RU2413080C2 - Working process of rotary engine according to arutyunov method and design of arutyunov rotary engine - Google Patents
Working process of rotary engine according to arutyunov method and design of arutyunov rotary engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413080C2 RU2413080C2 RU2009104237/06A RU2009104237A RU2413080C2 RU 2413080 C2 RU2413080 C2 RU 2413080C2 RU 2009104237/06 A RU2009104237/06 A RU 2009104237/06A RU 2009104237 A RU2009104237 A RU 2009104237A RU 2413080 C2 RU2413080 C2 RU 2413080C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- fuel
- combustion chamber
- housing
- rotary engine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 title description 17
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 11
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
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
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергомашиностроения и, в частности, к рабочему процессу и конструкции двигателя внутреннего сгорания.The invention relates to the field of power engineering and, in particular, to the working process and design of an internal combustion engine.
Роторные двигатели внутреннего сгорания являются перспективным направлением энергомашиностроения, история которого началась с изобретения двигателя Ванкеля, представляющего собой поршень-ротор, в виде треугольника, помещенный в корпус, где с помощью специального эксцентрика он совершает сложное эпициклическое движение. Рабочий процесс осуществляется по четырехтактному циклу за счет сжигания топливно-воздушной смеси в объемах, ограниченных внутренней поверхностью корпуса и каждой стороной поршня-ротора.Rotary internal combustion engines are a promising area of power engineering, the history of which began with the invention of the Wankel engine, which is a piston-rotor, in the form of a triangle, placed in the housing, where it makes a complex epicyclic motion with the help of a special eccentric. The working process is carried out on a four-cycle cycle due to the combustion of the fuel-air mixture in volumes limited by the inner surface of the housing and each side of the piston-rotor.
Двигатель Ванкеля не получил широкого распространения в автомобильной отрасли из-за своей кинематической сложности и необходимости соблюдения высокой точности при изготовлении сопрягаемых деталей, т.е. корпуса и ротора-поршня. К тому же значительной проблемой является герметизация внутреннего рабочего объема двигателя.The Wankel engine was not widely used in the automotive industry because of its kinematic complexity and the need to maintain high accuracy in the manufacture of mating parts, i.e. housing and rotor-piston. In addition, a significant problem is the sealing of the internal displacement of the engine.
Дальнейшее развитие роторных двигателей внутреннего сгорания пошло по пути радикального изменения рабочего процесса за счет отказа от принципа его организации, типичного для поршневых машин.Further development of rotary internal combustion engines went the way of a radical change in the working process due to the rejection of the principle of its organization, typical of piston machines.
Так, примером иной организации рабочего процесса является роторный двигатель Кузнецова [RU 2074967, опубл. 10.03.97]. Этот двигатель содержит цилиндрический ротор с равноудаленными каплеобразными углублениями по его образующей поверхности, каждое из которых выполняет роль лопатки. Ротор заключен в корпус с цилиндрической внутренней полостью соответствующего диаметра. Средство подачи топливно-воздушной смеси выполнено в виде пары диаметрально расположенных на корпусе поршневых компрессоров, полости которых имеют возможность периодически при вращении ротора сообщаться с углублениями последнего через направляющие сопла промежуточных камер сгорания, в свою очередь, содержащих средство воспламенения топливно-воздушной смеси в виде запальной свечи. Каждый поршневой компрессор содержит впускной клапан, предназначенный для подачи в него топливно-воздушной смеси, приготавливаемой вне компрессора, и перепускной клапан, соединяющий полость компрессора с камерой сгорания. Кроме всего перечисленного выше корпус содержит выхлопные каналы.So, an example of a different organization of the working process is the Kuznetsov rotary engine [RU 2074967, publ. 03/10/97]. This engine contains a cylindrical rotor with equidistant drop-shaped recesses along its generatrix surface, each of which acts as a blade. The rotor is enclosed in a housing with a cylindrical internal cavity of the corresponding diameter. The means of supplying the fuel-air mixture is made in the form of a pair of piston compressors diametrically located on the housing, the cavities of which can periodically communicate with the recesses of the latter through the guide nozzles of the intermediate combustion chambers when the rotor rotates, which, in turn, contain means for igniting the fuel-air mixture in the form of a pilot candles. Each reciprocating compressor contains an inlet valve for supplying to it a fuel-air mixture prepared outside the compressor, and a bypass valve connecting the compressor cavity to the combustion chamber. In addition to all of the above, the housing contains exhaust channels.
Принцип работы двигателя Кузнецова состоит в следующем.The principle of operation of the Kuznetsov engine is as follows.
Поршень одного из компрессоров, находясь в условно крайней верхней точке, начинает движение и через открытый впускной клапан происходит всасывание топливно-воздушной смеси. Достигнув условно крайней нижней точки, поршень, совершая возвратно-поступательное перемещение, начинает двигаться в обратном направлении и сжимает топливно-воздушную смесь. При этом впускной клапан закрыт и через открытый перепускной клапан происходит перекачка смеси в промежуточную камеру сгорания (далее камера сгорания). Одновременно с закрытием перепускного клапана топливно-воздушная смесь воспламеняется от запальной свечи и за счет вращения ротора открывается направляющее сопло. Продукты сгорания под большим давлением в виде струи попадают в углубление ротора, ударяя в его лопаточную часть, и передают ему всю накопленную потенциальную энергию. После совмещения углубления с выхлопным каналом продукты сгорания сбрасываются в атмосферу.The piston of one of the compressors, being at the conditionally extreme top point, begins to move and the fuel-air mixture is sucked through the open intake valve. Having reached a conditionally extreme lower point, the piston, making a reciprocating movement, begins to move in the opposite direction and compresses the fuel-air mixture. In this case, the inlet valve is closed and through the open bypass valve the mixture is pumped into the intermediate combustion chamber (hereinafter referred to as the combustion chamber). At the same time as the bypass valve closes, the air-fuel mixture ignites from the spark plug and, due to the rotation of the rotor, the guide nozzle opens. Combustion products under high pressure in the form of a jet fall into the cavity of the rotor, striking into its blade part, and transfer to it all the accumulated potential energy. After combining the recess with the exhaust channel, the combustion products are discharged into the atmosphere.
Анализ рабочего процесса двигателя Кузнецова показал, что в его основе лежит использование кинетической энергии струи (потока) сжатого газа, взаимодействующего с лопаточным аппаратом ротора. В сравнении с двигателем Ванкеля роторный двигатель Кузнецова имеет значительное преимущество, выражающееся в кинематической простоте его конструкции. Кроме того, расположение камеры сгорания вне ротора и ее устройство дают возможность обеспечить процесс сгорания топливно-воздушной смеси в режиме, близком к оптимальному, способствуя снижению уровня токсичности выхлопных газов.The analysis of the working process of the Kuznetsov engine showed that it is based on the use of the kinetic energy of the jet (stream) of compressed gas interacting with the rotor blade apparatus. In comparison with the Wankel engine, the Kuznetsov rotary engine has a significant advantage, expressed in the kinematic simplicity of its design. In addition, the location of the combustion chamber outside the rotor and its device make it possible to ensure the combustion process of the fuel-air mixture in a mode close to optimal, helping to reduce the level of toxicity of exhaust gases.
Однако несмотря на кинематическую простоту роторного двигателя Кузнецова в целом конструкция этого двигателя усложнена наличием промежуточной системы подачи топливно-воздушной смеси в виде пары поршневых компрессоров, сообщенных через перепускные клапаны с соответствующими камерами сгорания. Но основным недостатком аналога является собственно рабочий такт двигателя, выраженный во взаимодействии струи газа из камеры сгорания с лопаточной частью углубления ротора. По мере истечения газа в углубление, давление там будет возрастать, что значительно снизит эффективность воздействия струи газа из-за прогрессивно возрастающего противодавления. Это явление ведет к потере мощности и снижению КПД.However, despite the kinematic simplicity of the Kuznetsov rotary engine, the overall design of this engine is complicated by the presence of an intermediate fuel-air mixture supply system in the form of a pair of reciprocating compressors communicated through bypass valves with the corresponding combustion chambers. But the main disadvantage of the analogue is the actual working cycle of the engine, expressed in the interaction of the gas stream from the combustion chamber with the blade part of the cavity of the rotor. As the gas flows into the recess, the pressure there will increase, which will significantly reduce the effectiveness of the gas jet due to progressively increasing backpressure. This phenomenon leads to loss of power and lower efficiency.
В качестве прототипа предлагаемому изобретению выбран роторный двигатель внутреннего сгорания, рабочий такт которого может быть определен как реактивный, т.е. принципиально отличный от вышеописанного аналога. Конструкция этого двигателя [DE 2910304, опубл. 25.09.80.] содержит корпус, в котором установлен ротор с тремя равноудаленными углублениями на его цилиндрической части, образующие с аналогичными по форме внутренними стенками корпуса камеры сгорания. Корпус снабжен, как и аналог, поршневым компрессором в виде цилиндра и размещенного в нем поршня, связанного посредством шатунно-кривошипного механизма с приводом, синхронизированным с вращением ротора. При этом нагнетательная полость цилиндра открыта со стороны ротора и при вращении последнего имеет возможность периодически сообщаться с одним из углублений. Полость цилиндра связана со средством подачи топливно-воздушной смеси. Приблизительно под углом 90° к оси цилиндра на корпусе смонтировано средство воспламенения топливно-воздушной смеси, выполненное в виде запальной свечи. Соосно цилиндру и противоположно запальной свече на корпусе выполнен выхлопной канал, расположенный тангенциально по отношению к внутренней цилиндрической стенке корпуса.As a prototype of the invention, a rotary internal combustion engine is selected, the working cycle of which can be defined as reactive, i.e. fundamentally different from the above analogue. The design of this engine [DE 2910304, publ. September 25.80.] Contains a housing in which a rotor with three equally spaced recesses is installed on its cylindrical part, forming with a similarly shaped inner walls of the housing of the combustion chamber. The housing is equipped, like an analogue, with a piston compressor in the form of a cylinder and a piston placed in it, connected by a connecting rod and crank mechanism with a drive synchronized with the rotation of the rotor. In this case, the injection cavity of the cylinder is open on the rotor side and when the latter rotates, it is able to periodically communicate with one of the recesses. The cylinder cavity is connected with the means of supplying the fuel-air mixture. Approximately at an angle of 90 ° to the axis of the cylinder, a means for igniting the fuel-air mixture, made in the form of a glow plug, is mounted on the body. An exhaust channel is arranged coaxially with the cylinder and opposite the spark plug on the housing, located tangentially with respect to the inner cylindrical wall of the housing.
Рабочий процесс в описанной конструкции роторного двигателя реализуется следующим образом.The workflow in the described design of a rotary engine is implemented as follows.
В полость цилиндра, перекрытую цилиндрической поверхностью ротора, с помощью соответствующего устройства подают топливно-воздушную смесь. При этом поршень находится в крайнем верхнем положении. Затем посредством приводимого в действие шатунно-кривошипного механизма поршень перемещается в крайнее нижнее положение, сжимая, таким образом, смесь до необходимого давления. При совмещении с полостью цилиндра одного из углублений ротора последнее заполняется топливно-воздушной смесью, которая транспортируется в сторону запальной свечи. Когда углубление со смесью оказывается в зоне действия запальной свечи, осуществляется ее воспламенение. Это приводит к горению смеси и, как следствие, значительному повышению температуры и давления в углублении. «Законсервированные» в последнем продукты горения топливно-воздушной смеси дальше перемещаются к выхлопному каналу и при совмещении с ним начинают истекать с высокой скоростью с эффектом реактивной струи. Этим создается давление на стенки углубления, а значит, и ротора, в конечном итоге преобразуясь в крутящий момент, чему способствует конструктивное исполнение углубления, обеспечивающее плечо для равнодействующей силы реакции струи, действующей на ротор.A fuel-air mixture is fed into the cylinder cavity overlapped by the cylindrical surface of the rotor using an appropriate device. In this case, the piston is in its highest position. Then, by means of a crank-driven crank mechanism, the piston moves to its lowest position, thereby compressing the mixture to the required pressure. When combined with the cylinder cavity of one of the recesses of the rotor, the latter is filled with a fuel-air mixture, which is transported towards the spark plug. When the recess with the mixture is in the zone of action of the spark plug, it ignites. This leads to combustion of the mixture and, as a result, a significant increase in temperature and pressure in the recess. The “canned” in the latter combustion products of the air-fuel mixture move further to the exhaust channel and, when combined with it, begin to expire at high speed with the effect of a jet stream. This creates pressure on the walls of the recess, and hence the rotor, eventually transforming into torque, which is facilitated by the design of the recess, providing a shoulder for the resultant reaction force of the jet acting on the rotor.
Таким образом, описанный рабочий процесс основан на реактивном принципе, что можно считать основным недостатком прототипа, который выражается в низкой мощности, возникающей вследствие того, что горение топливно-воздушной смеси осуществляется в постоянном объеме и высокое избыточное давление в отличие от двигателей с расширительным принципом не создает вращательного момента, а реализуется во время выхлопа за счет опоры на среду с низкой плотностью, а значит, с высокими потерями мощности и КПД.Thus, the described workflow is based on the reactive principle, which can be considered the main disadvantage of the prototype, which is expressed in the low power arising from the fact that the combustion of the air-fuel mixture is carried out in a constant volume and high overpressure, unlike engines with an expansion principle, is not creates a torque, and is realized during the exhaust due to reliance on a medium with a low density, which means with high losses of power and efficiency.
Цель настоящего изобретения - повышение КПД роторного двигателя, создание технологичного, компактного роторного двигателя, который при простоте конструкции и меньших габаритах позволит обеспечить высокую мощность и высокую экономичность. Использовать различные виды топлива без конструктивных изменений и значительно повысить моторесурс двигателя. Поставленная задача достигается за счет того, что в рабочем процессе роторного двигателя, включающем приготовление топливно-воздушной смеси, введение ее в полость камеры сгорания, воспламенение, совершение рабочего такта и выхлоп, внутренняя стенка корпуса образует камеры сгорания с равноудаленными друг от друга углублениями, выполненными на цилиндрическом роторе, отличающийся тем, что радиальное сечение камеры сгорания имеет форму с тремя сторонами, одной стороной которой является криволинейное очертание внутренней стенки корпуса, а две другие стороны, образующие углубление ротора, являются прямолинейными и расположены под прямым углом относительно друг друга и одна из них имеет радиальное направление, для совершения рабочего такта в топливно-воздушной смеси возбуждают ударные волны, переходящие в детонационные, в направлении вращения ротора путем воспламенения топливно-воздушной смеси в задней части камеры сгорания по ходу вращения ротора.The purpose of the present invention is to increase the efficiency of a rotary engine, the creation of a technological, compact rotary engine, which, with its simplicity of design and smaller dimensions, will ensure high power and high efficiency. Use various types of fuel without design changes and significantly increase engine life. The task is achieved due to the fact that in the working process of a rotary engine, including the preparation of the fuel-air mixture, its introduction into the cavity of the combustion chamber, ignition, the completion of the working cycle and exhaust, the inner wall of the housing forms the combustion chamber with recesses equally spaced from each other, made on a cylindrical rotor, characterized in that the radial section of the combustion chamber has a shape with three sides, one side of which is a curved outline of the inner wall of the housing, the other two sides forming the cavity of the rotor are rectilinear and are located at right angles to each other and one of them has a radial direction, to make a working cycle in the fuel-air mixture, shock waves are excited that become detonation in the direction of rotation of the rotor by igniting the fuel -air mixture in the rear of the combustion chamber along the rotation of the rotor.
Достижению поставленной задачи способствует и предлагаемая конструкция роторного двигателя. Она включает корпус, внутренняя стенка которого образует камеры сгорания с равноудаленными друг от друга углублениями, выполненными на цилиндрическом роторе, при этом корпус снабжен средствами подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси и выхлопными каналами. Радиальное сечение камеры сгорания имеет форму с тремя сторонами, одной стороной которой является криволинейное очертание внутренней стенки корпуса, а две другие стороны, образующие углубление ротора, являются прямолинейными и расположены под прямым углом относительно друг друга и одна из них имеет радиальное направление.The achievement of the task contributes to the proposed design of the rotary engine. It includes a housing, the inner wall of which forms combustion chambers with recesses equally spaced from each other, made on a cylindrical rotor, while the housing is equipped with means for supplying and igniting the fuel-air mixture and exhaust channels. The radial section of the combustion chamber has a shape with three sides, one side of which is the curved outline of the inner wall of the housing, and the other two sides forming the recess of the rotor are rectilinear and are located at right angles to each other and one of them has a radial direction.
В корпусе имеются выхлопные каналы, выполненные тангенциально по отношению к ротору.The housing has exhaust channels made tangentially with respect to the rotor.
Сущность изобретения по способу и конструкции состоит в том, что в качестве движущей силы, используемой во время рабочего такта, предлагается использовать детонационные волны, что позволит значительно повысить мощность и КПД роторного двигателя.The invention according to the method and design consists in the fact that as the driving force used during the working cycle, it is proposed to use detonation waves, which will significantly increase the power and efficiency of the rotary engine.
На прилагаемом к описанию чертеже дано схематическое изображение роторного двигателя предлагаемой конструкции.The attached to the description of the drawing shows a schematic representation of a rotary engine of the proposed design.
Он содержит корпус 1, в цилиндрической полости которого установлен ротор 2. Последний снабжен рядом равноудаленных друг от друга углублений, которые с внутренней стенкой корпуса образуют камеры сгорания 3. Радиальное сечение камеры сгорания 4, одной стороной которого является криволинейное очертание внутренней стенки корпуса, а две другие образуют углубление ротора. При этом стороны, образующие углубление, являются прямолинейными и расположены под прямым углом друг к другу. Сторона 5 имеет радиальное направление и образует со стороной 6 прямой угол. Корпус 1 снабжен средством подачи топливно-воздушной смеси, выполненным в виде инжектора 7, а средство 8 воспламенения смеси представлено запальной электрической свечой. Инфраструктурные системы по приготовлению топливно-воздушной смеси и генерирования электрической искры на запальной свече на чертеже не показаны. В корпусе 1 выполнены выхлопные каналы 9, ориентированные тангенциально по отношению к ротору 2. На представленном чертеже роторного двигателя выполнены три камеры сгорания, расположенные под углом 120°, и набор средств подачи топливно-воздушной смеси, воспламенения последней и выхлопных каналов, количество и расположение которых показано на чертеже. Количество камер сгорания определяется размером ротора и требованиями к развиваемой мощности и плавности развиваемого на роторе крутящего момента. Вопрос синхронизации во времени работы всех камер сгорания в настоящем описании не рассматривается.It contains a housing 1, in the cylindrical cavity of which a rotor 2 is installed. The latter is equipped with a series of recesses equally spaced from each other, which form a combustion chamber 3 with the inner wall of the housing. A radial section of the combustion chamber 4, one side of which is a curved outline of the inner wall of the housing, and two others form a depression of the rotor. In this case, the sides forming the recess are rectilinear and are located at right angles to each other. Side 5 has a radial direction and forms a right angle with side 6. The housing 1 is equipped with a means of supplying the fuel-air mixture, made in the form of an injector 7, and the means 8 for igniting the mixture is represented by an electric spark plug. Infrastructure systems for the preparation of the fuel-air mixture and the generation of an electric spark on the spark plug are not shown in the drawing. In the housing 1 there are exhaust ducts 9 oriented tangentially with respect to the rotor 2. In the presented drawing of the rotary engine there are three combustion chambers located at an angle of 120 °, and a set of means for supplying the fuel-air mixture, igniting the last and exhaust ducts, number and location which are shown in the drawing. The number of combustion chambers is determined by the size of the rotor and the requirements for the developed power and smoothness of the torque developed on the rotor. The issue of synchronization in time of operation of all combustion chambers is not considered in the present description.
Рабочий процесс роторного двигателя Арутюнова реализуется следующим образом.The workflow of a rotary engine Arutyunova is implemented as follows.
Предварительно приготовленную топливно-воздушную смесь через инжектор 7 подают в камеру сгорания 3. При повороте ротора 2 против часовой стрелки камера сгорания перемещается в зону размещения средства воспламенения 8 и в момент, когда запальная свеча окажется позиционированной в задней части камеры сгорания по ходу вращения ротора, осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси путем подачи высокого напряжения на запальную свечу и инициирования искры. Треугольная форма камеры сгорания согласно принципам газодинамики способствует тому, что процесс горения топливно-воздушной смеси носит детонационный характер. В развитии последнего большое значение имеет создание турбулентности в топливно-воздушной смеси, чему способствует, во-первых, несимметричность формы камеры сгорания, а во-вторых, генерирование в ней пульсаций из-за химических превращений вещества, которые сопровождаются движением среды, возникающего вследствие различия удельных объемов исходного вещества и продуктов сгорания. Элементарные волны сжатия, испускаемые при воспламенении последовательно слоев топливно-воздушной смеси и направленные в сторону вращения ротора, образуют ударные волны. Ударная волна это - распространение по среде фронта резкого, почти мгновенного изменения параметров среды: плотности, давления, температуры, скорости. Динамическое воздействие ударных волн на преграду зависит от времени воздействия и числа Маха ударной волны.The pre-prepared air-fuel mixture is fed through the injector 7 into the combustion chamber 3. When the rotor 2 is rotated counterclockwise, the combustion chamber moves to the ignition means 8 placement zone and at the moment when the glow plug is positioned in the rear of the combustion chamber in the direction of rotation of the rotor, ignite the fuel-air mixture by applying a high voltage to the spark plug and initiating a spark. The triangular shape of the combustion chamber according to the principles of gas dynamics contributes to the fact that the combustion process of the fuel-air mixture has a detonation character. In the development of the latter, the creation of turbulence in the fuel-air mixture is of great importance, which is facilitated, firstly, by the asymmetry of the shape of the combustion chamber, and secondly, by the generation of pulsations in it due to chemical transformations of the substance, which are accompanied by the movement of the medium resulting from the difference specific volumes of the starting material and combustion products. The elementary compression waves emitted during the sequential ignition of the layers of the air-fuel mixture and directed towards the rotor rotation form shock waves. A shock wave is the propagation of a sharp, almost instantaneous change in the parameters of the medium in the medium: density, pressure, temperature, speed. The dynamic effect of shock waves on an obstacle depends on the exposure time and the Mach number of the shock wave.
Согласно газодинамической теории детонационная волна рассматривается как совместное распространение ударной волны с волной горения. Детонационное самовоспламенение вызывается ударной волной такой интенсивности, которая обеспечивает самовоспламенение смеси и повышение скорости сгорания. В конечном итоге, детонационная волна есть такая фаза горения, когда воспламенение каждого слоя топливно-воздушной смеси вызывается сжатием, а не подогревом. Горение и детонация отличаются друг от друга тем, что в первом случае скорость движения фронта химических превращений меньше скорости звука, а во втором - она превышает эту скорость, которая достигает по разным научным источникам 1000-3500 м/с. Детонация может распространяться в условиях изолированной, замкнутой системы. Детонация - это процесс сверхзвукового распространения фронта химических превращений по веществу, который может протекать без всякого взаимодействия с окружающей средой. Как указано выше, химические превращения вещества сопровождаются движением среды. В свою очередь, механическое движение влияет на состояние вещества в пределах детонационного фронта и, в конечном итоге, на скорость химических превращений. Следовательно, детонация представляет собой не только химический, но и газодинамический процесс. Более того, именно законы газодинамики определяют скорость движения детонационного фронта по веществу. Таким образом, генерируемые в камере сгорания 3 детонационные волны в направлении вращения ротора взаимодействуют со стороной 5, преобразуют свою кинетическую энергию в механическую энергию вращения ротора 2.According to the gas-dynamic theory, the detonation wave is considered as the joint propagation of a shock wave with a combustion wave. Detonation self-ignition is caused by a shock wave of such intensity that provides self-ignition of the mixture and an increase in the rate of combustion. In the end, the detonation wave is such a phase of combustion when the ignition of each layer of the fuel-air mixture is caused by compression rather than heating. Combustion and detonation differ from each other in that in the first case, the speed of the front of chemical transformations is less than the speed of sound, and in the second, it exceeds this speed, which, according to various scientific sources, reaches 1000-3500 m / s. Detonation can propagate in an isolated, closed system. Detonation is the process of supersonic propagation of the front of chemical transformations through matter, which can occur without any interaction with the environment. As indicated above, the chemical transformations of a substance are accompanied by the movement of the medium. In turn, mechanical motion affects the state of matter within the detonation front and, ultimately, the rate of chemical transformations. Therefore, detonation is not only a chemical, but also a gas-dynamic process. Moreover, it is the laws of gas dynamics that determine the velocity of a detonation front through a substance. Thus, the detonation waves generated in the combustion chamber 3 in the direction of rotation of the rotor interact with side 5, convert their kinetic energy into mechanical energy of rotation of the rotor 2.
Однако кинетическая энергия детонационной волны - лишь часть энергии, отдаваемой ротору в рабочем процессе роторного двигателя. Дополнительный силовой импульс, увеличивающий крутящий момент на роторе 2, возникает в момент соединения камеры сгорания с выхлопным каналом 9. Поток продуктов сгорания, вырывающийся под значительным давлением и скоростью через образующийся зазор, взаимодействует со стороной 5 камеры сгорания, оказывая на нее давление в сторону вращения ротора 2 и создавая на плече, приблизительно равном радиусу ротора, крутящий момент. Образно поток газа, истекающий из камеры сгорания, можно сравнить с «клином», вбиваемым между стенкой корпуса 1, переходящей в выхлопной канал 9 и верхней кромкой стороны 5. Затем газодинамический поток переходит в реактивную струю газового потока, формирующую третью тангенсальную вращающую силу Fг.д.п..However, the kinetic energy of the detonation wave is only part of the energy given to the rotor in the working process of a rotary engine. An additional power impulse that increases the torque on the rotor 2 occurs when the combustion chamber is connected to the exhaust channel 9. The flow of combustion products, escaping under considerable pressure and speed through the resulting gap, interacts with side 5 of the combustion chamber, exerting pressure on it in the direction of rotation rotor 2 and creating a torque on the shoulder, approximately equal to the radius of the rotor. Figuratively, the gas flow exiting from the combustion chamber can be compared with a “wedge” driven between the wall of the housing 1, passing into the exhaust channel 9 and the upper edge of side 5. Then, the gas-dynamic flow passes into the jet stream of the gas flow, which forms the third tangential rotational force F g .dp .
Суммирование сил детонационного импульса, сил газодинамического клина и сила реактивного газодинамического потока увеличивает мощность и КПД роторного двигателя предлагаемой конструкции.The summation of the forces of the detonation pulse, the forces of the gas-dynamic wedge, and the force of the reactive gas-dynamic flow increases the power and efficiency of the rotor engine of the proposed design.
Fc.д.и. - сила детонационного импульса.F s.d.i. - the strength of the detonation pulse.
Fc.г.к - сила газодинамического клина.F cg.k - the force of the gas-dynamic wedge.
Fc.г.п. - сила газодинамического потока.F c.g.p. - the force of the gas-dynamic flow.
Fт.в.c.p. - тангенсальная вращающая сила ротора.F tvcp - tangential rotational force of the rotor.
Fд.и.+Fг.д.к. +Fс.г.п.=Fт.в.р. F D.I. + F gdk + F s.g.p. = F tvr
К достоинствам предлагаемой конструкции роторного двигателя относится то, что он не имеет «мертвых точек», характерных для поршневых машин, и крутящий момент на валу приближается к постоянному. Роторный двигатель работает без вибрации, потому что ротор совершает только вращательное движение и полностью статически и динамически сбалансирован. Отсутствие преобразования одного вида движения в другое (например, возвратно-поступательное во вращательное) позволяет работать двигателю на высоких частотах вращения, не доступных для машин других типов. Благодаря вышесказанному, а также новому рабочему процессу, основанному на использовании детонационных волн, предлагаемая конструкция роторного двигателя имеет удельно-габаритные показатели мощности, превосходящие в несколько раз соответствующие показатели машин аналогичного типа, например, таких как реактивные и лопаточно-струйные. Производительность роторного двигателя предлагаемой конструкции прямо пропорциональна скорости вращения ротора, что позволяет контролировать и управлять расходом рабочего тела. Такая конструкция дает возможность использовать новые конструкционные материалы, например, керамику, порошковые материалы, сведя процесс производства двигателя к высокоточному объемному прессованию с минимумом финишных операций.The advantages of the proposed design of a rotary engine include the fact that it does not have “dead spots” characteristic of reciprocating machines, and the torque on the shaft approaches constant. The rotary motor works without vibration, because the rotor performs only rotational motion and is fully statically and dynamically balanced. The lack of conversion of one type of movement into another (for example, reciprocating into rotational) allows the engine to work at high speeds, not available for other types of machines. Thanks to the above, as well as a new workflow based on the use of detonation waves, the proposed design of the rotary engine has specific power dimensions that are several times higher than those of machines of a similar type, for example, jet and blade-jet ones. The performance of the rotary engine of the proposed design is directly proportional to the speed of rotation of the rotor, which allows you to control and control the flow of the working fluid. This design makes it possible to use new structural materials, such as ceramics, powder materials, reducing the process of engine production to high-precision volume pressing with a minimum of finishing operations.
Как показала эксплуатация опытного образца на различных видах топлива, расход последнего в 2-4 раза меньше по сравнению с существующими поршневыми двигателями такой же мощности, а моторесурс в два раза выше. КПД опытного образца достигало 96% по циклу Карно. На единицу массы (кг) двигателя приходится 15 кВт мощности и такого показателя не имеет ни один из известных в настоящее время двигателей внутреннего сгорания.As shown by the operation of the prototype on various types of fuel, the consumption of the latter is 2-4 times less compared to existing piston engines of the same power, and the service life is twice as high. The efficiency of the prototype reached 96% of the Carnot cycle. There are 15 kW of power per unit mass (kg) of the engine and none of the currently known internal combustion engines has such an indicator.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009104237/06A RU2413080C2 (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Working process of rotary engine according to arutyunov method and design of arutyunov rotary engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009104237/06A RU2413080C2 (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Working process of rotary engine according to arutyunov method and design of arutyunov rotary engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009104237A RU2009104237A (en) | 2010-08-20 |
| RU2413080C2 true RU2413080C2 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46305135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009104237/06A RU2413080C2 (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Working process of rotary engine according to arutyunov method and design of arutyunov rotary engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413080C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2444213A (en) * | 1944-10-17 | 1948-06-29 | Harvey B Weeks | Rotary turbine |
| DE2910304A1 (en) * | 1979-03-16 | 1980-09-25 | Wolfgang Hisgen | Combined rotary and reciprocating engine - has horizontal rotary driving piston with three equal lengthwise recesses in cylindrical housing |
| US4357794A (en) * | 1980-07-17 | 1982-11-09 | Alexander Nelson | Rotary-reactive internal combustion engine 4-360 |
| RU2210678C2 (en) * | 2001-01-22 | 2003-08-20 | Крыгин Вадим Николаевич | Internal engine with moving combustion chamber of power takeoff shaft |
| RU2263799C2 (en) * | 2003-11-11 | 2005-11-10 | Мазеин Иван Сергеевич | Method of operation of heat internal combustion engine and device for implementing the method |
-
2009
- 2009-02-09 RU RU2009104237/06A patent/RU2413080C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2444213A (en) * | 1944-10-17 | 1948-06-29 | Harvey B Weeks | Rotary turbine |
| DE2910304A1 (en) * | 1979-03-16 | 1980-09-25 | Wolfgang Hisgen | Combined rotary and reciprocating engine - has horizontal rotary driving piston with three equal lengthwise recesses in cylindrical housing |
| US4357794A (en) * | 1980-07-17 | 1982-11-09 | Alexander Nelson | Rotary-reactive internal combustion engine 4-360 |
| RU2210678C2 (en) * | 2001-01-22 | 2003-08-20 | Крыгин Вадим Николаевич | Internal engine with moving combustion chamber of power takeoff shaft |
| RU2263799C2 (en) * | 2003-11-11 | 2005-11-10 | Мазеин Иван Сергеевич | Method of operation of heat internal combustion engine and device for implementing the method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009104237A (en) | 2010-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6484687B1 (en) | Rotary machine and thermal cycle | |
| US4057035A (en) | Internal combustion engines | |
| US11078834B2 (en) | Rotary valve continuous flow expansible chamber dynamic and positive displacement rotary devices | |
| WO2007065976A1 (en) | Pump or motor | |
| WO2009040733A2 (en) | Device for converting energy | |
| TWI589769B (en) | Circulating piston engine | |
| RU2413080C2 (en) | Working process of rotary engine according to arutyunov method and design of arutyunov rotary engine | |
| JPH1068301A (en) | Vane rotation type volume changing device and internal combustion engine using the device | |
| US8978619B1 (en) | Pistonless rotary engine with multi-vane compressor and combustion disk | |
| RU2275518C1 (en) | Internal combustion engine-revenuer | |
| RU2406836C2 (en) | Rotary jet engine by aroutyunov | |
| RU2484271C2 (en) | Tiguntsev rotary jet engine | |
| RU80896U1 (en) | NIZAMOVA ROTARY-VANE ENGINE | |
| RU80508U1 (en) | ROTARY-REACTIVE ENGINE ARUTYUNOV | |
| EP2762675A1 (en) | Internal combustion rotary engine | |
| CN106285926B (en) | Axial variable rotor engine | |
| RU2304226C2 (en) | Power control method of free-piston internal combustion engine and such free piston internal combustion engine | |
| CN114526159A (en) | Low-cost self-circulation pulse type turbine engine | |
| CN121024697A (en) | Engines with controllable speed and that utilize exhaust heat energy for power. | |
| US9714607B2 (en) | Internal combustion engine and a method of operating an internal combustion engine | |
| CN115450754A (en) | Rotary vane type engine | |
| CN110594011A (en) | Single screw internal combustion engine | |
| WO2007026381A1 (en) | Modular rotary combustion engine | |
| JP2005048680A (en) | Independent cylinder head type rotary engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140210 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160927 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180210 |