RU2297545C2

RU2297545C2 - Rotary engine

Info

Publication number: RU2297545C2
Application number: RU2004120730/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Гусев (RU); Алексей Алексеевич Гусев; Ольга Александровна Кострова (RU); Ольга Александровна Кострова
Original assignee: Алексей Алексеевич Гусев; Ольга Александровна Кострова
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2007-04-20
Also published as: RU2004120730A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines.

SUBSTANCE: proposed rotary engine has stator with combustion chambers, spark plugs, intake and exhaust valves, rotor with spaces made on outer surface and provide with side walls to receive combustion products of working mixture from combustion chambers. Rotor has seals over outer diameter of rotor edges. Combustion chambers are arranged in stator in pairs, radially opposite relative to rotor axis to supply high voltage pulses to spark plugs for simultaneous ignition of working mixture in two chambers, each provided with camshaft and unit injector mechanically coupled with rotor axle. Combustion chamber is provided with nozzle whose length is less than width of rotor space. Seals are sectional.

EFFECT: reduced vibrations of rotor, increased efficiency and reliability of engine.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленного машиностроения и может быть использовано для изготовления двигателей внутреннего сгорания роторного типа.The invention relates to the field of industrial engineering and can be used to manufacture rotary type internal combustion engines.

Известен 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания (2), содержащий цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, распределительный вал, впускной и выпускной клапаны, свечу зажигания, распределитель и маховик. Вращение маховика в нем происходит за счет энергии сгорания рабочей смеси в цилиндре между дном его и поршня. Поршень, двигаясь вниз, через шатун и коленчатый вал вращает маховик. Полный цикл совершается за два оборота маховика, за первый оборот - два такта (всасывание и сжатие рабочей смеси) и за второй - два следующих (рабочий ход и выхлоп).Known 4-stroke piston internal combustion engine (2), containing a cylinder, piston, connecting rod, crankshaft, camshaft, intake and exhaust valves, spark plug, distributor and flywheel. The rotation of the flywheel in it occurs due to the energy of combustion of the working mixture in the cylinder between the bottom of it and the piston. The piston moving down through the connecting rod and crankshaft rotates the flywheel. A full cycle is performed in two turns of the flywheel, in the first revolution - two cycles (suction and compression of the working mixture) and in the second - the next two (working stroke and exhaust).

Недостатком поршневых двигателей является возвратно-поступательное движение поршней во время его работы, что ограничивает частоту вращения маховика.The disadvantage of piston engines is the reciprocating movement of the pistons during its operation, which limits the speed of the flywheel.

Известен роторный двигатель Ф.Ванкеля (2), содержащий корпус, эксцентриковый вал, ротор-поршень с тремя выступами, торцевые крышки, впускной и выпускной трубопроводы, свечу зажигания уплотнения ротора. Работа двигателя происходит за счет сгорания рабочей смеси в объеме, ограниченном корпусом двигателя и корпусом ротора, передавая энергию газов непосредственно на ротор-поршень.Famous rotary engine F. Wankel (2), comprising a housing, an eccentric shaft, a rotor piston with three protrusions, end caps, intake and exhaust pipelines, a spark plug of the rotor seal. The operation of the engine occurs due to the combustion of the working mixture in an amount limited by the engine casing and the rotor casing, transferring gas energy directly to the rotor-piston.

Недостатком его является то, что во время работы ротор-поршень совершает сложное планетарное движение, а выступы ротора совершают движение по эпитрохоиде с различным ускорением, что приводит к износу уплотнения и вызывает прорыв горящих газов в соседнюю камеру и воспламенению в ней свежего заряда.Its disadvantage is that during operation, the rotor-piston makes a complex planetary motion, and the protrusions of the rotor move along the epitrochoid with different acceleration, which leads to wear of the seal and causes the burning gases to break through into the adjacent chamber and ignite a fresh charge in it.

Известен роторный двигатель Кузнецова, патент РФ №2074967, кл. F02В 53/00, опубликованный 10.03.97 г., который содержит цилиндр с выпускным и перепускным клапанами, поршень с шатунно-кривошипным механизмом, статор с камерами сгорания, свечами и соплом выпуска сгоревших газов, ротор с размещенными в нем полостями, торцевые крышки. Вращение ротора обеспечивается за счет энергии потока газов сгоревшей топливно-воздушной смеси из камеры сгорания в полость ротора. Поршни двигателя, подающие смесь, жестко соединены между собой и ротором так, что сгорание топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит попеременно в одной из них. Наиболее близким по техническому решению и принципу действия к предлагаемому изобретению (прототипом) является роторный двигатель Кузнецова, патент РФ №2074967.Known rotary engine Kuznetsov, RF patent No. 2074967, class. F02B 53/00, published on March 10, 1997, which contains a cylinder with exhaust and bypass valves, a piston with a connecting rod and crank mechanism, a stator with combustion chambers, candles and a nozzle for the release of burnt gases, a rotor with cavities placed in it, end caps. The rotation of the rotor is ensured by the energy of the gas flow of the burnt fuel-air mixture from the combustion chamber to the rotor cavity. The engine pistons supplying the mixture are rigidly connected to each other and to the rotor so that the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chambers occurs alternately in one of them. The closest in technical solution and operating principle to the proposed invention (prototype) is the Kuznetsov rotary engine, RF patent No. 2074967.

Недостатки прототипаThe disadvantages of the prototype

1. Сжатые газы после сгорания топливно-воздушной смеси под большим давлением попадают в пространство, ограниченное корпусом статора и полостью ротора, создавая давление внутри объема во все стороны пропорционально площади давления, в том числе и перпендикулярно оси ротора, а попеременность работы камер создает и попеременность нагрузок и, как следствие, вибрацию, которую необходимо учитывать при установке зазора между ротором и статором для предотвращения заклинивания ротора, что снижает надежность его, а увеличение зазора снижает КПД двигателя.1. Compressed gases after combustion of the fuel-air mixture under high pressure fall into the space bounded by the stator housing and the rotor cavity, creating pressure inside the volume in all directions proportional to the pressure area, including perpendicular to the axis of the rotor, and the alternating operation of the chambers creates loads and, as a consequence, vibration, which must be taken into account when setting the gap between the rotor and the stator to prevent jamming of the rotor, which reduces its reliability, and an increase in the gap reduces the efficiency vigatelya.

2. Отсутствует принудительная очистка камеры сгорания от сгоревших газов, что снижает количество поступающего свежего заряда воздушно-топливной смеси, а следовательно, и меньше будет получено полезной работы за цикл.2. There is no forced cleaning of the combustion chamber from burnt gases, which reduces the amount of incoming fresh charge of the air-fuel mixture, and therefore less useful work will be obtained per cycle.

3. Наличие в двигателе цилиндров с возвратно-поступательным движением и сопротивления впускной системы заполнению свежим зарядом цилиндра ограничивает частоту вращения ротора двигателя и, следовательно, снижает КПД.3. The presence in the engine of cylinders with reciprocating motion and resistance of the intake system to filling with a fresh charge of the cylinder limits the frequency of rotation of the rotor of the engine and, therefore, reduces the efficiency.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, снижение вибрации ротора, повышение надежности работы двигателя и КПД.The aim of the invention is to remedy these disadvantages, reduce rotor vibration, increase engine reliability and efficiency.

Указанная цель достигается тем, что в известном техническом решении, содержащем статор с размещенными в нем камерами сгорания, свечами, впускными и выпускными клапанами, ротор с выполненными в нем на наружной поверхности полостями с боковыми стенками для приема продуктов сгорания рабочей смеси, направляемых из камер сгорания, при этом ротор снабжен уплотнителями по наружному диаметру краев ротора, согласно изобретению, камеры сгорания размещены в статоре попарно радиально-противоположно оси ротора с возможностью подачи импульса высокого напряжения на свечи для одновременного воспламенения рабочий смеси в двух камерах, каждая из которых содержит кинематически связанные с осью ротора распределительный вал и насос-форсунку, при этом камера сгорания снабжена соплом, длина которого меньше ширины полости ротора. Уплотнители могут быть выполнены секционными.This goal is achieved by the fact that in the known technical solution containing a stator with combustion chambers, candles, intake and exhaust valves placed therein, a rotor with cavities with side walls made therein for receiving the combustion products of the working mixture sent from the combustion chambers while the rotor is equipped with seals on the outer diameter of the edges of the rotor, according to the invention, the combustion chambers are placed in the stator in pairs radially opposite to the axis of the rotor with the possibility of impulse supply th voltage on spark ignition to simultaneously working the mixture into two chambers, each of which comprises kinematically connected with the rotor axis camshaft and a pump-nozzle, wherein the nozzle is provided with a combustion chamber whose length is less than the width of the rotor cavity. Sealers can be made sectional.

Предлагаемое изобретение изображено на фиг.1 и фиг.2. The invention is shown in figure 1 and figure 2.

Здесь изображен роторный двигатель с двумя камерами сгорания и четырьмя полостями, хотя число пар камер сгорания и полостей на роторе может быть различно, исходя из требований мощности и плавности вращения ротора.A rotary engine with two combustion chambers and four cavities is shown here, although the number of pairs of combustion chambers and cavities on the rotor can be different, based on the requirements of power and smoothness of rotation of the rotor.

Двигатель содержит статор 1, камеру сгорания 2, нижняя часть которой соединяется соплом 3 с полостями 4 ротора 5 во время рабочего такта, а верхняя часть соединена через канал 6 и впускной клапан 7 с системой подачи сжатого воздуха, а через канал 8 и выпускной клапан 9 - с атмосферой, отверстие 10 сброса давления из полостей 4, распределительный вал 11, кинематически связанный с осью ротора 12 через систему шестерен 13, а кулачком 14 с клапаном 7, кулачком 15 с рычагом 16 насоса-форсунки 17, кулачком 18 с клапаном 9, а также с распределителем 19, свечи 20. Ротор 5, являющийся и маховиком, установлен в корпусе 1 с минимальным зазором между наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью статора, обеспечивая свободное вращение ротора, закреплен на оси 12 в корпусе 1 на подшипниках 21 и закрыт крышкой 22. По диаметру краев ротор 5 содержит секционные уплотнители 23 (например, графитовые), а полости 4 по бокам имеют перегородки 24, кроме того, ротор имеет выступы 25, которые перекрывают сопло 3 после рабочего такта.The engine contains a stator 1, a combustion chamber 2, the lower part of which is connected by a nozzle 3 with cavities 4 of the rotor 5 during a working cycle, and the upper part is connected through a channel 6 and an inlet valve 7 with a compressed air supply system, and through a channel 8 and an exhaust valve 9 - with the atmosphere, the hole 10 pressure relief from the cavities 4, the camshaft 11, kinematically connected with the axis of the rotor 12 through the gear system 13, and a cam 14 with a valve 7, a cam 15 with a lever 16 of the pump nozzle 17, a cam 18 with a valve 9, and also with the distributor 19, candles 20. Rotor 5, I which can be controlled by a flywheel and installed in the housing 1 with a minimum clearance between the outer surface of the rotor and the inner surface of the stator, providing free rotation of the rotor, is fixed on the axis 12 in the housing 1 on bearings 21 and closed by a cover 22. The diameter of the edges of the rotor 5 contains sectional seals 23 for example, graphite), and the cavities 4 on the sides have partitions 24, in addition, the rotor has protrusions 25 that overlap the nozzle 3 after a working stroke.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом. The proposed engine operates as follows.

В исходном положении камера сгорания 2 заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько выше атмосферного, клапаны 7 и 9 закрыты, полость 4 вышла из соединения с соплом 3 и сопло перекрыто выступом 25. При вращении ротора 5 (в направлении стрелки на фиг.1) полость 4 соединяется с отверстием 10 - идет сброс давления из нее, шестеренки 13 поворачивают распределительный вал 11, который выступом кулачка 18 открывает клапан 9 и соединяет через выпускной канал 8 камеру сгорания с атмосферой, идет сброс давления, вращаясь дальше, распределительный вал выступом кулачка 14 открывает клапан 7 и соединяет камеру сгорания 2 через впускной канал 6 с системой подачи сжатого воздуха - идет продувка камеры сгорания. Вращаясь дальше, распределительный вал 11, поворачивая кулачок 18, выводит выступ из зацепления с клапаном 9 и, поднимаясь пружиной, клапан перекрывает выпускной канал 8, в камере 2 поднимается давление от сжатого воздуха, вращаясь дальше, распределительный вал 11, выводит из зацепления выступ кулачка 14 с клапаном 7 и, поднимаясь пружиной, клапан 7 перекрывает впускной канал 6, а кулачком 15 через рычаг 16 давит на привод плунжера насоса-форсунки 17 - происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания, вращаясь дальше, распределительный вал 11 замыкает цепь в коробке распределителя 19, и импульс тока высокого напряжения подается на свечи 20 двух камер сгорания 2, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси в двух камерах одновременно. К этому моменту ротор 5 двигателя, совершая вращательное движение, соединяет сопла 3 с полостями 4 обеих камер. Поток газов под большим давлением, направляемый соплом 3, уплотнителями 23 и боковыми стенками 24 по касательной устремляется в полость 4 ротора 5, вращая его. Этот рабочий цикл изображен на фиг.1 и фиг.2. Вращаясь дальше, ротор 5 выступом 25 перекрывает сопло 3, и двигатель приходит в исходное положение. Распределительный вал совершил полный оборот. Далее циклы повторяются.In the initial position, the combustion chamber 2 is filled with combustion products from the previous process, the pressure of which is slightly higher than atmospheric, the valves 7 and 9 are closed, the cavity 4 has left the connection with the nozzle 3 and the nozzle is blocked by the protrusion 25. When the rotor 5 is rotated (in the direction of the arrow in FIG. 1) the cavity 4 is connected to the hole 10 - there is a pressure relief from it, gears 13 rotate the camshaft 11, which protrudes the valve 18 by the protrusion of the cam 18 and connects the combustion chamber through the exhaust channel 8, the pressure is released, rotating gave Hsi, camshaft cam protrusion 14 and opens the valve 7 connects the combustion chamber 2 through the inlet channel 6 with the compressed air supply system - is purging of the combustion chamber. Rotating further, the camshaft 11, turning the cam 18, disengages the protrusion from the valve 9 and, rising with a spring, the valve closes the exhaust channel 8, the pressure from the compressed air rises in the chamber 2, rotating further, the camshaft 11 disengages the cam protrusion 14 with a valve 7 and, rising with a spring, the valve 7 closes the inlet channel 6, and with a cam 15 through the lever 16 presses on the plunger drive of the pump injector 17 - fuel is injected into the combustion chamber, rotating further, the camshaft 11 closes the circuit in the distributor box 19, and a high-voltage current pulse is supplied to the candles 20 of the two combustion chambers 2, the fuel-air mixture ignites in the two chambers simultaneously. At this point, the rotor 5 of the engine, making a rotational movement, connects the nozzle 3 with the cavities 4 of both chambers. The gas flow under high pressure, directed by the nozzle 3, the seals 23 and the side walls 24 tangentially rushes into the cavity 4 of the rotor 5, rotating it. This duty cycle is depicted in figure 1 and figure 2. Rotating further, the rotor 5 protrusion 25 overlaps the nozzle 3, and the engine comes to its original position. The camshaft has made a full revolution. Further cycles are repeated.

В изображенном на фиг.1 и фиг.2 варианте, где указаны две камеры сгорания и четыре полости, распределительный вал совершает четыре оборота за один оборот ротора. Количество и соотношение камер сгорания и полостей может быть четно-различным исходя из требований мощности и плавности хода.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, where two combustion chambers and four cavities are indicated, the camshaft makes four revolutions per revolution of the rotor. The number and ratio of combustion chambers and cavities can be evenly different based on the requirements of power and smoothness.

Предлагаемое изобретение имеет ряд преимуществ перед прототипом.The present invention has several advantages over the prototype.

1. Работа двух камер сгорания, расположенных радиально-противоположно оси ротора, в едином цикле позволяет взаимно гасить нагрузки, перпендикулярные оси ротора внутри самого ротора, что исключает его вибрацию.1. The operation of two combustion chambers located radially opposite to the axis of the rotor in a single cycle allows you to mutually dampen the loads perpendicular to the axis of the rotor inside the rotor, which eliminates its vibration.

2. Наличие выпускного клапана позволяет осуществлять продувку камеры сгорания от остатков сгоревших газов, а следовательно, увеличит количество свежей топливно-воздушной смеси.2. The presence of an exhaust valve allows purging of the combustion chamber from the remains of burnt gases, and therefore, will increase the amount of fresh fuel-air mixture.

3. Отсутствие в предлагаемом двигателе возвратно-поступательного движения поршней с шатунно-кривошипном механизмом позволяет увеличить частоту вращения ротора, что при одинаковом массовом заряде рабочего объема позволяет получить большую мощность.3. The lack of reciprocating motion of the pistons with the connecting rod and crank mechanism in the proposed engine makes it possible to increase the rotor speed, which, with the same mass charge of the working volume, allows to obtain greater power.

4. Наличие боковых стенок полостей ротора, зауженного сопла и секционных уплотнителей позволяет избежать утечки сгоревших газов и направить их по касательной точно в полости.4. The presence of the side walls of the cavities of the rotor, the narrowed nozzle and sectional seals allows you to avoid leakage of burnt gases and direct them tangentially into the cavity.

Перечень исследованной патентной и научно-технической информацииThe list of investigated patent and scientific and technical information

1. Патентная документация во Всероссийской патентно-технической библиотеке раздел: роторные двигатели внутреннего сгорания, кл. F02B 53/00-55/16.1. Patent documentation in the All-Russian Patent and Technical Library section: rotary internal combustion engines, cl. F02B 53 / 00-55 / 16.

Патент РФ №2074967, кл. F02B 53/00, опубликованный 10.03.97 г.RF patent No. 2074967, cl. F02B 53/00 published 03/10/97

2. Техническая литература под редакцией А.С.Орлина, М.Г.Круглова «двигатели внутреннего сгорания» 3 тома изд. Машиностроение.2. Technical literature edited by AS Orlin, MG Kruglov “internal combustion engines” 3 volumes ed. Engineering.

Claims

1. A rotary engine containing a stator with combustion chambers, candles, intake and exhaust valves placed therein, a rotor with cavities with side walls made on it on the outer surface for receiving combustion products of the working mixture directed from the combustion chambers, the rotor being provided with seals on the outer diameter of the edges of the rotor, characterized in that the combustion chambers are placed in the stator in pairs radially opposite the axis of the rotor with the possibility of applying a high voltage pulse to the candles for simultaneous ameneniya combustible mixture in the two chambers, each of which comprises kinematically connected with the rotor axis camshaft and a pump-nozzle, wherein the nozzle is provided with a combustion chamber whose length is less than the width of the rotor cavity.

2. The rotary engine according to claim 1, characterized in that the seals are made sectional.