
Таким образом, в двигателе данной конструктивной компоновки большую часть времени его работы происходит одновременно 2 такта расширения, 2 такта выпуска, 2 такта сжатия и 2 такта впуска, и 2 такта горения рабочей смеси.Thus, in the engine of this design arrangement, most of the time it is running is simultaneously 2 expansion strokes, 2 exhaust strokes, 2 compression strokes and 2 intake strokes, and 2 combustion cycles of the working mixture.
Такт расширения в данной конструктивной компоновке двигателя продолжается значительное расстояние и занимает в приведенной на чертеже конструкции угловую величину практически в 270 градусов поворота лопасти ротора в каждом рабочем секторе расширения из величины в 360 градусов всей его угловой длины. Т.е. общий рабочий ход составляет 270 градусов из 360 градусов всей угловой протяженности движения рабочего органа в каждой из 2 секций расширения, что составляет 75% от углового расстояния полного оборота вала, и это при постоянном плече крутящего момента. (В отличие от этой величины в 25% в 4-тактных и 50% в 2-тактных поршневых двигателях - и это при все время нестабильной величине крутящего момента). В зависимости от технических задач и геометрии конкретной компоновочно-габаритной схемы угловая величина и линейная протяженность рабочего такта может быть еще несколько увеличена.The expansion stroke in this structural arrangement of the engine continues for a considerable distance and takes in the design drawing shown an angular value of almost 270 degrees of rotation of the rotor blade in each working expansion sector from a value of 360 degrees of its entire angular length. Those. the total working stroke is 270 degrees out of 360 degrees of the entire angular extent of movement of the working body in each of the 2 expansion sections, which is 75% of the angular distance of a full revolution of the shaft, and this is with a constant torque arm. (In contrast to this value of 25% in 4-stroke and 50% in 2-stroke piston engines - and this is with all the time unstable value of torque). Depending on the technical problems and the geometry of a particular layout-dimensional scheme, the angular value and linear length of the working cycle can be slightly increased.
И такое беспрерывное вращение с почти постоянным съемом мощности от расширяющихся газов (с крутящим моментом с постоянным плечом силы) по всему кольцу угловых расстояний секторов расширения может продолжаться и продолжаться. Т.е. за один оборот главного вала двигателя каждая рабочая лопасть будет совершать 2 рабочих такта, а совокупно 2 рабочих лопасти ротора за один оборот вала будут совершать 4 рабочих тактов. Эта величина в 4 рабочих такта оказывается очень большой против (если брать однопоршневую схему для традиционных ДВС) 0,25 рабочего такта у 4-тактного мотора, и 0,5 рабочего такта у 2-тактного поршневого мотора за один оборот рабочего вала. Если же сделать компоновку двигателя из трех секций сжатия и трех секций расширения вокруг центрального запорного барабана, то количество рабочих тактов за один оборот вала возрастет до 9.And such a continuous rotation with an almost constant removal of power from expanding gases (with a torque with a constant arm of force) over the entire ring of angular distances of the expansion sectors can go on and on. Those. for one revolution of the main shaft of the engine, each working blade will make 2 working cycles, and a total of 2 working blades of the rotor for one rotation of the shaft will make 4 working cycles. This value of 4 working cycles turns out to be very large against (if we take the single-piston scheme for traditional ICEs) 0.25 working cycles for a 4-stroke engine, and 0.5 working cycles for a 2-stroke piston motor per revolution of the working shaft. If the layout of the engine is made up of three compression sections and three expansion sections around the central locking drum, the number of working cycles per shaft revolution will increase to 9.
Именно по этой причине от данной конструкции следует ожидать многократного прироста мощности при одинаковом с традиционными поршневыми моторами объеме рабочих камер расширения. А если сделать мотор предлагаемой конструкции по примеру 2- или 4-цилиндровых поршневых моторов состоящим из нескольких роторных секций, то количество рабочих тактов в этом случае будет нарастать в арифметической прогрессии - 18 для двухсекционной компоновки и 36 рабочих тактов за оборот рабочего вала для компоновки из четырех роторов. Для получения подобных показателей для 4-тактного мотора - т.е. 36 рабочих тактов за оборот вала в нем надо будет иметь 144 поршня.For this reason, from this design, one should expect a multiple increase in power with the same volume of working expansion chambers as traditional piston motors. And if you make the motor of the proposed design, for example, 2- or 4-cylinder piston engines consisting of several rotor sections, then the number of working cycles in this case will increase in arithmetic progression - 18 for a two-section layout and 36 working cycles per revolution of the working shaft for the layout of four rotors. To obtain similar indicators for a 4-stroke motor - i.e. 36 working cycles per revolution of the shaft in it will need to have 144 pistons.
При этом особенность устройства двигателя, в котором процессы (технологические такты) сжатия рабочей смеси и расширения рабочих газов горения разнесены в разные технологические полости, дает возможность легко сделать такты расширения и сжатия разными по длине хода и различными по технологическому объему для тонкой регулировки параметров работы мотора, что практически невозможно осуществить в традиционных поршневых ДВС. Предлагаемая компоновка также позволяет осуществлять регулирование параметров такта сжатия, что дает возможность управлять мощностно-динамическими свойствами двигателя и минимизирует сложность конструкции, и снимает высокие требования к качеству топлива.At the same time, a feature of the engine device, in which the processes (technological steps) of compression of the working mixture and expansion of the working combustion gases are spaced into different technological cavities, makes it possible to easily make the expansion and compression strokes different in stroke length and different in technological volume for fine adjustment of motor operation parameters , which is almost impossible to implement in traditional piston ICEs. The proposed layout also allows you to control the parameters of the compression stroke, which makes it possible to control the power-dynamic properties of the engine and minimizes the complexity of the design, and removes high requirements for fuel quality.
Кроме всасывания рабочей горючей смеси через карбюратор в сектор впуска возможно заполнение этого сектора только чистым воздухом с его последующим сжатием в сегменте сжатия, с дальнейшим осуществлением работы двигателя по типу дизеля - с впрыском топлива непосредственно в объем камеры сгорания, которая уже заполнена сильно сжатым и разогретым от этого воздухом.In addition to the suction of the working combustible mixture through the carburetor into the intake sector, it is possible to fill this sector only with clean air with its subsequent compression in the compression segment, with the further operation of the engine as a diesel engine - with fuel injection directly into the volume of the combustion chamber, which is already filled with highly compressed and heated from this air.
Главная особенность изобретения - взаимное расположение и согласованные вращательные движения рабочих лопастей роторов секций расширения и сжатия в их полостях, золотниковых клапанов, управляющих перепускными окнами, поверхности центрального запорного барабана, полостей камер сгорания на корпусе двигателя, а также расположение впускных, перепускных и выпускных окон, что в комплексе совместной работы создает возможность согласованного осуществления одномоментно многих технологических процессов - тактов «сжатия-впуска», «поджига-горения» и «расширения-выпуска». Именно применением этой конструкции достигается возможность организовать полный рабочий цикл из 4 тактов по вращательно-кольцевому принципу за один оборот главного вала для указанного на прилагаемом чертеже варианта компоновки конструкции данного двигателя с двумя секциями «сжатия-впуска», двумя секциями «расширения-выпуска» (каждая со своим однолопастным ротором), центральным запорным барабаном с двумя пропускными проемами и четырьмя камерами сгорания.The main feature of the invention is the relative position and coordinated rotational movements of the rotor blades of the rotors of the expansion and compression sections in their cavities, the spool valves controlling the bypass windows, the surface of the central locking drum, the cavities of the combustion chambers on the engine body, as well as the location of the inlet, bypass and exhaust windows, which, in a complex of joint work, creates the possibility of coordinated implementation of many technological processes simultaneously - “compression-intake”, “ignition” cycles eniya "and" expansion-issue. " It is the application of this design that makes it possible to organize a full working cycle of 4 cycles according to the rotational-ring principle for one revolution of the main shaft for the design layout option for this engine with two sections of “compression-intake” and two sections of “expansion-output” indicated on the attached drawing ( each with its own single-blade rotor), a central locking drum with two passage openings and four combustion chambers.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124320/06A RU2477377C2 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124320/06A RU2477377C2 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011124320A RU2011124320A (en) | 2012-12-27 |
| RU2477377C2 true RU2477377C2 (en) | 2013-03-10 |
Family
ID=49124328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011124320/06A RU2477377C2 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2477377C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199412U1 (en) * | 2020-04-13 | 2020-08-31 | Николай Сергеевич Лапшин | ROTARY FOUR-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE "ROLAN" |
| US11428156B2 (en) | 2020-06-06 | 2022-08-30 | Anatoli Stanetsky | Rotary vane internal combustion engine |
| RU224774U1 (en) * | 2024-01-12 | 2024-04-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Реут Моторс" | ROTARY ICE WITH A PULSE ACTION COMBUSTION CHAMBER EQUIPPED WITH AN EVAPORATORY JACKET AND AERODYNAMIC INLET VALVE |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59229019A (en) * | 1983-06-10 | 1984-12-22 | Katsuhiko Sakata | Rotary engine |
| RU2251624C2 (en) * | 2002-01-08 | 2005-05-10 | Сухарев Владимир Александрович | Rotary engine |
| WO2010081469A2 (en) * | 2009-01-19 | 2010-07-22 | Oleg Tchebunin | Rotary force machine having three rotating displacement bodies with entry pressure flaps and a controller of the inlet openings into the combustion pipe |
-
2011
- 2011-06-16 RU RU2011124320/06A patent/RU2477377C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59229019A (en) * | 1983-06-10 | 1984-12-22 | Katsuhiko Sakata | Rotary engine |
| RU2251624C2 (en) * | 2002-01-08 | 2005-05-10 | Сухарев Владимир Александрович | Rotary engine |
| WO2010081469A2 (en) * | 2009-01-19 | 2010-07-22 | Oleg Tchebunin | Rotary force machine having three rotating displacement bodies with entry pressure flaps and a controller of the inlet openings into the combustion pipe |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199412U1 (en) * | 2020-04-13 | 2020-08-31 | Николай Сергеевич Лапшин | ROTARY FOUR-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE "ROLAN" |
| US11428156B2 (en) | 2020-06-06 | 2022-08-30 | Anatoli Stanetsky | Rotary vane internal combustion engine |
| RU224774U1 (en) * | 2024-01-12 | 2024-04-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Реут Моторс" | ROTARY ICE WITH A PULSE ACTION COMBUSTION CHAMBER EQUIPPED WITH AN EVAPORATORY JACKET AND AERODYNAMIC INLET VALVE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011124320A (en) | 2012-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6739307B2 (en) | Internal combustion engine and method | |
| RU2528796C2 (en) | Internal combustion engine: six-stroke rotary engine with spinning gates, separate rotor different-purpose sections, invariable volume combustion chambers arranged in working rotors | |
| US4077365A (en) | Expansible chamber apparatus | |
| GB1565669A (en) | Reciprocating rotary combustion engines | |
| JPS6147966B2 (en) | ||
| RU2477377C2 (en) | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers | |
| RU2477376C2 (en) | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with rotary gates, separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers | |
| RU2374454C2 (en) | Design of piston machine and method of designing its working chamber for thermodynamic cycle | |
| WO2009000844A2 (en) | Rotary piston combustion engine | |
| RU2193676C2 (en) | Rotary piston internal combustion engine | |
| RU2240432C1 (en) | Internal combustion engine | |
| Nice | How Rotary Engines Work | |
| WO2021061002A1 (en) | Rotary internal combustion engine and operating method thereof | |
| RU2539412C1 (en) | Rotary two-chamber internal combustion engine | |
| RU2834634C1 (en) | "бо-2" rotary vane internal combustion engine | |
| RU2193675C2 (en) | Rotary piston internal combustion engine | |
| RU2444635C2 (en) | Rotary engine | |
| RU2524795C2 (en) | Rotary internal combustion engine | |
| RU2358128C2 (en) | Rotor-impulse engine | |
| RU2336427C1 (en) | Ice rotor engine | |
| RU2602938C1 (en) | Rotary internal combustion engine | |
| RU2614898C2 (en) | Method of pistons motion conversion and internal combustion engine | |
| EP1522675A2 (en) | Rotary internal-combustion engine | |
| RU2518793C2 (en) | Oscillatory internal combustion engine | |
| EA040159B1 (en) | INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF ROTARY TYPE AND METHOD OF ITS WORK |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160617 |