RU10217U1

RU10217U1 - ROTARY AXIAL ENGINE

Info

Publication number: RU10217U1
Application number: RU98123713/20U
Authority: RU
Inventors: Г.Л. Козлов; П.А. Регель
Original assignee: Козлов Георгий Леонидович
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 1999-06-16

Abstract

Роторный аксиальный двигатель, включающий корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направляющие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конфигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении, проходящем через ось ротора, форму по форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного его оси, при этом лопатки снабжены уплотнительными элементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздуха в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направляющей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде.A rotary axial engine, comprising a housing consisting of two covers interconnected, between which a rotor mounted on an axis is mounted, on the peripheral part of which there are guide slots oriented in radial planes along the rotor axis, in which the blades are installed, allowing their reciprocating of movement in a direction parallel to the axis of the rotor, an annular recess of such a configuration is made on the inner surface of each cover that, when the covers are connected, rings are formed howling channel for the passage of the working fluid, the channel has a cross section through the axis of the rotor, is shaped like a blade and bends in a wave-like manner, symmetrically with respect to the middle section of the rotor perpendicular to its axis, while the blades are equipped with sealing elements, the peripheral part of the rotor with installed vanes are placed inside the annular channel, and each cover is equipped with windows for supplying air to the annular channel and exhaust gas outlet, as well as a chamber connected to the annular channel, in which A fuel nozzle is installed, characterized in that each blade has the shape of a flattened cylinder, on the side surface of which there are two tangential grooves located diametrically opposed, made possible to place the blade in the guide slot of the rotor, sealing elements are installed on the side surface of the disk parts of the blade with providing the possibility of their free movement around the perimeter of the disk parts of the scapula, the channel bends in a wave-like manner along a sinusoid.

Description

РОТОРНЫЙ АКСИАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬROTARY AXIAL ENGINE

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно, к роторным двигателям.The utility model relates to internal combustion engines, namely, to rotary engines.

Известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля А.Ф. Крайнев.Словарь-справочник по механизмам.-М..-Машиностроение, 1987 г., стр.40 . В двигателе трехгранный ротор размещен внутри цилиндрического корпуса, профиль которого выполнен по эпитрохоиде. Ротор установлен так, что он может вращаться на зксценртиковом валу и жестко соединен с зубчатым колесом, которое взаимодействует с неподвижным зубчатым колесом. Ротор с зубчатым колесом обкатывается по неподвижному колесу так, что его грани скользят по внутренней поверхности корпуса, отсекая переменные объемы камер внутреннего канала. При зтом канал для прохождения рабочего тела образован между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью ротора. Корпус снабжен окнами для подачи топливной смеси и выхода отработавших газов, а также соединенной с каналом камерой с установленной в ней свечой зажигания. Двигатель не имеет массивных деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, благодаря чему повышается плавность хода, уменьшается уровень шума и вибрации при работе. Однако конструкция имеет недостатки, связанные с наличием зубчатых колес и эксцентрикового вала, что снижает надежность его работы.Known rotary piston engine Wankel AF Krainev. Dictionary on the mechanisms.-M ..- Engineering, 1987, p. 40. In the engine, a trihedral rotor is placed inside a cylindrical body, the profile of which is made according to the epitrochoid. The rotor is mounted so that it can rotate on an excentric shaft and is rigidly connected to the gear wheel, which interacts with the stationary gear wheel. A rotor with a gear wheel is rolled around on a fixed wheel so that its faces slide on the inner surface of the housing, cutting off the variable volumes of the chambers of the inner channel. In this case, a channel for the passage of the working fluid is formed between the inner surface of the housing and the surface of the rotor. The housing is equipped with windows for supplying the fuel mixture and exhaust gas, as well as a chamber connected to the channel with a spark plug installed in it. The engine does not have massive parts that perform reciprocating motion, due to which the ride is increased, the level of noise and vibration during operation is reduced. However, the design has disadvantages associated with the presence of gears and an eccentric shaft, which reduces the reliability of its operation.

МКИ FOIC 1/344 MKI FOIC 1/344

В качестве прототипа выбран роторный аксиальный двигатель Заявка РСТ 94/04794, МКИ F01C 1/344, опубл.03.03.94. Двигатель имеет корпус, внутри которого на оси вращения закреплен дисковый ротор с установленными в его прорезях лопатками. Корпус состоит из двух соединенных между собой массивных крьшек. В кольцевой выемке каждой крышки со стороны ротора установлена съемная вставка, формирующая конфигурацию канала для прохождения рабочего тела, таким образом, можно считать, что каждая крышка выполнена составной. Этот прием использован в прототипе для по повышения технологичности изготовления массивной крышки с каналом заданной конфигурации, которая диктуется формой лопатки и законом ее осевого возвратно-поступательного перемещения. В прототипе используется лопатки в форме прямоугольных пластин, короткие стороны которых, обращенные к крыжам, имеют радиусное закругление. Соответствующую форму в поперечном сечении имеет кольцевой канал для прохождения рабочего тела, который разделен диском ротора на две равные по объему части. В направлении вдоль оси ротора канал волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного оси ротора. Волна в развертке на плоскости имеет форму трапеции. Крышки снабжены окнами для подачи воздуха и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с каналом, в которой установлена топливная форсунка. Прототип, вAs a prototype, a rotary axial motor was selected. Application PCT 94/04794, MKI F01C 1/344, publ. 03.03.94. The engine has a housing, inside of which a disk rotor with blades mounted in its slots is fixed on the axis of rotation. The housing consists of two massive piles connected to each other. A removable insert is installed in the annular recess of each cover on the rotor side, which forms the configuration of the channel for the passage of the working fluid, thus, we can assume that each cover is made integral. This technique was used in the prototype to increase the manufacturability of manufacturing a massive cover with a channel of a given configuration, which is dictated by the shape of the blade and the law of its axial reciprocating movement. The prototype uses blades in the form of rectangular plates, the short sides of which, facing the roofs, have a radial rounding. An appropriate cross-sectional shape has an annular channel for the passage of the working fluid, which is divided by a rotor disk into two parts of equal volume. In the direction along the axis of the rotor, the channel bends in a wave-like fashion according to the periodic law, symmetrically with respect to the middle section of the rotor perpendicular to the axis of the rotor. The wave in the sweep on the plane has the shape of a trapezoid. The covers are provided with windows for supplying air and exhaust gas, as well as a chamber connected to the channel in which the fuel nozzle is installed. Prototype in

отличие от приведенного выше аналога, имеет аксиальное расположение дискового ротора и полностью уравновешен, а потому более надежен в эксплуатации. Однако при работе двигателя лопатки испытывают значительные пиковые нагрузки, вследствие ступенчатых изгибов канала. Кроме того, сложная система неподвижных уплотнений на лопатке приводит к их неравномерному износу в процессе работы. Уплотнения, находяшиеся на закруглениях лопатки изнашиваются сушественно быстрее, чем на прямых поверхностях, что приводит к потере герметичности рабочих камер, а следовательно к падению мошности или даже к поломке двигателя.Unlike the above analogue, it has an axial arrangement of the disk rotor and is completely balanced, and therefore more reliable in operation. However, when the engine is running, the blades experience significant peak loads due to stepped bends of the channel. In addition, a complex system of stationary seals on the blade leads to uneven wear during operation. The seals located on the curvatures of the blades wear out naturally faster than on straight surfaces, which leads to a loss of tightness of the working chambers, and consequently to a decrease in miscibility or even damage to the engine.

В основу полезной модели поставлена задача повышения надежности работы конструкции.The utility model is based on the task of increasing the reliability of the design.

Поставленная задача решается тем, что в роторном аксиальном двигателе, воючащем корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направлящие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конФигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении.The problem is solved in that in a rotary axial engine, a housing consisting of two covers interconnected, between which there is a rotor mounted on an axis, on the peripheral part of which there are guide slots oriented in radial planes along the rotor axis in which the blades are mounted with the possibility of their reciprocating movement in the direction parallel to the axis of the rotor, an annular recess of such a configuration is made on the inner surface of each cover that, when the connection of the covers forms an annular channel for the passage of the working fluid, the channel has a cross section.

проходящем через ось ротора форму по Форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендирулярного его оси, при зтом лопатки снабжены уплотнительными злементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздука в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а такж камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, согласно полезной модели каждая лопатка имеет Форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направлящей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде.the shape passing through the axis of the rotor according to the Shape of the blade and bends in a wave-like manner, symmetrically with respect to the middle section of the rotor perpendicular to its axis, while the blades are equipped with sealing elements, the peripheral part of the rotor with mounted blades is placed inside the annular channel, and each cover is provided with supply windows blowing into the annular channel and the exhaust gas outlet, as well as a chamber connected to the annular channel in which the fuel nozzle is installed, according to the utility model the waiting blade has the shape of a flattened cylinder, on the side surface of which there are two tangential grooves located diametrically opposite, made to allow the blade to be placed in the guide slot of the rotor, the sealing elements are installed on the side surface of the disk parts of the blade with the possibility of their free movement around the perimeter of the disk parts scapula, the channel bends in a sinusoidal wave.

Полезная модель иллюстрируется фигурами чертежей:The utility model is illustrated by the figures of the drawings:

-Фиг. 1 - изометрия общего вида двигателя,-Fig. 1 is an isometric view of a general engine,

-Фиг.2 - изометрия лопатки с уплотнительными злементами.-Fig.2 - isometry of the blade with sealing elements.

-Фиг.З - сечении А-А Фиг. 1 С по разъему крыщки и ротора),-Fig.Z - section AA Fig. 1 C on the cover and rotor connector),

-Фиг.4 - диаграмма рабочего процесса двигателя с развертка на плоскости кольцевого сечения В-В по средней линии канала)-Fig. 4 - diagram of the working process of the engine with a scan on the plane of the circular section BB in the midline of the channel)

Двигатель включает верхнюю крышку 1 и нижнюю крьпяку 2, соединенные болтами 3 через проставку 4. Ротор 5 закреплен на оси 6 с обеспечением возможности вращения на подшипниках 7. В направляющих прорезях ротора 5 на его периферийной части свободно установлены лопатки 8, имеющие форму уплощенного цилиндра. Крыжи 1,2 со стороны, обращенной к ротору 5 имеют кольцевые выемки 9, которые выполнены таким образом, что при сборе крышек в единую конструкцию образуется кольцевой каналThe engine includes a top cover 1 and a bottom screw 2, connected by bolts 3 through a spacer 4. The rotor 5 is mounted on the axis 6 with the possibility of rotation on the bearings 7. In the guide slots of the rotor 5 on its peripheral part are blades 8, having the shape of a flattened cylinder. Roofs 1,2 from the side facing the rotor 5 have annular recesses 9, which are made in such a way that when the covers are assembled into a single structure, an annular channel is formed

10для прохождения рабочего тела, разделенный ротором 5. Кольцевой канал 10 имеет в сечении, проходящем через ось 6 форму окружности с диаметром, соответствующим диаметру лопатки. Кольцевой канал 10 волнообразно изгибается по синусоиде10 for the passage of the working fluid, divided by the rotor 5. The annular channel 10 has a cross-section through the axis 6 in the form of a circle with a diameter corresponding to the diameter of the blade. The annular channel 10 is curved in a sinusoid

11симметрично относительно среднего сечения ротора 5, перпендикулярного оси 6. В крыщках 1, 2 имеются окна 12 для впуска воздуха и окна 13 для выпуска отработанных газов. В теле каждой крышки имеются соединенные с каналом 10 камеры 14, в которых размещены топливные форсунки 15, а при необходимости калоризаторы Сна Фигурах не показаны).11 is symmetrical with respect to the middle section of the rotor 5, perpendicular to the axis 6. In the covers 1, 2 there are windows 12 for air inlet and windows 13 for exhaust gases. In the body of each cover there are chambers 14 connected to the channel 10, in which the fuel nozzles 15 are placed, and, if necessary, Sleep diffusers are not shown).

Лопатка 8 имеет на боковой поверхности два тангенциальных паза 16, расположенные диамертально противоположно. Уплотнительные элементы - кольца 17, могут быть свободно установлены в пазах, выполненных на боковой поверхности дисковых участков лопаток 8.The blade 8 has on the lateral surface two tangential grooves 16 located diametrically opposite. Sealing elements - rings 17, can be freely installed in grooves made on the side surface of the disk sections of the blades 8.

Канал 10 делится ротором на две части, каждую из которыхChannel 10 is divided into two parts by a rotor, each of which

условно можно разделить на зоны: 18- зона впуска воздука, 19зона сжатия, 20 - зона рабочего кода. 21 - зона выпуска отработанным газов. При зтом каждая рабочая зона верхней части канала сдвинута по отношению к аналогичной рабочей зоне нижней части канала на определенный угол. В случае, если синусоида канала имеет 2 периода, как показано на Фиг.4, то угол сдвига составляет 90-. В двигателях с большей мощностью, а следовательно с большим диаметром ротора, целесообразно увеличивать количество периодов изгибов канала. В таком случае угол сдвига будет составлять меньшую величину.can be conditionally divided into zones: 18 - inlet intake zone, 19 compression zone, 20 - working code area. 21 - exhaust gas discharge zone. In this case, each working area of the upper part of the channel is shifted with respect to a similar working area of the lower part of the channel by a certain angle. In the event that the channel sine wave has 2 periods, as shown in FIG. 4, then the shift angle is 90 °. In engines with greater power, and therefore with a large rotor diameter, it is advisable to increase the number of bending periods of the channel. In this case, the shear angle will be a smaller amount.

Двигатель работает следуодим образом.The engine operates as follows.

В начальный момент пусковой механизм приводит во вращение ротор 5 и лопатки 8 начинают перемещаться по каналу 10. При зтом в объем между соседними лопатками 8, находящимися в зоне 18 всасывается или нагнетается воздух через окно 12. Затем после прохождения окна обеими лопатками объем между ними уменьщается и происходит сжатие воздуха (зона 19D. в зоне 20 рабочего хода из камеры 14 через форсунку 15 в сжатый воздух подается топливо, которое самовоспламеняется при высокой степени сжатия, либо поджигается при помощи калоризатора. Давление расширяющихся газов воздействует на лопатки 8 и вращают ротор 5. Отработанные газы выходят через окна 13 в зоне 21. в дальнейшем горение поддерживается непрерывной подачей топлива через Форсунку 15.At the initial moment, the trigger mechanism rotates the rotor 5 and the blades 8 begin to move along the channel 10. In this case, air is sucked or pumped into the volume between adjacent blades 8 located in zone 18 through window 12. Then, after passing through the window with both blades, the volume between them decreases and air is compressed (zone 19D. in the zone 20 of the working stroke from the chamber 14 through the nozzle 15, fuel is supplied to the compressed air, which self-ignites at a high degree of compression, or is ignited using a calorizer. I gas acts on the blades 8 and rotating the rotor 5. The exhaust gases exit through the window 13 in the zone 21. The combustion is maintained in the further continuous fuel delivery through a nozzle 15.

При работе двигателя лопатки 8 совершают сложное движение: возвратно-поступательное в прорезях ротора 5 и поступательное движение в кольцевом канале 10. Уплотнение рабочих камер между лопатками осуществляется кольцами 17. Ввиду того, что кольца установлены в пазах на лопатках свободно, они при движении лопаток проскальзьвают по пазу, постоянно меняя свое положение, и следовательно изнашиваются равномерно. Синусоидальная форма канала Ю обеспечивает плавность хода лопаток, что снижает их износ по сравнению с прототипом и повышает надежность работы.When the engine is running, the blades 8 perform a complex movement: reciprocating in the slots of the rotor 5 and translational motion in the annular channel 10. The working chambers are sealed between the blades by the rings 17. Since the rings are installed in the slots on the blades freely, they slip when the blades move along the groove, constantly changing their position, and therefore wear out evenly. The sinusoidal shape of the Yu channel ensures smooth running of the blades, which reduces their wear in comparison with the prototype and increases the reliability.

Заявляемый двигатель может работать по описанному циоу на любом жидком углеводородном топливе без изменения конструкции.The inventive engine can operate according to the described ziou on any liquid hydrocarbon fuel without changing the design.

В особых случаях, когда для достижения большой мощности двигателя диаметр лопатки существенно увеличивают, он может приближаться к критической величине. Чтобы зтого избежать в крышках выполняют несколько концентрических каналов, а в роторе - несколько концентрических рядов прорезей с соответственным количеством установленных в них лопаток меньшего диаметра.In special cases, when in order to achieve high engine power the diameter of the blade is significantly increased, it can approach a critical value. To avoid this, several concentric channels are made in the lids, and several concentric rows of slots with a corresponding number of smaller diameter blades installed in them are made in the rotor.

Полезная модель найдет промышленное применение в автомобилестроении, в авиастроении и может быть использована в переносных энергоустановках.The utility model will find industrial application in the automotive industry, in the aircraft industry and can be used in portable power plants.

Claims

A rotary axial engine, comprising a housing consisting of two covers interconnected, between which a rotor mounted on an axis is mounted, on the peripheral part of which there are guide slots oriented in radial planes along the rotor axis, in which the blades are installed, allowing their reciprocating of movement in a direction parallel to the axis of the rotor, an annular recess of such a configuration is made on the inner surface of each cover that, when the covers are connected, rings are formed howling channel for the passage of the working fluid, the channel has a cross section through the axis of the rotor, is shaped like a blade and bends in a wave-like manner, symmetrically with respect to the middle section of the rotor perpendicular to its axis, while the blades are equipped with sealing elements, the peripheral part of the rotor with installed vanes are placed inside the annular channel, and each cover is equipped with windows for supplying air to the annular channel and exhaust gas outlet, as well as a chamber connected to the annular channel, in which A fuel nozzle is installed, characterized in that each blade has the shape of a flattened cylinder, on the side surface of which there are two tangential grooves located diametrically opposed, made possible to place the blade in the guide slot of the rotor, sealing elements are installed on the side surface of the disk parts of the blade with providing the possibility of their free movement around the perimeter of the disk parts of the scapula, the channel bends in a wave-like manner along a sinusoid.