RU2256808C2 - Internal combustion turborotor engine - Google Patents
Internal combustion turborotor engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2256808C2 RU2256808C2 RU2003126428/06A RU2003126428A RU2256808C2 RU 2256808 C2 RU2256808 C2 RU 2256808C2 RU 2003126428/06 A RU2003126428/06 A RU 2003126428/06A RU 2003126428 A RU2003126428 A RU 2003126428A RU 2256808 C2 RU2256808 C2 RU 2256808C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- compression
- engine
- disks
- expansion
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 6
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
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
- Supercharger (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в автомобилестроении, судостроении и других областях, где применяются двигатели внутреннего сгорания.The invention relates to the field of engine manufacturing and can be used in the automotive industry, shipbuilding and other fields where internal combustion engines are used.
В современном двигателестроении известны роторные двигатели внутреннего сгорания различного типа. В зависимости от конструктивных особенностей и принципа работы их можно разделить на роторно-поршневые, роторно-лопастные, собственно роторные и роторно-заслоночные двигатели. Роторно-поршневые двигатели содержат поршни и цилиндры, которые объединяются в единый блок либо в виде многолучевой звезды, либо в виде барабана. В звездообразных двигателях каждый поршень имеет ролик, опирающийся на рабочую дорожку, проточенную в виде “восьмерки” на неподвижном силовом кольце, а в центре корпуса расположен неподвижный золотник для подвода рабочей смеси в цилиндры. В двигателях барабанного типа поршни движутся в цилиндрах навстречу друг другу, образуя рабочие камеры переменного объема, а их поступательное движение преобразуется во вращательное движение вала с помощью “косых” шайб. В роторно-лопастных двигателях внутреннего сгорания основными рабочими органами являются лопасти, которые вращаются на валах, проходящих по оси корпуса, и делят его внутреннюю цилиндрическую полость на четыре замкнутых объема. Для осуществления в них термодинамических процессов лопасти должны совершать сложное движение, которое, кроме вращательного, состоит также из движения, подобного движению ножниц. В собственно роторных двигателях внутреннего сгорания камеры переменного объема образуются рабочими поверхностями ротора и корпуса. Такие двигатели имеют либо внутреннюю полость сложной эпитрихоидальной формы, как, например, в двигателе Ванкеля, в которой на эксцентрике рабочего вала вращается трехгранный ротор, либо цилиндрическую или профилированную форму внутренней полости с симметрично устанавливаемым на рабочем валу ротором с подвижными или качающимися поршнями. К роторно-заслоночным двигателям относятся двигатели с цилиндрической внутренней полостью, камеры переменного объема для осуществления термодинамических процессов, в которых образуются с помощью профилирования наружной поверхности ротора и установки системы подвижных заслонок в пазах корпуса, контактирующих с профилированной поверхностью ротора (см. книгу Гуськова Г.Г., Необычные двигатели. - М., Знание, 1971 г., авторские свидетельства №1017803, 1442683, 1502865, 1518555, патент РФ №2008468, кл. F 02 В 53/00).In modern engine manufacturing, rotary internal combustion engines of various types are known. Depending on the design features and the principle of operation, they can be divided into rotary-piston, rotary-blade, rotor proper and rotor-throttle engines. Rotary piston engines contain pistons and cylinders that are combined into a single unit either in the form of a multipath star or in the form of a drum. In star engines, each piston has a roller resting on a working track machined in the form of a figure eight on a fixed power ring, and in the center of the housing there is a fixed spool for supplying the working mixture to the cylinders. In drum-type engines, the pistons move in the cylinders towards each other, forming working chambers of variable volume, and their translational motion is converted into rotational movement of the shaft using “oblique” washers. In rotary vane internal combustion engines, the main working bodies are blades that rotate on shafts passing along the axis of the housing and divide its internal cylindrical cavity into four closed volumes. To carry out thermodynamic processes in them, the blades must make a complex movement, which, in addition to rotational, also consists of a movement similar to the movement of scissors. In the actual rotary internal combustion engines, chambers of variable volume are formed by the working surfaces of the rotor and the housing. Such engines have either an internal cavity of a complex epitrichoid shape, such as, for example, in a Wankel engine in which a trihedral rotor rotates on the eccentric of the working shaft, or a cylindrical or profiled shape of the internal cavity with a rotor symmetrically mounted on the working shaft with movable or oscillating pistons. Rotor-throttle engines include engines with a cylindrical internal cavity, chambers of variable volume for thermodynamic processes, which are formed by profiling the outer surface of the rotor and installing a system of movable shutters in the grooves of the housing in contact with the profiled surface of the rotor (see Guskov G. G., Unusual engines. - M., Knowledge, 1971, copyright certificates No. 1017803, 1442683, 1502865, 1518555, RF patent No. 20048468, class F 02 B 53/00).
Среди роторно-заслоночных двигателей можно выделить двигатель нового типа, принцип работы которого весьма напоминает работу турбины, вследствие чего его целесообразно назвать турбороторным двигателем внутреннего сгорания (см. патент РФ №2133845, кл. F 02 В 53/00).Among the rotary throttle engines, a new type of engine can be distinguished, the principle of operation of which is very similar to the operation of a turbine, as a result of which it is advisable to call it a turbo-internal combustion engine (see RF patent No. 2133845, class F 02 B 53/00).
Основным недостатком роторно-поршневых двигателей является малый ресурс работы, обусловленный усиленным и быстро увеличивающимся с ростом числа оборотов износом цилиндров. К существенным недостаткам роторно-лопастных двигателей можно отнести сложную, технически трудно реализуемую систему управления движением лопастей и большие знакопеременные нагрузки, действующие в местах крепления лопастей с валами и приводящие к быстрому выходу двигателя из строя. Основным недостатком двигателя Ванкеля является несимметричное распределение действующих в нем сил вследствие эксцентриковой установки ротора. Действующие на ротор силы складываются из центробежной силы, увеличивающейся пропорционально квадрату угловой скорости его вращения, и постоянно направленной силы ударного типа, периодически действующей на него со стороны рабочих камер, где происходит воспламенение рабочей смеси. Поскольку ротор в процессе движения опирается на свои вершины, то вся нагрузка, создаваемая указанными выше силами, воспринимается уплотнительными элементами, устанавливаемыми в вершинах ротора, что приводит к их быстрому износу. При этом возможен не только быстрый износ уплотнительных элементов, но и выкрашивание зубьев шестерен, соединяющих вал двигателя с ротором, которое приводит к поломке двигателя. К весьма существенным недостаткам двигателя Ванкеля можно отнести также неудобную серповиднощелевую форму камер сгорания и сложную форму внутренней полости. С целью устранения отмеченных недостатков двигателя Ванкеля предложен целый ряд конструкций роторных двигателей данного типа с симметрично устанавливаемым на рабочем валу ротором с подвижными или качающимися поршнями. Однако это приводит к столь существенному усложнению конструкции ротора, системы газораспределения, смазки и уплотнений, что делает их технически нереализуемыми. Основным недостатком роторно-заслоночных двигателей является сложность обеспечения герметизации и смазки мест контакта подвижных элементов.The main disadvantage of rotary piston engines is a short service life, due to increased and rapidly increasing cylinder wear with increasing speed. Significant disadvantages of rotor-vane engines include a complex, technically difficult to implement control system for the movement of the blades and large alternating loads acting in the places of fastening of the blades with shafts and leading to a quick engine failure. The main disadvantage of the Wankel engine is the asymmetric distribution of the forces acting in it due to the eccentric installation of the rotor. The forces acting on the rotor are made up of a centrifugal force increasing in proportion to the square of the angular velocity of its rotation, and a constantly directed shock type force, periodically acting on it from the side of the working chambers, where the ignition of the working mixture occurs. Since the rotor rests on its peaks during movement, the entire load created by the forces indicated above is perceived by the sealing elements installed at the tops of the rotor, which leads to their rapid wear. In this case, not only quick wear of the sealing elements is possible, but also chipping of the gear teeth connecting the motor shaft with the rotor, which leads to engine breakdown. Among the very significant drawbacks of the Wankel engine are the inconvenient sickle-slotted shape of the combustion chambers and the complex shape of the internal cavity. In order to eliminate the noted drawbacks of the Wankel engine, a number of designs of rotary engines of this type with a rotor symmetrically mounted on the working shaft with movable or swinging pistons are proposed. However, this leads to such a significant complication of the design of the rotor, gas distribution system, lubrication and seals, which makes them technically unrealizable. The main disadvantage of rotary throttle engines is the difficulty in providing sealing and lubrication of the contact points of the movable elements.
Наиболее близким по технической сущности является турбороторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полостью и камерами сгорания, снабженными перекрывающимися перепускными каналами, ротор и систему заслонок, установленных в пазах корпуса и контактирующих с внешней профилированной поверхностью ротора. Внутренняя цилиндрическая полость двигателя разделена на самостоятельные полости сжатия и расширения, сообщающиеся между собой через четное число равномерно размещенных по окружности камер сгорания. Ротор состоит из установленных на общем валу и размещенных в полостях сжатия и расширения дисков, на внешних поверхностях которых выполнены чередующиеся с цилиндрическими частями сегментообразные вырезы, вместе с заслонками образующие камеры переменного объема для осуществления термодинамических процессов и количество которых в два раза меньше количества камер сгорания. Диски развернуты относительно друг друга так, что напротив каждого сегментообразного выреза одного расположена цилиндрическая часть другого. Заслонки попарно размещены около каждой камеры сгорания, причем одна из заслонок каждой пары установлена в полости сжатия, а другая - в полости расширения. Заслонки подпружинены и выполнены в виде двух профилированных соприкасающихся пластинок, между которыми выполнены каналы для подачи смазывающей жидкости (см. патент РФ №2133845 кл. F 02 В 53/00, 1999 г.).The closest in technical essence is a turbo-rotor internal combustion engine containing a housing with an internal cylindrical cavity and combustion chambers equipped with overlapping bypass channels, a rotor and a system of dampers installed in the grooves of the housing and in contact with the external profiled surface of the rotor. The internal cylindrical cavity of the engine is divided into independent compression and expansion cavities communicating with each other through an even number of combustion chambers evenly spaced around the circumference. The rotor consists of disks mounted on a common shaft and placed in compression and expansion cavities, on the external surfaces of which segment-shaped cutouts are made alternating with cylindrical parts, together with dampers forming variable-volume chambers for thermodynamic processes and the number of which is half the number of combustion chambers. The disks are turned relative to each other so that opposite each segment-shaped cutout of one is the cylindrical part of the other. The dampers are placed in pairs near each combustion chamber, one of the dampers of each pair being installed in the compression cavity, and the other in the expansion cavity. The dampers are spring-loaded and made in the form of two profiled contacting plates, between which channels for supplying a lubricating fluid are made (see RF patent No. 2133845 class F 02 B 53/00, 1999).
Основным недостатком описанного двигателя является то, что выполнение каналов для подачи смазывающей жидкости между подвижными пластинками заслонок существенно затрудняет смазку и герметизацию мест контакта торцевых поверхностей дисков ротора с боковыми стенками полостей сжатия и расширения.The main disadvantage of the described engine is that the implementation of the channels for supplying lubricating fluid between the movable plates of the shutters significantly complicates the lubrication and sealing of the contact points of the end surfaces of the rotor disks with the side walls of the compression and expansion cavities.
К его недостаткам следует отнести также то, что герметизация мест контакта заслонок с профилированными поверхностями дисков ротора с помощью сил поджатия их пружинами обеспечивается только при относительно небольшой частоте вращения ротора, что весьма существенно ограничивает мощность, которую может развивать двигатель. При увеличении частоты вращения ротора выше допустимой силы поджатия становятся недостаточными для создания необходимой быстроты перемещения заслонок, что приводит к потере ими контакта с профилированными поверхностями дисков ротора, нарушению герметичности рабочих камер и соответственно работоспособности двигателя. Увеличение допустимой частоты вращения ротора и соответственно мощности двигателя при этом вообще говоря возможно за счет увеличения сил поджатия заслонок к профилированным поверхностям дисков ротора, однако требует столь значительного их увеличения, что оказывается технически трудно реализуемым.Its disadvantages include the fact that the sealing of the contact points of the shutters with the profiled surfaces of the rotor disks by means of the forces of compression by their springs is provided only at a relatively low rotor speed, which very significantly limits the power that the engine can develop. With an increase in the rotor speed above the allowable force, the preloads become insufficient to create the necessary speed of movement of the shutters, which leads to loss of contact with the profiled surfaces of the rotor disks, a violation of the tightness of the working chambers and, accordingly, the engine performance. An increase in the permissible rotor speed and, accordingly, engine power is generally possible due to an increase in the forces of the shutters to the profiled surfaces of the rotor disks, however, they require such a significant increase that it is technically difficult to implement.
Задачами настоящего изобретения являются обеспечение смазки и герметизации мест контакта подвижных элементов двигателя при любой частоте вращения ротора и повышение мощности, которую может развивать двигатель.The objectives of the present invention are to provide lubrication and sealing of the contact points of the moving parts of the engine at any rotor speed and increasing the power that the engine can develop.
Для решения поставленных задач в турбороторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с внутренней цилиндрической полостью и камерами сгорания, снабженными перекрывающимися перепускными каналами, ротор и систему заслонок, установленных в пазах корпуса и контактирующих с внешней профилированной поверхностью ротора, у которого внутренняя цилиндрическая полость разделена на самостоятельные полости сжатия и расширения, сообщающиеся между собой через четное число равномерно размещенных по окружности камер сгорания, ротор состоит из установленных на общем валу и размещенных в полостях сжатия и расширения дисков, на внешних поверхностях которых выполнены чередующиеся с цилиндрическими частями сегментообразные вырезы, вместе с заслонками образующие камеры переменного объема для осуществления термодинамических процессов и количество которых в два раза меньше количества камер сгорания, диски развернуты относительно друг друга так, что напротив каждого сегментообразного выреза одного расположена цилиндрическая часть другого, заслонки попарно размещены около каждой камеры сгорания, причем одна из заслонок каждой пары установлена в полости сжатия, а другая - в полости расширения, в боковых стенках полостей сжатия и расширения, контактирующих с торцевыми поверхностями дисков ротора, по окружностям диаметров, равных внутренним диаметрам ободов дисков ротора, выполнены открытые в сторону полостей кольцевые каналы для подачи смазывающей жидкости, по плоскостям контакта торцевых поверхностей дисков ротора с боковыми стенками полостей сжатия и расширения во внутренней части двигателя установлены герметизирующие кольца, а в торцевых поверхностях дисков ротора и заслонок выполнены дренажные канавки.To solve the tasks in a turbo-rotor internal combustion engine containing a housing with an internal cylindrical cavity and combustion chambers equipped with overlapping bypass channels, a rotor and a shutter system installed in the grooves of the housing and in contact with the external profiled surface of the rotor, in which the internal cylindrical cavity is divided into independent compression and expansion cavities communicating with each other through an even number of combustion chambers evenly spaced around the circumference, a rotor with consists of disks mounted on a common shaft and located in compression and expansion cavities, on the external surfaces of which segment-shaped cutouts are made alternating with cylindrical parts, together with shutters forming variable-volume chambers for thermodynamic processes and the number of which is half the number of combustion chambers, disks deployed relative to each other so that opposite each segment-shaped cutout of one is the cylindrical part of the other, the shutters are placed in pairs about About each combustion chamber, one of the flaps of each pair being installed in the compression cavity, and the other in the expansion cavity, in the side walls of the compression and expansion cavities in contact with the end surfaces of the rotor disks, along circles of diameters equal to the inner diameters of the rims of the rotor disks, made annular channels open to the side of the cavities for supplying lubricating fluid along the contact planes of the end surfaces of the rotor disks with the side walls of the compression and expansion cavities in the internal part of the engine Lena sealing ring, and in the end faces of the rotor discs and flaps are made drainage groove.
На валу ротора с внешних сторон двигателя могут быть установлены профилированные управляющие диски, заслонки могут быть выполнены поворотными с возможностью перекрытия перепускных каналов камер сгорания и на осях их вращения могут быть закреплены силовые рычаги, взаимодействующие с профилированными поверхностями управляющих дисков.Profiled control discs can be installed on the rotor shaft from the outside of the engine, the shutters can be made rotary with the possibility of blocking the bypass channels of the combustion chambers, and power levers interacting with the profiled surfaces of the control discs can be fixed on the axes of their rotation.
При необходимости дренажные канавки могут быть выполнены также между заслонками вдоль образующих внутренних цилиндрических поверхностей полостей сжатия и расширения.If necessary, drainage grooves can also be made between the shutters along the generatrices of the inner cylindrical surfaces of the compression and expansion cavities.
Выполнение в боковых стенках полостей сжатия и расширения, контактирующих с торцевыми поверхностями дисков ротора, по окружностям диаметров, равных внутренним диаметрам ободов дисков ротора, открытых в сторону полостей кольцевых каналов, и подача в них смазывающей жидкости обеспечивает непрерывную смазку мест контакта дисков ротора и заслонок между собой и элементами корпуса за счет смачивания торцевых поверхностей дисков ротора смазывающей жидкостью вдоль кольцевых каналов и ее распространения в виде тонкой пленки по всей поверхности их соприкосновения с боковыми стенками внутренних полостей, а также их цилиндрическим поверхностям под действием центробежной силы, создаваемой при вращении ротора. Излишки смазывающей жидкости, которые при этом могут накапливаться в рабочих камерах двигателя, будут удаляться из них путем испарения и выгорания под действием высокой температуры.The execution in the side walls of the compression and expansion cavities in contact with the end surfaces of the rotor disks along the circumferences of diameters equal to the inner diameters of the rims of the rotor disks open towards the annular cavity cavities, and the supply of lubricating fluid to them, provides continuous lubrication of the contact points of the rotor disks and the shutters between themselves and body elements due to wetting the end surfaces of the rotor disks with lubricating fluid along the annular channels and its distribution in the form of a thin film over the entire surface minute of contact with the internal side walls of the cavities and their cylindrical surfaces by the centrifugal force generated by rotation of the rotor. Excess lubricating fluid, which may accumulate in the working chambers of the engine, will be removed from them by evaporation and burnout under the influence of high temperature.
Установка герметизирующих колец по плоскостям контакта торцевых поверхностей дисков ротора с боковыми стенками полостей сжатия и расширения во внутренней части двигателя и выполнение в торцевых поверхностях дисков ротора и заслонок дренажных канавок позволяет простыми средствами предотвратить утечку газов из рабочих камер во внешнюю среду и практически исключить их перетекание из рабочих камер с высоким давлением в рабочие камеры с низким давлением через неплотности между боковыми стенками внутренних полостей двигателя и торцевыми поверхностями дисков ротора и заслонок.The installation of sealing rings along the contact planes of the end surfaces of the rotor disks with the side walls of the compression and expansion cavities in the internal part of the engine and the execution of drain grooves in the end surfaces of the rotor disks and the shutter dampers allows simple means to prevent gas leakage from the working chambers to the external environment and to practically eliminate their overflow from working chambers with high pressure into working chambers with low pressure through leaks between the side walls of the internal cavities of the engine and the end and the surfaces of the rotor discs and dampers.
Повышению герметичности рабочих камер и предотвращению утечек из них рабочей смеси способствует также и происходящее в процессе работы двигателя заполнение дренажных канавок и неплотностей между боковыми поверхностями внутренних полостей и торцевыми поверхностями дисков ротора и заслонок смазывающей жидкостью, которая при этом выполняет роль уплотнителя.The filling of the drainage grooves and leaks between the side surfaces of the internal cavities and the end surfaces of the rotor disks and the shutters with lubricating fluid, which also acts as a sealant, also contributes to increasing the tightness of the working chambers and preventing leakage of the working mixture.
Установка профилированных управляющих дисков на валу ротора с внешних сторон двигателя и взаимодействующих с ними силовых рычагов, закрепленных на осях вращения заслонок, образует коромысловые механизмы непрерывного принудительного поворота заслонок по заданному закону, в котором их угловое положение определяется изменением профилей дисков ротора и управляющих дисков и их положением относительно заслонок независимо от угловой скорости вращения ротора, что позволяет обеспечить постоянный контакт заслонок с профилированными поверхностями дисков ротора и соответственно работоспособность двигателя при любой частоте вращения ротора. Выполнение заслонок поворотными, кроме того, позволяет использовать разность давлений в рабочих камерах сжатия и впуска, расширения и выпуска для дополнительного поджатия заслонок к профилированным поверхностям дисков ротора, что также способствует улучшению условий работоспособности двигателя и повышению герметичности рабочих камер. Все сказанное в целом дает возможность в несколько раз увеличить частоту вращения ротора и мощность, которую может развивать двигатель.The installation of profiled control disks on the rotor shaft from the external sides of the engine and the power levers interacting with them, fixed on the axes of rotation of the shutters, forms the rocker mechanisms for continuous forced rotation of the shutters according to a given law, in which their angular position is determined by the change in the profiles of the rotor discs and control discs and their position relative to the shutters, regardless of the angular speed of rotation of the rotor, which allows for constant contact of the shutters with profiled over the characteristics of the rotor disks and, accordingly, the engine performance at any rotor speed. The execution of the rotary dampers, in addition, allows the use of the pressure difference in the working chambers of compression and intake, expansion and exhaust for additional pressing of the dampers to the profiled surfaces of the rotor disks, which also contributes to the improvement of the engine working conditions and increase the tightness of the working chambers. All of the above as a whole makes it possible to increase the rotor speed and power that the engine can develop by several times.
Выполнение заслонок с возможностью перекрытия перепускных каналов камер сгорания позволяет обеспечить их своевременное открытие и закрытие для осуществления газообмена между рабочими камерами полостей сжатия и расширения при любой угловой скорости вращения ротора и не требует для этого каких-либо других устройств.The implementation of the dampers with the possibility of blocking the bypass channels of the combustion chambers allows for their timely opening and closing for gas exchange between the working chambers of the compression and expansion cavities at any angular speed of rotation of the rotor and does not require any other devices.
Устройство предлагаемого турбороторного двигателя внутреннего сгорания в четырехкамерном карбюраторном варианте показано на фиг.1 и 2, а схема его работы - на фиг.3.The device of the proposed turbo-rotor internal combustion engine in a four-chamber carburetor embodiment is shown in FIGS. 1 and 2, and its operation diagram is shown in FIG. 3.
Турбороторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической полостью и камерами сгорания 2, снабженными перекрывающимися перепускными каналами 3, 4 и источниками воспламенения 5, ротор 6, профилированные управляющие диски 7, 8 и систему заслонок 9, 10, установленных в пазах корпуса 1 и контактирующих с профилированными внешними поверхностями ротора 6.The turbo-rotor internal combustion engine comprises a housing 1 with an internal cylindrical cavity and
Корпус 1 выполнен разборным, состоящим из центрального элемента 11, двух статорных элементов 12 и 13 с пазами для установки заслонок 9, 10 и двух боковых крышек 14 с местами крепления вала 15 ротора 6. Статорные элементы 12 и 13 образуют самостоятельные полости сжатия и расширения, сообщающиеся между собой через четыре равномерно размещенных по окружности центрального элемента 11 камеры сгорания 2 с перепускными каналами 3 и 4.The housing 1 is made collapsible, consisting of a
Ротор 6 состоит из двух установленных на общем валу 15 и размещенных в полостях сжатия и расширения дисков 16 и 17 соответственно, на внешних поверхностях каждого из которых выполнены по два чередующихся с цилиндрическими частями сегментообразных выреза, которые вместе с заслонками 9 и 10 образуют рабочие камеры переменного объема для осуществления термодинамических процессов. Диски 16 и 17 развернуты относительно друг друга так, чтобы напротив каждого сегментообразного выреза одного располагалась цилиндрическая часть другого.The rotor 6 consists of two
Профилированные управляющие диски 7 и 8 установлены с внешних сторон двигателя на валу 15.Profiled
Заслонки 9 и 10 имеют одинаковую конструкцию, выполнены поворотными с возможностью перекрытия перепускных каналов 3 и 4 камер сгорания 2, снабжены закрепленными на осях их вращения 18 силовыми рычагами 19 и 20, взаимодействующими с профилированными поверхностями управляющих дисков 7,8, и попарно размещены около каждой камеры сгорания 2, причем заслонки 9 каждой пары установлены в полости сжатия, а заслонки 10 - в полости расширения.The
За заслонками 9 по направлению вращения ротора 6 в статорном элементе 12 полости сжатия выполнены перекрывающиеся впускные каналы 21, а перед заслонками 10 в статорном элементе 13 полости расширения - перекрывающиеся выпускные каналы 22.Behind the
Объемы сегментообразных вырезов ротора 6 в полости расширения за счет большей ширины диска 17 выполнены больше, чем в полости сжатия.The volume of segmented cutouts of the rotor 6 in the expansion cavity due to the larger width of the
В боковых стенках полостей сжатия и расширения, контактирующих с торцевыми поверхностями дисков 16 и 17 ротора 6, по окружностям диаметров, равных внутренним диаметрам ободов дисков 16 и 17 ротора 6, выполнены открытые в сторону полостей кольцевые каналы 23 для подачи смазывающей жидкости.In the side walls of the compression and expansion cavities in contact with the end surfaces of the
По плоскостям контакта торцевых поверхностей дисков 16 и 17 ротора 6 с боковыми стенками полостей сжатия и расширения во внутренней части двигателя установлены герметизирующие кольца 24, а в торцевых поверхностях дисков 16 и 17 ротора 6 и заслонок 9, 10 выполнены дренажные канавки 25 и 26.
Диски 16 и 17 ротора 6 и управляющие диски 7, 8 снабжены установленными под углом к их осям ребрами жесткости 27 и 28, а во внутренних частях центрального элемента 11 и боковых крышек 14 корпуса 1 выполнены вентиляционные окна 29 и 30.The
Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.
При вращении ротора 6 одновременно вращаются и насаженные на одном с ним валу 15 управляющие профилированные диски 7 и 8. При этом в результате взаимодействия заслонок 9, 10 и связанных с ними силовых рычагов 19, 20 с профилированными поверхностями дисков 16 и 17 ротора 6 и управляющих дисков 7,When the rotor 6 rotates, the control profiled
8 заслонки 9 и 10 поворачиваются, то открывая, то закрывая перепускные каналы 3 и 4 камер сгорания 2. Когда перед какой-либо камерой сгорания 2 проходит сегментообразный вырез диска 16, то установленные около нее заслонки 9 и 10 повернуты так, что перепускной канал 3 камеры сгорания 2 со стороны полости сжатия открыт, а перепускной канал 4 со стороны полости расширения перекрыт заслонкой 10, впускной канал 21 в полости сжатия открыт, а выпускной канал 22 в полости расширения перекрыт цилиндрической частью диска 17. В это время в уменьшающейся рабочей камере, образованной сегментообразным вырезом диска 16 перед заслонкой 9, происходит сжатие рабочей смеси, впущенной в нее при прохождении предыдущей заслонки 9, и нагнетание ее в камеру сгорания 2 через перепускной канал 3. Одновременно в увеличивающуюся рабочую камеру за заслонкой 9 производится впуск свежего заряда рабочей смеси через открытый впускной канал 21. Когда следующая за сегментообразным вырезом цилиндрическая часть диска 16 в процессе поворота достигнет рассматриваемой камеры сгорания 2, сжатие рабочей смеси заканчивается и перепускной канал 3 перекрывается заслонкой8, the
9 на все время прохождения цилиндрической части диска 16 мимо камеры сгорания 2. В момент перекрытия перепускного канала 3 или несколько раньше производится воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 2 источником воспламенения 5 и начинается процесс ее горения. К этому времени перед рассматриваемой камерой сгорания 2 оказывается сегментообразный вырез диска 17. Заслонка 10 в полости расширения поворачивается, открывая перепускной канал 4, и начинается процесс расширения образующихся при сгорании рабочей смеси газов в увеличивающуюся рабочую камеру за заслонкой 10. В процессе расширения совершается полезная работа по вращению ротора 6. Одновременно производится выпуск отработавших в рабочем цикле предыдущей камеры сгорания 2 газов из уменьшающейся рабочей камеры полости расширения перед заслонкой 10 через открывшийся выпускной канал 22. Расширение продолжается до тех пор, пока сегментообразный вырез диска 17 не достигнет следующей заслонки 10, через выпускной канал 22 перед которой будет произведен выпуск отработавших в рассматриваемом рабочем цикле газов.9 for the entire time that the cylindrical part of the
Смазывающая жидкость подается в кольцевые каналы 23, где смачивает торцевые поверхности дисков 16 и 17 ротора 6 и распространяется по всей поверхности их соприкосновения с боковыми стенками внутренних полостей, а также их цилиндрическим поверхностям под действием центробежной силы, создаваемой при вращении ротора 6, обеспечивая непрерывную смазку мест контакта дисков 16 и 17 ротора 6 и заслонок 9, 10 между собой и элементами корпуса 1. Излишки смазывающей жидкости, которые могут при этом накапливаться в рабочих камерах двигателя, будут удаляться из них путем испарения и выгорания под действием высокой температуры.The lubricating fluid is fed into the
При вращении ротора 6 установленные под углом к осям дисков 16, 17, 7 и 8 ребра жесткости 27 и 28 осуществляют прокачку воздуха через вентиляционные окна 29 и 30 центрального элемента 11 и боковых крышек 14 корпуса 1, обеспечивая воздушное охлаждение двигателя.When the rotor 6 is rotated,
Аналогично устроен и работает двигатель при любом другом количестве камер сгорания и может использоваться как в карбюраторном, так и в дизельном вариантах.The engine is similarly arranged and operates with any other number of combustion chambers and can be used both in the carburetor and diesel versions.
В дизельном варианте в рабочие камеры полости сжатия впускается воздух, а вместо источников воспламенения 5 устанавливаются форсунки для впрыска топлива.In the diesel version, air is introduced into the working chambers of the compression cavity, and instead of
При к камерах сгорания в двигателе за один оборот ротора каждый сегментообразный вырез проходит к камер сгорания. При этом в каждом сегментообразном вырезе ротора в полости сжатия происходит к тактов впуска и сжатия, а в полости расширения - по к тактов расширения и выпуска рабочего тела. Поскольку число сегментообразных вырезов ротора в каждой полости равно к/2, то общее число полных термодинамических циклов, совершаемых за один оборот ротора, будет равно m=к2/2.When to the combustion chambers in the engine for one revolution of the rotor, each segment-shaped cutout passes to the combustion chambers. At the same time, in each segment-shaped cutout of the rotor in the compression cavity, there are inlet and compression strokes, and in the expansion cavity, in addition to the expansion and exhaust strokes of the working fluid. Since the number of segment-shaped recesses in each rotor cavity is equal to k / 2, then the total number of complete thermodynamic cycles made by one revolution of the rotor will be equal to m = 2/2.
При двух камерах сгорания в двигателе за один оборот ротора будет совершаться два рабочих цикла, при четырех - восемь, при шести - восемнадцать и т.п.With two combustion chambers in the engine, two duty cycles will be performed in one revolution of the rotor, with four - eight, with six - eighteen, etc.
За счет увеличения числа камер сгорания в предлагаемом двигателе может быть достигнута очень высокая удельная мощность.By increasing the number of combustion chambers in the proposed engine, a very high specific power can be achieved.
Выполнение объемов сегментообразных вырезов ротора в полости расширения больше, чем в полости сжатия, позволяет осуществить в двигателе рабочие термодинамические циклы с продолженным расширением, у которых степень расширения рабочего тела больше степени его сжатия, и существенно повысить за счет этого индикаторный КПД двигателя, обеспечить выпуск отработавших газов из рабочих камер при давлении, близком к атмосферному, снизить температуру отработавших газов и уменьшить выброс вредных веществ на всех режимах работы двигателя.Fulfillment of volumes of segmented rotor cuts in the expansion cavity more than in the compression cavity allows thermodynamic working cycles with continued expansion in the engine, in which the degree of expansion of the working fluid is greater than the degree of compression, and thereby significantly increase the indicator efficiency of the engine and ensure exhaust gases from the working chambers at a pressure close to atmospheric, reduce the temperature of the exhaust gases and reduce the emission of harmful substances at all engine operating modes.
Повышение КПД двигателя при этом возможно не только за счет осуществления в нем рабочих циклов с продолженным расширением, но и за счет обеспечения сгорания рабочей смеси при постоянном объеме, что особенно эффективно для дизельного варианта двигателя и может быть легко достигнуто путем разнесения во времени моментов закрытия перепускных каналов камер сгорания со стороны полости сжатия и открытия их со стороны полости расширения.An increase in engine efficiency is possible not only due to the implementation of work cycles with continued expansion in it, but also due to the combustion of the working mixture at a constant volume, which is especially effective for the diesel engine and can be easily achieved by spacing the closing times of the bypass valves in time channels of the combustion chambers from the side of the compression cavity and opening them from the side of the expansion cavity.
В силу полной симметрии двигатель хорошо сбалансирован, не имеет соударяющихся элементов, а равнодействующая сил, действующих на рабочий вал, всегда равна нулю, что позволяет обеспечить его надежную и долговременную работу.By virtue of complete symmetry, the engine is well balanced, has no colliding elements, and the resultant of the forces acting on the working shaft is always zero, which ensures its reliable and long-term operation.
Двигатель содержит небольшое количество создающих трение элементов, вследствие чего имеет невысокой процент механических потерь, а камеры сгорания в нем могут быть выполнены любой удобной для обеспечения эффективного сгорания рабочей смеси формы.The engine contains a small amount of friction-creating elements, as a result of which it has a low percentage of mechanical losses, and the combustion chambers in it can be made of any shape convenient for ensuring efficient combustion of the working mixture.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующие преимущества:The use of the invention provides the following advantages:
в несколько раз большую удельную мощность, чем у известных двигателей;several times greater specific power than that of known engines;
высокую мощность при небольших оборотах двигателя;high power at low engine speeds;
большой крутящий момент на валу двигателя;high torque on the motor shaft;
малые габариты, простую конструкцию и небольшое количество типовых элементов;small dimensions, simple design and a small number of typical elements;
высокие индикаторный и эффективный КПД;high indicator and effective efficiency;
минимальный шум двигателя;minimum engine noise;
эффективное воздушное охлаждение двигателя.effective air cooling of the engine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003126428/06A RU2256808C2 (en) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Internal combustion turborotor engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003126428/06A RU2256808C2 (en) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Internal combustion turborotor engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003126428A RU2003126428A (en) | 2005-02-20 |
| RU2256808C2 true RU2256808C2 (en) | 2005-07-20 |
Family
ID=35218493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003126428/06A RU2256808C2 (en) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Internal combustion turborotor engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2256808C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2411377C2 (en) * | 2009-04-27 | 2011-02-10 | Александр Петрович Любецкий | Rotary internal combustion engine |
| RU2446304C2 (en) * | 2010-04-15 | 2012-03-27 | Евгений Васильевич Лаптев | Combined jet engine |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US781342A (en) * | 1904-04-04 | 1905-01-31 | Gen Engine Company | Rotary engine. |
| DE2358932A1 (en) * | 1973-11-27 | 1975-05-28 | Guenter Zillner | Rotary piston machine - has flap valve preventing pressure medium through flow to outlet |
| US3913534A (en) * | 1974-03-01 | 1975-10-21 | Winfred A Bratten | Rotary engine |
| DE2743422A1 (en) * | 1977-09-27 | 1979-03-29 | Siemens Ag | Word-wise erasable, non-volatile memory in floating gate technology |
| DE3210931A1 (en) * | 1982-03-25 | 1983-10-13 | Karl Dr. 7000 Stuttgart Baumann | Oscillating piston internal combustion engine with star-shaped, decentrally arranged single piston shafts, cam-crank disc and annular race valve control with cylinder shut-off |
| RU2133845C1 (en) * | 1998-03-11 | 1999-07-27 | Лаптев Евгений Васильевич | Rotary internal combustion engine |
| RU2209317C2 (en) * | 2001-07-26 | 2003-07-27 | Галанский Николай Захарович | Rptary piston onternal combustion engine |
-
2003
- 2003-08-28 RU RU2003126428/06A patent/RU2256808C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US781342A (en) * | 1904-04-04 | 1905-01-31 | Gen Engine Company | Rotary engine. |
| DE2358932A1 (en) * | 1973-11-27 | 1975-05-28 | Guenter Zillner | Rotary piston machine - has flap valve preventing pressure medium through flow to outlet |
| US3913534A (en) * | 1974-03-01 | 1975-10-21 | Winfred A Bratten | Rotary engine |
| DE2743422A1 (en) * | 1977-09-27 | 1979-03-29 | Siemens Ag | Word-wise erasable, non-volatile memory in floating gate technology |
| DE3210931A1 (en) * | 1982-03-25 | 1983-10-13 | Karl Dr. 7000 Stuttgart Baumann | Oscillating piston internal combustion engine with star-shaped, decentrally arranged single piston shafts, cam-crank disc and annular race valve control with cylinder shut-off |
| RU2133845C1 (en) * | 1998-03-11 | 1999-07-27 | Лаптев Евгений Васильевич | Rotary internal combustion engine |
| RU2209317C2 (en) * | 2001-07-26 | 2003-07-27 | Галанский Николай Захарович | Rptary piston onternal combustion engine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2411377C2 (en) * | 2009-04-27 | 2011-02-10 | Александр Петрович Любецкий | Rotary internal combustion engine |
| RU2446304C2 (en) * | 2010-04-15 | 2012-03-27 | Евгений Васильевич Лаптев | Combined jet engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003126428A (en) | 2005-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4047856A (en) | Rotary steam engine | |
| RU2357085C2 (en) | Rotor device (versions) | |
| JP5271375B2 (en) | Planetary rotary internal combustion engine | |
| US4086880A (en) | Rotary prime mover and compressor and methods of operation thereof | |
| US3747573A (en) | Rotary vane device for compressor, motor or engine | |
| RU2148721C1 (en) | Axial rotary engine | |
| US3902829A (en) | Rotary power device | |
| RU187136U1 (en) | QUICK MOTOR | |
| US3451381A (en) | Rotary internal combustion engines | |
| US4097205A (en) | Orbital pump with inlet and outlet through the rotor | |
| RU2256808C2 (en) | Internal combustion turborotor engine | |
| RU2325542C2 (en) | Multi rotor internal combustion engine | |
| RU2133845C1 (en) | Rotary internal combustion engine | |
| RU2538990C1 (en) | Rotor-piston internal combustion engine | |
| US3886910A (en) | Rotary, multi-chambered, internal combustion engine | |
| US3796196A (en) | Rotary engine | |
| US3289653A (en) | Rotary pump or motor | |
| RU2491432C2 (en) | Vaned rotor engine with outrigger combustion chamber and disc-type valve control system (versions) | |
| RU2444636C2 (en) | "fym-1" rotary piston engine | |
| US4221553A (en) | Oribital pump with fluid flow control | |
| US20120067324A1 (en) | Toroidal internal combustion rotary engine | |
| RU2808055C1 (en) | Six-stroke rotary vane internal combustion engine | |
| RU2606035C1 (en) | Rotary-vane engine with separate rotary combustion chamber | |
| RU2174613C2 (en) | Internal combustion rotary-piston engine | |
| RU2113606C1 (en) | Compressor rotor-vane internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170829 |