【発明の詳細な説明】
発明の名称
再生予備加熱を備えた羽根付き回転エンジン
発明の背景
本発明は一般的には羽根付き回転熱エンジンの概念に関する。本エンジンの作
動は良く知られたオツトー・サイクルの変形である熱力学サイクルに基礎を置い
ている。この変形は入口孔の上方の圧力孔での、煙道ガスの1部分と圧縮ガスと
の間の混合に基礎を置いており、その結果空気は内部で予備加熱されかつ圧縮ス
トロークの終わりに非常に高い温度(簡単なオツトー・サイクルに比べるとき)
に達する。これは、順次、圧縮点火を可能にする。
オツトーおよびデイーゼル熱力学サイクルの実行が種々の機構によつて試みら
れた。最も良く知られているのは往復ピストン機構である。他の機構はシリンダ
の外トロコイド形状(ワンケルエンジンが最も良く知られた用途である)および
静的および動的平衡ロータ概念における可動羽根を基礎に置いている。最後の概
念では現在まで商業的に開発されたエンジンは製造されてないが多数の種々のエ
ンジン発明がこの思想を基礎にして提案されている。羽根付き回転エンジンの概
念は、一般に、円形断面シリンダの内部の平衡ロータを考慮している。シリンダ
の内面とロータの外面との間に形成されたキヤビテイは一定のサイクルの熱力学
的過程の実行に必要とされる容積を作り出す。ロータが回転するとき、容積の変
化は、シリンダの周部に多数の半径方向に可動の羽根を位置決めすることによつ
て達成される。これらの羽根は各キヤビテイを2つまたはそれ以上の部分に分離
する。この一般的な概念に関してこれまで提案された種々のアイデアは羽根の数
、
燃焼室の位置、煙道ガスのルート、大気、キヤビテイ容積の密封等に関して異な
っている。羽根付き回転エンジンの概念を実行する発明について過去に交付され
た特許は、(i)アメリカ合衆国特許第631815号(1899年)、同第1
354189号(1920年)、同第1616333号(1927年)、同第2
409141号(1946年)、同第2762346号(1956年)、同第3
280804号(1966年)、同第3467070号(1969年)、同第3
797464号(1974年)、同第383723号(1974年)、(ii)
日本特許公開JP−A−56126601号、(iii)ドイツ速邦共和国公開
特許DE3426853A1号(iv)フランス特許第2406072号、(v
)国際特許WPO第1480985号を含んでいる。これらの発明はすべて羽根
付き回転エンジンの変形例を実行しかつオツトーまたは/およびデイーゼルサイ
クルを実現するように試みている。
発明の概要
本発明の目的は圧縮点火に追随する定容積燃焼を達成する羽根付き回転エンジ
ンを提供することにある。
エンジンは円形断面を有する外方シリンダおよび該シリンダと同一の回転軸線
を有する多数のローブを備えた内方ロータによつて形成される。シリンダの内面
とロータの外面との間の間隔は、数においてローブの数と等しい、多数のキヤビ
テイを形成する。ローブは最小2つ必要であるが、ロータの動的バランスは4個
のローブを要求する。動的バランスは他の方法では、多シリンダエンジンにおい
て達成され得る。エンジンの基本的な説明は、他の形状が2つの連続するキヤビ
テイ、比例して配置される他のすべての位置、により形成される円弧を簡単に減
少するので、2つのローブロータに関して付与される。2つのローブ付きロータ
に形成される2つのキヤビテイはシリンダ断面の内面の円弧の360°すべてを
カバーする。熱力学的サイクル(すなわち吸入一圧縮−燃焼−および膨張−排気
)の実行に必要とされる4つの容積は2つのキヤビテイ内にいつでも共存してい
る。これは3枚羽根ダイアフラムによつて達成される。
これらのダイアフラムはシリンダ断面の周辺に(かつその全長に沿って)位置
決めされそしてそれらの先端はカム軸機構による(または電気的にまたは他の手
段による)適切な作動後ロータの外面に追随する。2枚のダイアフラムのみがい
つでもこれを行っている。一方のダイアフラムは吸入−排気容積を分離するダイ
アフラムでありそして他方のダイアフラムは燃焼室の近くにある。この室(2つ
のローブロータ形状用の)は(近傍の)吸入−排気開口から離れて180°の円
弧に位置決めされかつシリンダの壁の内側に埋め込まれている。この室の2つの
側辺には2枚のダイアフラムが位置決めされている。ロータが回転する(時計回
りに)とき、室の右側のダイアフラムは「フロント」ダイアフラムと呼ばれ、一
方、左側のダイアフラムは「バツク」ダイアフラムと呼ばれる。これら2枚のダ
イアフラムの一方のみがいつでもロータ面接触している(最初に「バツク」ダイ
アフラムそして「フロント」ダイアフラム)。2枚のダイアフラムは、「バツク
」ダイアフラムが持ち上げられ(シリンダの壁の内側のキヤビテイに向かって)
かつ「フロント」ダイアフラムがロータ面に向かって下降されるとき、ロータの
一定の角度位置で役割を交換する。このことは煙道ガスが膨張容積において部分
的に膨張されかつ新たな大気が圧縮容積において部分的に圧縮された後にかつ2
つの容積中の圧力がほぼ等しいとき引き起こされる。圧縮過程の連続は、ガスが
燃
焼室に入るように強制されるとき、新たなガス混合物の温度を非常に高くする。
この温度は外部の点火補助を必要とすることなく非常に迅速な燃料蒸発および燃
焼を許容する。
ここで一定容積の燃焼は、ローブ形状が燃焼過程の完了に十分な円弧のシリン
ダ断面の半径に等しい一定半径を有するようにローブ形状を形成することにより
燃焼室の出口を遮断することによつて達成される。
端板および適切な密封機構が4つの容積のいずれかからの軸方向漏洩を遮断し
ている。
上述された2つの円弧から離れたロータ面のジオメトリは必要な容積およびダ
イアフラムの滑らかな加速を設けるために設計される。
図面の簡単な説明
第1図はエンジンの熱力学的サイクルの理想的な形を示す図である。
第2a図および第2b図はエンジンの軸方向および横断面図である。
第3図は段階1を説明する横断面図、そして
第4図ないし第7図は段階2ないし5をそれぞれ説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
理想的な熱力学的サイクル
提案されたエンジンの熱力学的サイクルの理想的な形は、P−V軸において、
第1図に示されている。第1の過程は点100から点101への等エントロピー
圧縮である。この点(かつ圧縮が完了される前)において「バツク」ダイアフラ
ムが持ち上げられかつ「フロント」ダイアフラムが下降される。これは圧縮空気
との膨張している煙道ガスの混合を生じ、その結果P−V上のそれらに対応する
点は点102にあるように作図している。圧縮容積は、今や、2枚のダイアフラ
ムの交換が圧縮容積への膨張容積の1部分の転換を生じるので、より大きくなる
(点101での圧縮容積に比べて)。等エントロピー圧縮は次いで点103まで
進行する。この点において燃料は燃焼室へ導入されかつ一定の容積の燃焼過程が
点104まで実施される。点104から点105まで煙道ガスは等エントロピー
的に膨張する。この点においてダイアフラムの交換が行われ(かつ一方で圧縮お
よび膨張容積圧力はほぼ等しい)、その結果膨張容積は、その1部が圧縮容積に
転換されるので、減少される。結果として生じる煙道ガスの状態は点106であ
る。次いで、膨張過程は点107まで継続する。点107で排気開口が開放され
、その結果煙道ガスは点108で大気に膨張される。過程は次いで等圧過程であ
る点110まで排気過程を継続する。全サイクルは吸入開口および近傍の排気開
口との間で円弧の半分で円弧を回転するロータ軸で完了される。ここで詳細に説
明された形状においてこの回転は、2つの開口の間の円弧が360°であるので
180°である。より現実的なローブロータ(静的にかつ動的に平衡される)に
関して対応する円弧はそれぞれ90°および180°である。
提案された発明を第a図および第2b図に示される2つの断面図によつて説明
する。
筒状(円形断面)ステータ(1)は、ステータの壁の内部に順次埋め込まれる
、吸入(5)および排気(4)開口の間のダイアフラム(9)および燃焼室(1
2)のフロント(7)およびバツク(6)のダイアフラムを支持している。ステ
ータの壁は、加えて、冷却流体キヤビテイ(10)ならびにエンジンの作動(冷
却、潤滑、制御、燃料等)に必要とされる支持副系統を包含している。ロータ(
3)
はステータと同一の軸線を有しかつ順次、基板支持体(11)上の対応するベア
リング(14)によつて支持される動力軸(2)に係合される。対応する密封体
(16)を備えた端板(15)が軸方向の漏洩を防いでいる。燃料は噴射ノズル
(8)を介して燃焼室(12)に噴射される。
ローブのジオメトリは2つの基本的な条件を考慮に入れる、すなわち(i)燃
焼室の出口を遮断するのに十分な円弧に関して、その半径は一定でありかつステ
ータ内面の半径にほぼ等しい、(ii)残りは各キヤビテイ内の容積を最小にす
るために利用し得る空間を開発しなければならないが、その表面は滑らかでなけ
ればならず、その結果ロータ面と接触してダイアフラム上に負荷される加速は極
端ではない。2つのローブロータは、その場合に、180°の円弧で位置決めさ
れる2つのローブ先端(17)および(18)を有している。これら2つの先端
の中心はロータの主要軸線を形成する。
ロータの最初の位置(回転角度がゼロに等しいとき)は、そのために主要軸線
が2つの開口の間で燃焼室(12)およびダイアフラム(9)の中心を通過する
ように採られる。
段階1(第3図)
燃焼室はロータローブ(17)の先端によつて遮断され、一方同じことが2つ
の開口(4)および(5)に対して反対のローブ(8)によつて生じる。燃料が
噴射ノズル(8)を通って室に噴射されかつ一定の容積で空気−煙道ガス混合物
で燃焼する(少なくとも先端17が室出口を遮断ずる限り)。ダイアフラム(9
)および(6)はロータ面に接触している。
段階2(第4図)
ロータ(3)は時計回りに回転し、膨張容積(19)が増加しかつ燃焼室から
到来する煙道ガスの存在が減少される。排気容積(20)中の、前のサイクルか
らの煙道ガスは、排気開口(4)がローブ先端(18)の運動によつて被覆され
ないとき排気開口(4)を通って出る一方離れているダイアフラム(9)は、ロ
ータ面と接触しているために内方に動く。「バツク」ダイアフラム(6)は同様
に動いており、一方「フロント」ダイアフラムはステータの壁の内部のその凹所
内に留まる。圧縮容積(13)は減少し、その結果新たな空気の圧力が増加する
。
段階3(第5図)
ロータの回転はローブ先端(18)からの吸入開口(5)の露出および吸入容
積(21)の形成に至る。
段階4(第6図)
圧縮容積(13)および膨張容積(20)の圧力がほぼ等しいとき、「バツク
」ダイアフラム(6)はロータの面から持ち上げられかつ「フロント」ダイアフ
ラム(7)(幾らか前に内方に動き始めた)はロータ面と接触する。この交換に
おいて、膨張容積の部分は圧縮容積に合流しかつトラツプされた煙道ガスは元の
圧縮容積中の大気と混合される。(より小さい)膨張容積中の減少された煙道ガ
スの量は膨張し続ける。
段階5(第7図)
ロータは180°の円弧を完了する。ローブ先端(17)および(18)は位
置を交換する。吸入容積(21)は圧縮容積(13)になり、一方膨張容積(2
0)は排気容積(19)になる。圧縮された煙道ガスは燃焼室容積内に封入され
た。ロータは次のサイクルに進むのに備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Title of invention
Bladed rotary engine with regenerative preheating
Background of the Invention
The present invention generally relates to the concept of a bladed rotary heat engine. The work of this engine
Motion is based on the thermodynamic cycle, a variant of the well-known Otto cycle.
ing. This deformation is due to the part of the flue gas and the compressed gas at the pressure hole above the inlet hole.
During which the air is internally preheated and compressed
Very high temperature at the end of the troke (when compared to a simple Otto cycle)
Reach This in turn allows compression ignition.
The execution of the Otto and Diesel thermodynamic cycles was attempted by various mechanisms.
Was. The best known is the reciprocating piston mechanism. Other mechanisms are cylinders
Outer trochoidal shape (Wankel engine is the most well-known application) and
It is based on moving vanes in static and dynamic balancing rotor concept. Last outline
It should be noted that up to now no commercially developed engines have been manufactured but a large number of different engines
Engine inventions have been proposed based on this idea. Outline of rotating engine with blades
The precautionary statement generally takes into account a balanced rotor inside a circular cross-section cylinder. Cylinder
The cavity formed between the inner surface of the rotor and the outer surface of the rotor is a constant cycle thermodynamic
Create the volume needed to perform the strategic process. When the rotor rotates, the volume changes.
This is accomplished by positioning a number of radially movable blades around the circumference of the cylinder.
Achieved. These blades separate each cavity into two or more parts
I do. The various ideas proposed so far for this general concept are the number of blades
,
The location of the combustion chamber, flue gas routes, atmosphere,
ing. Has been issued in the past for inventions implementing the concept of a bladed rotary engine
Patents are (i) U.S. Pat. No. 6,318,815 (1899);
No. 354189 (1920), No. 1616333 (1927), No. 2
No. 409141 (1946), No. 2762346 (1956), No. 3
280804 (1966), 3467070 (1969), 3rd
797664 (1974), 383723 (1974), (ii)
Japanese Patent Publication JP-A-56126601, (iii) published in Germany
Patent DE3426853A1 (iv) French Patent 2406072, (v
) International Patent WPO 1480985. These inventions are all feathers
Implementing a variant of a rotating engine with a dash and / or
Trying to make it happen.
Summary of the Invention
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a bladed rotary engine that achieves constant volume combustion following compression ignition.
To provide services.
The engine has an outer cylinder having a circular cross section and the same rotational axis as the cylinder.
Formed by an inner rotor with a number of lobes having Inner surface of cylinder
The distance between the rotor and the outer surface of the rotor is equal to the number of lobes in number of cavities.
Form a tay. A minimum of two lobes is required, but the dynamic balance of the rotor is four
Robe request. Dynamic balance is an alternative to multi-cylinder engines
Can be achieved. The basic description of the engine is that the other shapes are two consecutive
Easily reduce the arc formed by the ties, all other positions that are proportioned
Less is provided for the two lobe rotors. Rotor with two lobes
The two cavities formed in the cylinder cover all 360 ° of the arc on the inner surface of the cylinder section.
Cover. Thermodynamic cycle (ie suction-compression-combustion-and expansion-exhaust
The four volumes required to perform) always coexist in the two cavities.
You. This is achieved with a three-blade diaphragm.
These diaphragms are located around the cylinder cross section (and along its entire length)
And their tips are controlled by a camshaft mechanism (or electrically or other hand
Following proper operation (by step) follows the outer surface of the rotor. Only two diaphragms
Anyway do this. One diaphragm is a die that separates the intake and exhaust volumes.
The diaphragm is and the other diaphragm is near the combustion chamber. This room (two
180 ° circle away from the (near) intake-exhaust opening
It is positioned in an arc and is embedded inside the wall of the cylinder. Two of this room
Two diaphragms are positioned on the side. Rotor rotates (clockwise rotation)
Sometimes the diaphragm on the right side of the room is called the "front" diaphragm and
On the other hand, the diaphragm on the left is called the "back" diaphragm. These two cards
Only one side of the diaphragm is in contact with the rotor at any time (the "back" die
Afram and "front" diaphragm). The two diaphragms are
The diaphragm is lifted (towards the cavity inside the cylinder wall)
And when the "front" diaphragm is lowered towards the rotor face,
Exchange roles at certain angular positions. This means that the flue gas is partially
After the natural atmosphere has been expanded and the new atmosphere has been partially compressed in the compression volume and
Triggered when the pressures in two volumes are approximately equal. The continuation of the compression process
Burning
When forced into the firing chamber, the temperature of the fresh gas mixture becomes very high.
This temperature allows very rapid fuel evaporation and fueling without the need for external ignition aids.
Allow baking.
Here, combustion of a fixed volume means that the lobe shape is sufficient for an arc-shaped syringe to complete the combustion process.
By forming the lobe shape to have a constant radius equal to the radius of the cross section
This is achieved by shutting off the outlet of the combustion chamber.
End plates and suitable sealing mechanisms block axial leakage from any of the four volumes
ing.
The geometry of the rotor surface away from the two arcs described above will
Designed to provide smooth acceleration of the ear ram.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a diagram showing an ideal form of a thermodynamic cycle of an engine.
2a and 2b are axial and transverse sectional views of the engine.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating step 1, and
4 to 7 are diagrams for explaining steps 2 to 5, respectively.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Ideal thermodynamic cycle
The ideal form of the proposed thermodynamic cycle of the engine is, in the PV axis,
This is shown in FIG. The first step is isentropy from point 100 to point 101
Compression. At this point (and before the compression is completed), the "back" diaphragm
And the "front" diaphragm is lowered. This is compressed air
Resulting in mixing of the expanding flue gases with their corresponding on PV
The points are drawn as if they were at point 102. The compression volume is now two diaphragms
Larger because the exchange of the system results in the conversion of a portion of the expanded volume to the compressed volume
(Compared to the compressed volume at point 101). Isentropic compression then to point 103
proceed. At this point, fuel is introduced into the combustion chamber and a fixed volume combustion process occurs.
The operation is performed up to the point 104. Flue gas from point 104 to point 105 isentropic
Expands. At this point, the diaphragm exchange takes place (while the compression and
And the expansion volume pressure are approximately equal), so that the expansion volume is partially
It is reduced because it is switched. The resulting flue gas condition is at point 106.
You. The expansion process then continues to point 107. The exhaust opening is opened at point 107
The resulting flue gas is expanded to atmosphere at point 108. The process is then an isobaric process
The evacuation process is continued up to the point 110. The entire cycle is opened with the intake opening and the nearby exhaust
Completed with the rotor shaft rotating the arc in half the arc between the mouth. Here's a detailed explanation
In the disclosed shape, this rotation is due to the 360 ° arc between the two openings.
180 °. For a more realistic lobe rotor (statically and dynamically balanced)
The corresponding arcs are 90 ° and 180 °, respectively.
The proposed invention will be explained with reference to two sectional views shown in FIGS. A and 2b.
I do.
The cylindrical (circular cross-section) stator (1) is sequentially embedded inside the stator wall.
Diaphragm (9) and combustion chamber (1) between the inlet (5) and exhaust (4) openings.
2) supports the front (7) and back (6) diaphragms. Stay
In addition to the cooling fluid cavity (10) and the engine operation (cooling),
(Supporting, lubrication, control, fuel, etc.). Rotor (
3)
Have the same axis as the stator and, in turn, the corresponding bearer on the substrate support (11).
It is engaged with a power shaft (2) supported by a ring (14). Corresponding sealing body
An end plate (15) with (16) prevents leakage in the axial direction. Fuel injection nozzle
It is injected into the combustion chamber (12) via (8).
The lobe geometry takes into account two basic conditions: (i)
For an arc sufficient to block the chamber outlet, its radius is constant and
(Ii) the remainder minimizes the volume within each cavity
Available space must be developed, but the surface must be smooth.
The resulting acceleration on the diaphragm in contact with the rotor surface is extremely
Not the end. The two lobe rotors are then positioned in a 180 ° arc.
Have two lobe tips (17) and (18). These two tips
Form the main axis of the rotor.
The initial position of the rotor (when the rotation angle is equal to zero) is determined by the main axis
Passes through the center of the combustion chamber (12) and the diaphragm (9) between the two openings
It is adopted as follows.
Stage 1 (Figure 3)
The combustion chamber is shut off by the tip of the rotor lobe (17), while the same is duplicated.
Caused by the lobe (8) opposite to the apertures (4) and (5). Fuel
The air-flue gas mixture injected into the chamber through the injection nozzle (8) and in a constant volume
(At least as long as the tip 17 blocks the chamber outlet). Diaphragm (9
) And (6) are in contact with the rotor surface.
Stage 2 (Figure 4)
The rotor (3) rotates clockwise, the expansion volume (19) increases and from the combustion chamber
The presence of incoming flue gas is reduced. The previous cycle in the exhaust volume (20)
These flue gases are covered by the movement of the lobe tip (18) at the exhaust opening (4).
The diaphragm (9), which exits through the exhaust opening (4) when not present, is
Moves inward due to contact with the data surface. "Back" diaphragm (6) is similar
While the "front" diaphragm is in its recess inside the stator wall
Stay within. The compression volume (13) decreases, so that the pressure of the new air increases
.
Stage 3 (Fig. 5)
Rotation of the rotor depends on the exposure of the suction opening (5) from the lobe tip (18) and the suction volume.
This leads to the formation of the product (21).
Stage 4 (Figure 6)
When the pressure in the compression volume (13) and the pressure in the expansion volume (20) are approximately equal, a "back"
The diaphragm (6) is lifted from the face of the rotor and the "front" diaphragm
The ram (7), which started moving inward some time ago, comes into contact with the rotor surface. For this exchange
The expanded volume portion merges with the compressed volume and the trapped flue gas is
It is mixed with the atmosphere in the compression volume. Reduced flue gas in (smaller) expanded volume
Volume continues to expand.
Stage 5 (Fig. 7)
The rotor completes a 180 ° arc. Lobe tips (17) and (18)
Replace the device. The suction volume (21) becomes the compression volume (13) while the expansion volume (2
0) becomes the exhaust volume (19). The compressed flue gas is enclosed in the combustion chamber volume.
Was. The rotor is ready for the next cycle.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG
,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AU,BA
,BG,BR,CA,CN,CU,CZ,EE,GE,
HU,IL,IS,JP,KP,KR,LK,LR,L
T,LV,MG,MK,MN,MX,NO,NZ,PL
,RO,SG,SI,SK,SL,TR,TT,UA,
US,UZ,VN,YU
【要約の続き】
ぼ等しいとき、2つのダイアフラムはフロントダイアフ
ラムを下降しかつバツクダイアフラムを引っ込めること
により位置を交換する。この交換が空気と煙道ガスの1
部の混合を導き、かくして空気の再生予備加熱機構とし
て作用する。
──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW) , EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AU, BA, BG, BR, CA, CN, CU, CZ, EE, GE, HU, IL, IS, JP, KP, KR, LK, LR, LT, LV, MG, MK, MN, MX, NO, NZ, PL, RO, SG, SI, SK, SL, TR, TT, UA , US, UZ, VN, YU When approximately equal, the two diaphragms swap positions by lowering the front diaphragm and retracting the back diaphragm. This exchange leads to a mixing of the air and part of the flue gas, thus acting as a regeneration preheating mechanism for the air.