RU2289698C2

RU2289698C2 - Rotary-turbine internal combustion engine

Info

Publication number: RU2289698C2
Application number: RU2002130426/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Алексеевич Несмеев (RU); Евгений Алексеевич Несмеев
Original assignee: Евгений Алексеевич Несмеев
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2006-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed engine contains compression rotor and rotor with combustion chambers arranged in block with clearance and mechanically coupled by gears. Compression rotor is essentially united cylinders and segments penetrating in turn into corresponding spaces of rotor with combustion chambers, thus compressing fuel-air mixture. According to invention, in spaces of rotor with combustion chambers MINUS electrodes are turned into threaded sockets for which recesses are made in rotor body, and PLUS electrodes are built in cylindrical segments of compression rotor. Grooves are made in cylindrical segments of compression rotor which register with cavities on other rotor, forming combustion chamber, and ignition distributor is installed from end face part of compression rotor, compression rotor being rotor of ignition system.

EFFECT: improved reliability and increased service life.

3 dwg

Description

Роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве силового агрегата в автомобилестроении, судостроении, авиастроении и т.д. как в бензиновом, так и в дизельном варианте. Таким образом, задачей изобретения является повышение оборотов ротора, уменьшение шума работающего двигателя, увеличение мощности по отношению к весу, повышение надежности ДВС, уменьшение использования моторного масла, исключение деталей совершающих возвратно-поступательные движения и упрощение производства, повышение КПД.The rotary-turbine internal combustion engine is intended for use as a power unit in the automotive industry, shipbuilding, aircraft manufacturing, etc. both in gasoline and diesel versions. Thus, the object of the invention is to increase the rotor speed, reduce the noise of the running engine, increase the power with respect to weight, increase the reliability of the internal combustion engine, reduce the use of engine oil, eliminate parts that make reciprocating movements and simplify production, increase efficiency.

Известна конструкция роторного двигателя Э.Л.Страуба US №2275205, опубликованная в марте 1942 г., которая состоит из блока, ротора сжатия, роторов с камерами сгорания, системой впрыска топливной смеси, системой зажигания, отвода выхлопных газов. Из рисунков видно, что сопряжение роторов происходит через роторы, которые представляют из себя видоизмененные шестерни. На центральной шестерне, представляющей из себя ротор сжатия, имеются симметрично расположенные два эллипсоидных выступа, выполняющие роль поршней, а на шестернях, находящихся по обеим сторонам ротора сжатия, находятся по две полукруглые полости, которые являются одновременно "цилиндрами" и камерами сгорания. Кроме того, на боковых роторах имеются специальные уплотнители-накладки, крепящиеся болтами и штифтами над краями полукруглых углублений-"цилиндров" роторов-шестерней и предназначенных для уплотнения зазоров между эллипсоидными "поршнями" ротора сжатия и полостями-"цилиндрами" боковых шестерен. В процессе работы двигателя эллипсоидные выступы центрального ротора поочередно проникают в полости боковых роторов, где происходит сжатие топливной смеси и ее воспламенение. Таким образом, синхронизация роботы двигателя поддерживается зубьями и их эллипсоидными выступами и полукруглыми полостями. Из чертежей и описания работы двигателя видно, что кинематика механизма мотора основана на шестеренчатой передаче усилия, которая требует обильного применения моторного масла, о котором, как это ни странно, в материалах описания вообще нет никакого упоминания. Если автор предполагал смазывать шестерни и эллипсоидные выступы-"поршни" моторным маслом, добавляя его в топливо, то этого явно недостаточно, так как двигатель рассчитан на работу с большими оборотами и зубья шестерен очень скоро уже не смогут обеспечивать синхронизацию рабочих циклов. То есть произойдет быстрый износ деталей, и двигатель выйдет из строя. Кроме того, вызывает большое сомнение возможность надежно воспламенять топливную смесь обычной свечой зажигания, расположенной в торце длинной серповидной камеры сгорания, как это показано в материалах описания. Также, в процессе вращения роторов, при переходе от зацепления зубьями к зацеплению эллипсоидными выступами и полукруглыми полстями, при воспламенении топливной смеси, будет происходить разбалансировка всей системы и, как следствие, высокая вибрация и поломка всего механизма, из за того, что будет невозможно создать абсолютно одинаковые условия в противоположных камерах сгорания - это разное количество поступающего топлива, разный износ уплотнителей, неодинаковое состояние свечей зажигания, износ опорных подшипников.The known design of the rotary engine of E.L. Straub US No. 2275205, published in March 1942, which consists of a block, a compression rotor, rotors with combustion chambers, a fuel mixture injection system, an ignition system, exhaust gas exhaust. From the figures it can be seen that the coupling of the rotors occurs through the rotors, which are modified gears. On the central gear, which is a compression rotor, there are two symmetrically located two ellipsoidal protrusions that act as pistons, and on the gears located on both sides of the compression rotor, there are two semicircular cavities, which are simultaneously “cylinders” and combustion chambers. In addition, there are special linings on the side rotors, fastened with bolts and pins over the edges of the semicircular indentations of the “cylinders” of the gear rotors and designed to seal the gaps between the ellipsoidal “pistons” of the compression rotor and the cavities “cylinders” of the side gears. During engine operation, the ellipsoidal protrusions of the central rotor alternately penetrate into the cavities of the side rotors, where the fuel mixture is compressed and ignited. Thus, the synchronization of the engine robots is supported by the teeth and their ellipsoidal protrusions and semicircular cavities. From the drawings and description of the engine, it is clear that the kinematics of the motor mechanism is based on a gear transmission of force, which requires abundant use of engine oil, which, oddly enough, is not mentioned in the description materials at all. If the author intended to lubricate the gears and ellipsoidal protrusions, “pistons” with engine oil, adding it to the fuel, this is clearly not enough, since the engine is designed to work at high speeds and the gear teeth will soon be unable to synchronize duty cycles. That is, there will be a quick wear of parts, and the engine will fail. In addition, there is great doubt about the ability to reliably ignite the fuel mixture with a conventional spark plug located at the end of a long sickle-shaped combustion chamber, as shown in the description materials. Also, during the rotation of the rotors, during the transition from gearing to teeth to engagement with ellipsoidal protrusions and semicircular cavities, when the fuel mixture is ignited, the entire system will be unbalanced and, as a result, high vibration and breakdown of the whole mechanism, due to the fact that it will be impossible to create absolutely identical conditions in opposite combustion chambers - this is a different amount of incoming fuel, different wear of gaskets, uneven condition of spark plugs, wear of thrust bearings.

Предлагаемая мною конструкция двигателя внутреннего сгорания лишена недостатков двигателя Э.Л.Страуба.The design of the internal combustion engine that I propose is devoid of the disadvantages of the engine of E.L. Straub.

Поставленная задача достигается исключением контакта между основными деталями двигателя (внутренней поверхностью блока и роторами и между самими роторами), что исключает трение, вследствие чего отпадает необходимость в смазочных материалах. Валы роторов будут вращаться, опираясь на подшипники, имеющие собственную систему смазки. Минимальный зазор, в пределах нескольких сотых долей миллиметра в прогретом состоянии, обеспечивается за счет группы косозубых шестерен, жестко посаженных на валы соответствующих роторов и находящихся в отдельном корпусе в масляной ванне (что обеспечивает их длительную и надежную работу), а также максимальным совпадением контуров основных элементов конструкции, сохраняющих минимальный зазор и процессе вращения роторов. Существующее предложение поясняется чертежами: на фиг.1 показаны основные детали двигателя, где 1 - пробки под технологические отверстия, обслуживания свечей зажигания, 2 - выхлопное окно, 3 - пограничная полость, 4 - проточки под электроды зажигания со знаком "-", 5 - электроды зажигания со знаком "+", 6 - ротор сжатия с тремя сегментами, 7 - корпус двигателя, 8 - камера сгорания, 9 - рубашка охлаждения, 10 - полость, 11 - электрод зажигания со знаком "-", 12 - форсунка впрыска топлива, 13 - ротор с камерами сгорания, 14 - окно для подачи воздуха, 15 - изолированный токопровод. На фиг.2 изображены основные детали двигателя без корпуса, где 4 - проточки под электроды зажигания "+" и "-", 5 - электроды зажигания со знаком "-", 6 - ротор сжатия, 13 - ротор с камерами сгорания, 11 - электроды зажигания со знаком "+", 18 - шестерни, 15 - изолированный токопровод. На фиг.3 представлено схематическое изображение двигателя, где 16 - валы, 18 - шестерни, 17 - распределитель зажигания с проводом, 15 - изолированный токопровод, 19 - отдельный корпус для шестерен, с масляным картером.The task is achieved by eliminating contact between the main parts of the engine (the inner surface of the block and the rotors and between the rotors themselves), which eliminates friction, as a result of which there is no need for lubricants. The rotor shafts will rotate, relying on bearings having their own lubrication system. The minimum clearance, within a few hundredths of a millimeter in the heated state, is ensured by a group of helical gears rigidly mounted on the shafts of the respective rotors and located in a separate housing in an oil bath (which ensures their long and reliable operation), as well as the maximum coincidence of the main contours structural elements that maintain a minimum clearance and the process of rotation of the rotors. The existing proposal is illustrated by the drawings: in Fig. 1, the main engine parts are shown, where 1 - plugs for technological holes, maintenance of spark plugs, 2 - exhaust window, 3 - boundary cavity, 4 - grooves for ignition electrodes with a "-" sign, 5 - ignition electrodes with a "+" sign, 6 - a compression rotor with three segments, 7 - an engine block, 8 - a combustion chamber, 9 - a cooling jacket, 10 - a cavity, 11 - an ignition electrode with a "-" sign, 12 - fuel injection nozzle , 13 - rotor with combustion chambers, 14 - window for air supply, 15 - isolated current rovod. Figure 2 shows the main parts of the engine without a housing, where 4 - grooves for the ignition electrodes "+" and "-", 5 - ignition electrodes with the sign "-", 6 - compression rotor, 13 - rotor with combustion chambers, 11 - ignition electrodes with a "+" sign, 18 - gears, 15 - insulated conductor. Figure 3 presents a schematic illustration of the engine, where 16 are shafts, 18 are gears, 17 is an ignition distributor with a wire, 15 is an insulated current lead, 19 is a separate gear housing, with an oil sump.

Двигатель моей конструкции состоит из двух роторов (возможно большее количества роторов), ротора сжатия 6, который представляет собой объединенные вместе цилиндры и сегменты (далее по тексту - сегменты) и ротора с камерами сгорания 13, находящиеся в одном блоке 7. Оба ротора кинематически связаны между собой группой косозубых шестерен 18, имеющих собственный корпус, постоянно находящихся в масляной ванне и жестко закреплены на одной оси вращения (валу) 16 с соответствующим ротором. При этом во внутреннем пространстве двигателя между роторами и внутренней поверхностью блока 7 поддерживается минимальный зазор (в пределах нескольких сотых долей миллиметра в прогретом состоянии), что позволяет отказаться от смазки основных деталей конструкции. Ротор сжатия 6 кинематически соединен с ротором 13, при этом сегменты ротора 6 в процессе вращения поочередно проникают в полости ротора 13, вследствие чего происходит сжатие топливной смеси. Рабочие циклы происходят в следующем порядке: рассмотрим на примере пары сегмент-полость. В процессе вращения роторов в полость 10 ротора 13, через окно 14, под давлением подается воздух. При дальнейшем вращении роторов 6 и 13 в полость ротора 13 через форсунку 12 впрыскивается топливо. Максимальное сжатие топливной смеси происходит при повороте роторов 6 и 13 до точки А. При этом работающий сегмент ротора 6 и соответствующая ему в данный момент полость ротора 13 располагается близко к касательной окружности ротора 13, в этот момент происходит зажигание от электрической искры, переданной бесконтактно от распределителя зажигания 17 по изолированному токопроводу 15. В результате чего топливная смесь воспламеняется и ротор 13 отталкивается - происходит рабочий ход. В свою очередь ротор 6 приобретает движение от ротора 13 через шестерню, находящуюся на его валу. Выхлоп отработанных газов осуществляется под действием собственного избыточного давления, возникающего после воспламенения топлива в полости ротора 13 по завершении рабочего хода и достижении в процессе вращения выхлопного окна 2 в корпусе двигателя. В процессе работы двигателя после воспламенения топливной смеси и в результате вращения роторов 13 и 6 неизбежно произойдет кратковременный прорыв выхлопных газов в полость области ротора 6 через образующийся зазор между взаимодействующими в данный момент сегментом ротора 6 и полостью ротора 13. Прорвавшиеся газы будут создавать высокое давление в пространстве вращения ротора 6 - это обстоятальство, по моему мнению, положительный фактор, который будет работать на удержание компрессии в фазе сжатия следующей пары сегмент-полость, т.е. давление газов в области вращения ротора 6 будет выше (или близким к нему), чем давление сжимающейся смеси (в следующей паре сегмент-полость), т.к. в процессе сжатия тоже произойдет кратковременное открытие пространства сжатия взаимодействующих пар сегмент-полость и газы из области ротора 6 будут препятствовать ускользанию сжимающейся топливной смеси. В данной конструкции ДВС высокое давление в области ротора 6 играет роль компрессионных колец традиционного поршневого ДВС. Далее весь процесс повторяется на других парах сегмент-полость. Зажигание топливной смеси при данной конструкции двигателя осуществляется следующим образом: в полостях ротора 13 располагаются ввернутые в резьбовые гнезда электроды со знаком "-" 11, а в сегментах ротора 6 встроены электроды со знаком "+" 5, под которые в теле ротора выбраны проточки 4. При работе пары сегмент-полость проточки на роторе 6 совмещаются с проточками в камерах ротора 13, образуя камеру сгорания 8. Выходы электродов роторов 6 и 13 соответственно направлены друг на друга и при достижении необходимого значения взаимопроникновения пары сегмент-полость между электродами "+" и "-" происходит искровой разряд, переданный от распределителя зажигания 17. Таким образом, ротор 6 является также бегунком системы зажигания. При дизельном варианте двигателя система воспламенения топливной смеси не потребуется. Обслуживание электродов системы зажигания обеспечивается через окна 1, в работающем состоянии герметично закрытые.The engine of my design consists of two rotors (possibly a larger number of rotors), a compression rotor 6, which is combined cylinders and segments (hereinafter referred to as segments) and a rotor with combustion chambers 13, located in one block 7. Both rotors are kinematically connected between each other by a group of helical gears 18 having their own housing, constantly located in an oil bath and rigidly fixed to one axis of rotation (shaft) 16 with a corresponding rotor. At the same time, in the internal space of the engine between the rotors and the inner surface of block 7, a minimum clearance is maintained (within a few hundredths of a millimeter in a warmed state), which eliminates the need for lubrication of the main components of the structure. The compression rotor 6 is kinematically connected to the rotor 13, while the segments of the rotor 6 in the process of rotation alternately penetrate into the cavity of the rotor 13, resulting in compression of the fuel mixture. Duty cycles occur in the following order: consider the example of a segment-cavity pair. In the process of rotation of the rotors in the cavity 10 of the rotor 13, through the window 14, air is supplied under pressure. With further rotation of the rotors 6 and 13, fuel is injected into the cavity of the rotor 13 through the nozzle 12. The maximum compression of the fuel mixture occurs when the rotors 6 and 13 are rotated to point A. At the same time, the working segment of the rotor 6 and the corresponding rotor cavity 13 is located close to the tangent circle of the rotor 13, at this moment ignition from an electric spark transmitted non-contact from the ignition distributor 17 through an insulated conductor 15. As a result, the fuel mixture ignites and the rotor 13 repels - a working stroke occurs. In turn, the rotor 6 acquires movement from the rotor 13 through the gear located on its shaft. The exhaust gas is exhausted under the influence of its own excess pressure that occurs after ignition of the fuel in the cavity of the rotor 13 upon completion of the stroke and during the rotation of the exhaust window 2 in the engine housing. During engine operation, after ignition of the fuel mixture and as a result of rotation of the rotors 13 and 6, a short-term breakthrough of exhaust gases in the cavity of the region of the rotor 6 will inevitably occur through the resulting gap between the currently interacting segment of the rotor 6 and the cavity of the rotor 13. The bursting gases will create high pressure in the space of rotation of the rotor 6 is a circumstance, in my opinion, a positive factor that will work to keep the compression in the compression phase of the next segment-cavity pair, i.e. the gas pressure in the region of rotation of the rotor 6 will be higher (or close to it) than the pressure of the compressing mixture (in the next segment-cavity pair), because during the compression process, a short-term opening of the compression space of the interacting segment-cavity pairs and gases from the region of the rotor 6 will also prevent the sliding of the compressible fuel mixture. In this design of the internal combustion engine, high pressure in the area of the rotor 6 plays the role of compression rings of a traditional piston internal combustion engine. Further, the whole process is repeated on other segment-cavity pairs. The ignition of the fuel mixture with this engine design is carried out as follows: in the cavities of the rotor 13 there are electrodes screwed into the threaded sockets with the sign “-” 11, and in the segments of the rotor 6 electrodes with the sign “+” 5 are integrated, under which grooves 4 are selected in the rotor body . During operation of the pair of segment-cavity grooves on the rotor 6 are combined with the grooves in the chambers of the rotor 13, forming a combustion chamber 8. The outputs of the electrodes of the rotors 6 and 13, respectively, are directed to each other and when the desired value of the interpenetration of the pair egment-electrode cavity between "+" and "-" spark discharge occurs transmitted from the ignition distributor 17. Thus, the rotor 6 is also a runner ignition system. With a diesel engine, a fuel mixture ignition system is not required. The service of the electrodes of the ignition system is provided through the windows 1, in a working state hermetically sealed.

В описании приведена конструкция из двух роторов, при желании их количество может быть различно. Также число сегментов ротора 6 может быть другим. Так же можно построить конструкцию, где роторы будут иметь иное расположение, т.е. ротор сжатия 6 будет находиться в центре, а один или несколько роторов с камерами сгорания 13 будут находиться по его окружности. По сравнению с представленным аналогом представленная мною конструкция обладает несколькими значительными преимуществами:The description shows the design of two rotors, if desired, their number can be different. Also, the number of segments of the rotor 6 may be different. It is also possible to construct a structure where the rotors will have a different arrangement, i.e. the compression rotor 6 will be in the center, and one or more rotors with combustion chambers 13 will be located on its circumference. Compared to the presented analogue, the design I have presented has several significant advantages:

1. Так как нет контакта между роторами, то отпадает необходимость в смазывающих материалах (кроме подшипников).1. Since there is no contact between the rotors, there is no need for lubricants (except for bearings).

2. Система воспламенения топливной смеси более соответствует особенностям конструкции.2. The ignition system of the fuel mixture is more consistent with the design features.

3. Конструкция, предложенная мною более технологична в производстве, так как в ней нет сложных поверхностей как в представленном выше аналоге.3. The design that I proposed is more technologically advanced in production, since it does not have complex surfaces as in the analogue presented above.

4. Возможность для создания множества вариантов компоновки двигателя.4. The ability to create many engine layout options.

5. Как следствие отсутствия деталей, совершающих возвратно-поступательные движения и минимальное трение - теоретически неограниченный моторесурс, мощность, существенное снижение расхода топлива и смазывающих материалов.5. As a result of the lack of parts making reciprocating movements and minimal friction - theoretically unlimited motor resource, power, a significant reduction in fuel and lubricant consumption.

Claims

A rotary-turbine internal combustion engine comprising a block, a compression rotor and a rotor with combustion chambers located therein, kinematically interconnected by gears located in their own housing and rigidly fixed to the axis of rotation of the corresponding rotor, wherein the compression rotor is combined together cylinders and segments that alternately penetrate into the corresponding cavity of the rotor with combustion chambers, compressing the air-fuel mixture in them, air supply systems to the combustion chamber, injection top ignition, ignition of the air-fuel mixture, exhaust gas exhaust, and also a cooling system, characterized in that in the cavities of the rotor with combustion chambers there are electrodes screwed into the threaded sockets with a minus sign, under which recesses are selected in the rotor body, and in the cylindrical segments of the rotor electrodes with a plus sign are built in to the compression, while in the cylindrical segments of the compression rotor there are recesses that are combined with recesses on the other rotor, forming a combustion chamber, and p is installed from the end of the compression rotor an ignition distributor, the compression rotor being the ignition system slider.