RU2087729C1

RU2087729C1 - Rotary internal combustion engine

Info

Publication number: RU2087729C1
Application number: RU9494045347A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Енов
Original assignee: Михаил Иванович Енов
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1997-08-20
Also published as: RU94045347A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; automotive industry. SUBSTANCE: rotary internal combustion engine has housing with epitrochoidal surface accommodating double-sided rotor which executes planetary motion. Stationary combustion chamber is made in housing and scavenging and charging ports which are arranged close to each other. Engine operates together with turbocompressor according to two-stroke method with compression ignition. Housing of engine is made with epitrochoidal surface close to ring and arrangement of double-sided rotor, with gear ratio of synchronizing gears of rotor and housing equal to 2: 1, makes it possible to increase economy of engine and service life of turbocompressor. EFFECT: increased economy of engine. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено главным образом для использования в автомобилестроении. The invention relates to the field of engineering and is intended primarily for use in the automotive industry.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий овальный корпус с эпитрохоидальной поверхностью, в котором размещается трехгранный ротор, совершающий планетарное движение, см. книгу Н.С.Ханин и др. Автомобильные роторные поршневые двигатели. Москва, 1964 г. фиг. 30 и фиг. 31. В корпусе этого двигателя установлена свеча зажигания и имеются впускное и выпускное окна, близко расположенные друг к другу, а камеры сгорания выполнены на гранях ротора. Known rotary internal combustion engine containing an oval housing with an epitrochoidal surface, which houses a trihedral rotor that performs planetary motion, see the book by N.S. Khanin and other automotive rotary piston engines. Moscow, 1964; FIG. 30 and FIG. 31. A spark plug is installed in the housing of this engine and there are intake and exhaust windows close to each other, and the combustion chambers are made on the faces of the rotor.

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки. Так как впускное и выпускное окна сообщаются в момент завершения выпуска отработанных газов и начала впуска свежей смеси, это следует из пояснения на упомянутой выше фиг. 31 из позиций 1 и 12, то в результате этого часть отработанных газов с более высоким давлением заходит во впускную систему, а потом часть свежей смеси попадает в выпускную систему, из-за чего ухудшается качество заряда рабочих камер и происходит потери топлива. А из-за того, что в нем камеры сгорания некомпактные и подвижные, в них плохо сгорает топливо. И все это приводит к снижению экономичности двигателя. However, the known engine has significant disadvantages. Since the inlet and outlet windows communicate at the time of completion of the exhaust gas discharge and the start of the fresh mixture inlet, this follows from the explanation in the aforementioned FIG. 31 from positions 1 and 12, as a result of this, part of the exhaust gases with a higher pressure enters the inlet system, and then part of the fresh mixture enters the exhaust system, due to which the charge quality of the working chambers deteriorates and fuel loss occurs. And due to the fact that the combustion chambers are non-compact and mobile in it, the fuel burns poorly in them. And all this leads to a decrease in engine efficiency.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий овальный корпус с эпитрохоидальной поверхностью, внутри которого размещается трехгранный ротор, на гранях которого выполнены камеры сгорания. В корпусе этого двигателя имеются впускное и продувочное заполнительное окна, расположенные близко друг к другу, и вмонтированы рядом две форсунки для впрыска топлива, а отработанные газы поступают на турбокомпрессор, который применяется в комплекте с двигателем для подачи воздуха на продувку и заполнение рабочих камер с наддувом, см. Реферативный журнал. Двигатели внутреннего сгорания, N 8, Москва, 1988 г. стр. 51, статья: Усовершенствование роторных ДВС фирмы Mazda (Япония). Also known is a rotary internal combustion engine containing an oval body with an epitrochoidal surface, inside which a trihedral rotor is placed, on the faces of which combustion chambers are made. In the engine casing there are intake and purge filling windows located close to each other, and two nozzles for fuel injection are mounted next to each other, and the exhaust gases are fed to a turbocharger, which is used with the engine to supply air for purging and filling the working chambers with pressurization see abstract journal. Internal combustion engines, N 8, Moscow, 1988, p. 51, article: Improvement of rotary internal combustion engines of Mazda (Japan).

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки. В нем трудно организовать горение топлива из-за движения камер сгорания, которые к тому же невозможно выполнить компактными, потому что в нем теоретическая степень сжатия невысокая, равна всего 15,5, а это приводит к ухудшению сгорания топлива и снижению экономичности. А при выполнении непрямоточной продувки рабочих камер в них будет некачественным заряд и вследствие этого экономичность тоже снижается. И к тому же при выполнении продувки рабочих камер работа двигателя по четырехтактному циклу является не целесообразной, а поступление горячих отработанных газов в турбокомпрессор приводит к быстрому разрушению турбины последнего, а следовательно, и к уменьшению его долговечности. В двигателе экономичность снижается также из-за неполного расширения горячих газов вследствие выполнения в нем равными степени сжатия и степени расширения. However, the known engine has significant disadvantages. It is difficult to organize fuel combustion in it because of the movement of the combustion chambers, which, moreover, cannot be made compact, because in it the theoretical compression ratio is low, equal to only 15.5, and this leads to a deterioration in fuel combustion and a decrease in efficiency. And when performing non-rewind purging of the working chambers, the charge will be poor in them and, as a result, profitability also decreases. And besides, when purging the working chambers, the operation of the engine on a four-cycle cycle is not advisable, and the flow of hot exhaust gases into the turbocompressor leads to the rapid destruction of the turbine of the latter, and consequently to a decrease in its durability. In an engine, fuel economy is also reduced due to incomplete expansion of hot gases due to the degree of compression and degree of expansion being equal in it.

Задачей настоящего изобретения является создание роторного двигателя с планетарным движением ротора при равном количестве рабочих тактов на один оборот эксцентрикового вала в сравнении с известным, выполнение в двигателе стационарной компактной камеры сгорания в корпусе и улучшение продувки рабочих камер для получения в них более высокого качества заряда с наддувом, улучшения сгорания топлива, выполнение в двигателе более высокой степени расширения по сравнению со степенью сжатия и достижение в результате этого более высокой экономичности при осуществлении работы двигателя с большей целесообразностью при продувке рабочих камер по двухтактному циклу с воспламенением топлива от сжатия, а также выполнение разбавления горячих отработанных газов продувочным воздухом для их охлаждения перед поступлением на турбину турбокомпрессора с целью увеличения срока службы турбины и повышения долговечности турбокомпрессора. The objective of the present invention is to provide a rotary engine with planetary motion of the rotor with an equal number of working cycles per revolution of the eccentric shaft in comparison with the known one, performing a stationary compact combustion chamber in the housing in the engine and improving the purging of the working chambers to obtain a higher quality charge with supercharging , improved combustion of the fuel, the performance in the engine of a higher degree of expansion compared with the degree of compression and the resulting achievement of a higher economy It is important to carry out engine operation with greater expediency when purging the working chambers in a two-stroke cycle with compression ignition of the fuel, as well as diluting the hot exhaust gases with purge air to cool them before entering the turbocharger turbine in order to increase the life of the turbine and increase the durability of the turbocharger.

Задача решается тем, что для создания двигателя реализована схема выполнения корпуса с эпитрохоидальной поверхностью, близкой к кольцевой, при размещении в нем двухгранного ротора с передаточным отношением синхронизирующих шестерен ротора и корпуса, равным 2:1, в которой теоретически достигается очень высокая степень сжатия, равная 140 (см. первую схему ряда - 1 на фиг. 27, указанной выше книги С.Б.Ханин и др.), что позволяет выполнить в корпусе компактную стационарную камеру сгорания и расположить относительно нее выпускное и продувочно-заполнительные окна с противоположной стороны от поперечной оси и со смещением в другую сторону от вертикальной оси. Двигатель целесообразно выполнять как и известный из двух и более секций, так как это облегчает уравновешивание роторов и делает более предпочтительным его выполнение в комплекте с турбокомпрессором, так как в этом случае проще добавлять секции двигателя, чем каждую секцию комплектовать продувочным агрегатом с поршневым или роторным компрессором. The problem is solved in that in order to create an engine, a housing is implemented with an epitrochoidal surface close to an annular one when a two-sided rotor is placed in it with a gear ratio of synchronizing gears of the rotor and the housing equal to 2: 1, in which a very high compression ratio is reached, which is theoretically 140 (see the first row diagram - 1 in Fig. 27 of the above book by S. B. Khanin and others), which makes it possible to carry out a compact stationary combustion chamber in the housing and arrange an exhaust and a purge-inlet relative to it itelnye window on the opposite side of the transverse axis and shifted to the other side of the vertical axis. It is advisable to carry out the engine like the well-known one of two or more sections, since this facilitates the balancing of the rotors and makes it more preferable to complete it with a turbocharger, since in this case it is easier to add engine sections than to complete each section with a purge unit with a reciprocating or rotary compressor .

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе В-В, выполненном на фиг. 2, на которой он показан в продольном разрезе А-А, выполненном на фиг. 1. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2, where in FIG. 1 shows a rotary internal combustion engine in cross section BB, made in FIG. 2, in which it is shown in longitudinal section AA, made in FIG. one.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с эпитрохоидальной поверхностью, близкой к кольцевой, в котором размещается двухгранный ротор 2, сидящий свободно на эксцентрике 3 эксцентрикового вала 4. Корпус 1 закрыт торцевыми крышками 5 и 6, причем первая из них выполнена заодно с синхронизирующей шестерней корпуса 7, с которой входит в зацепление синхронизирующая шестерня ротора 8, закрепленная жестко на роторе 2. Диаметр делительной окружности Ф₂ шестерни ротора 8 в два раза больше диаметра делительной окружности Ф₁ шестерни корпуса 7 и с помощью этих шестерен осуществляется синхронизация движения ротора 2 и вращения эксцентрикового вала 4. Ротор 2 уплотняется с помощью торцевых пластин 9 и радиальных пластин 10, соединенных с помощью цилиндрических сухариков 11. Торцевые 9 и радиальные 10 уплотнительные пластины к сопрягающимся поверхностям прижимаются с помощью гофрированных пружин 12. На торцах ротора 2 установлены еще маслосъемные кольца 13, прижимаемые к торцевым крышкам 5 и 6 тоже гофрированными пружинами 12.The rotary internal combustion engine comprises a housing 1 with an epitrochoidal surface close to an annular one, in which a two-sided rotor 2 is mounted, which sits freely on the eccentric 3 of the eccentric shaft 4. The housing 1 is closed by end caps 5 and 6, the first of which is integral with the synchronizing gear of the housing 7, which engages the synchronizing gear rotor 8 fixed rigidly to the rotor 2. The diameter of the pitch circle P ₂ of the rotor gear 8 is twice the pitch circle diameter of the pinion ₁ to F housing 7 and with the help of these gears, the movement of the rotor 2 and the rotation of the eccentric shaft 4 is synchronized. The rotor 2 is sealed with end plates 9 and radial plates 10 connected by means of cylindrical crackers 11. End 9 and radial 10 sealing plates are pressed against mating surfaces with using corrugated springs 12. At the ends of the rotor 2 there are also oil scraper rings 13 pressed against the end caps 5 and 6 also by corrugated springs 12.

Эксцентриковый вал 4 опирается на подшипники скольжения 14 крышек корпуса 5 и 6, а в ротор 2 вмонтирован подшипник скольжения 15, которым он опирается на эксцентрик 3 эксцентрикового вала 4, на одном конце которого выполнены шлицы 16 для съема мощности, а на другом имеется шпонка 17 для установки привода вспомогательных агрегатов. Между корпусом 1 и его торцевыми крышками 5 и 6 установлены уплотнительные прокладки 18. В корпусе 1 выполнена компактная камера сгорания 19, в которую вмонтирована форсунка 20, форсунок может быть, как в известном, две, и еще в нем имеются выпускное окно 21 и расположенное близко к нему продувочно-заполнительное окно 22. Выпуск отработанных газов в смеси с охлаждающим их воздухом показан стрелкой с крестиком 23, а поступление воздуха в рабочие камеры К-1 и К-2 показан стрелкой с ноликом 24. The eccentric shaft 4 rests on the sliding bearings 14 of the housing covers 5 and 6, and a sliding bearing 15 is mounted in the rotor 2, with which it rests on the eccentric 3 of the eccentric shaft 4, on one end of which slots 16 are made for power removal, and on the other there is a key 17 to install the drive auxiliary units. Between the housing 1 and its end caps 5 and 6, sealing gaskets are installed 18. In the housing 1 there is a compact combustion chamber 19, in which the nozzle 20 is mounted, the nozzles can be, as is known, two, and there is also an exhaust window 21 and located close to it is a purge-filling window 22. The exhaust gases in a mixture with cooling air are shown by an arrow with a cross 23, and the air flow into the working chambers K-1 and K-2 is shown by an arrow with a zero of 24.

Двигатель работает по двухтактному циклу. Из фиг. 1 следует: в данный момент прохождения ротора из рабочей камеры К-1 практически весь сжатый воздух вынесен в камеру сгорания 19, в которую форсункой 20 впрыскивается топливо, а рабочая камера К-2 в это время имеет наибольший объем и поэтому уже прекратилось добавление в нее воздуха 24 для разбавления горячих отработанных газов и в ней образовалась их смесь 23, а после этого начинается ее предварительная продувка также воздухом 24 при уменьшении объема рабочей камеры К-2. The engine runs on a push-pull cycle. From FIG. 1 follows: at the moment of passage of the rotor from the working chamber K-1, almost all compressed air is discharged into the combustion chamber 19, into which fuel is injected by the nozzle 20, and the working chamber K-2 at this time has the largest volume and therefore the addition to it has already stopped air 24 to dilute the hot exhaust gases and a mixture of 23 was formed in it, and after that its preliminary purge also begins with air 24 while reducing the volume of the working chamber K-2.

Вращение эксцентрикового вала 4 и ротора 2 происходит в одинаковых направлениях, которые на фиг. 1 отражены стрелками С₁ и С₂. И как видно из фиг. 1, при выходе из показанного там положения ротора 2 в рабочей камере К-1 будет происходить расширение горячих газов не до конечного увеличения ее объема, а до тех пор, пока продольная ось ротора займет промежуточное положение, при котором нижняя радиальная пластина ротора начнет переходить через выпускное окно 21 и из рабочей камеры К-1 будет выпущена часть возможных избыточных отработанных газов, а затем, когда нижняя радиальная пластина 10 пройдет через выпускное окно 21, а верхняя будет проходить через камеру сгорания 19, то от турбокомпрессора воздух 24 будет поступать в продувочно-заполнительное окно 22 для окончательной прямоточной продувки рабочей камеры К-2 и продувки камеры сгорания 19, а из последней он поступит в рабочую камеру К-1, в которой он заполняет возрастающий объем и охлаждает горячие отработанные газы, разбавляя их и образуя с ними смесь 23.The rotation of the eccentric shaft 4 and the rotor 2 occurs in the same directions as in FIG. 1 are shown by arrows C ₁ and C ₂ . And as can be seen from FIG. 1, when leaving the position of the rotor 2 in the K-1 working chamber shown there, the expansion of hot gases will occur not until the final increase in its volume, but until the longitudinal axis of the rotor occupies an intermediate position at which the lower radial plate of the rotor begins to pass through the exhaust window 21 and part of the possible excess exhaust gases will be released from the working chamber K-1, and then, when the lower radial plate 10 passes through the exhaust window 21, and the upper will pass through the combustion chamber 19, then from the turbocharger and air 24 will enter the purge-filling window 22 for the final straight-through purge of the working chamber K-2 and purge the combustion chamber 19, and from the latter it will enter the working chamber K-1, in which it fills the increasing volume and cools the hot exhaust gases, diluting them and forming a mixture with them 23.

Так как продувочный воздух 24 проходит через рабочую камеру К-2 с повышенным давлением, то она будет заполнена свежим зарядом воздуха 24 с наддувом, а потом, когда его радиальные уплотнительные пластины 10 перейдут через камеру сгорания 19 и продувочно-заполнительное окно 22, в рабочей камере К-2 начнется сжатие оставшегося в ней воздуха, которое закончится тогда, когда эта камера займет положение, показанное на фиг. 1 для рабочей камеры К-1, а после этого все описанные выше процессы в рабочих камерах повторятся, но только с изменением порядка последних. Since the purge air 24 passes through the working chamber K-2 with increased pressure, it will be filled with a fresh charge of air 24 with supercharging, and then, when its radial sealing plates 10 pass through the combustion chamber 19 and the purge-filling window 22, in the working chamber K-2 will begin to compress the remaining air in it, which will end when this chamber occupies the position shown in FIG. 1 for the working chamber K-1, and after that all the processes described above in the working chambers will be repeated, but only with a change in the order of the latter.

В корпусе двигателя 1 впускное 21, продувочно-заполнительное окно 22 и камера сгорания 19 выполнены так, что в рабочих камерах достигается большая степень расширения по сравнению со степенью сжатия, причем при повороте эксцентрика 3 на угол 240^o ротор 2 повернется на угол 120^o, меньший в два раза. Из этого следует, что ротор 2 будет вращаться в два раза медленнее эксцентрикового вала 4, что обеспечивается с помощью синхронизирующих шестерен ротора 8 и корпуса 7 с передаточным отношением 2:1. А ввиду того, что теоретически предложенная схема двигателя обеспечивает высокую степень сжатия до 140, а для двигателя внутреннего сгорания она требуется в пределах 6-18, то это позволяет выполнить компактную камеру сгорания 19 и не занимать полностью объем рабочих камер свежим зарядом при их продувке, обеспечить большую степень расширения по сравнению со степенью сжатия и к тому же облегчает принцип реализации двигателя принятой схемы с выполнением стационарной камеры сгорания, а это позволяет осуществить очень качественную продувку рабочих камер и продувку камеры сгорания при окончательной прямоточной продувке и обеспечить заполнение с наддувом рабочих камер, что приводит к повышению экономичности. В двигателе при повороте на один оборот эксцентрикового вала совершается один рабочий такт, т.е. как в двигателе Ванкеля.In the engine housing 1, the inlet 21, the purge-filling window 22 and the combustion chamber 19 are designed so that a greater degree of expansion is achieved in the working chambers compared to the compression ratio, and when the cam 3 is rotated through an angle of 240 ^{°, the} rotor 2 will rotate through an angle of 120 ^° , less than half. From this it follows that the rotor 2 will rotate twice as slow as the eccentric shaft 4, which is achieved using the synchronizing gears of the rotor 8 and the housing 7 with a gear ratio of 2: 1. And since the theoretically proposed engine design provides a high compression ratio of up to 140, and it is required within the range of 6-18 for an internal combustion engine, this allows a compact combustion chamber 19 to be made and not to completely occupy the working chamber volume with a fresh charge when they are purged, to provide a greater degree of expansion compared to the compression ratio and also facilitates the principle of implementation of the engine adopted scheme with the implementation of a stationary combustion chamber, and this allows for very high-quality purge work sneeze chambers and purging of the combustion chamber at the final co-current purge and provide a supercharged filling the working chambers, which results in increased efficiency. In the engine, when turning by one revolution of the eccentric shaft, one working cycle is performed, i.e. like in a Wankel engine.

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. В корпусе двигателя выполнена стационарная компактная камера сгорания, что улучшает сгорание топлива и приводит к повышению экономичности. И в нем осуществлено разбавление воздухом горючих отработанных газов для их охлаждения перед поступлением на турбину, что приводит к увеличению срока службы последней и повышению долговечности турбокомпрессора, а также способствует уменьшению токсичности выходящих из двигателя газов, и в нем обеспечена двухразовая продувка рабочих камер при заполнении их с наддувом, причем окончательная продувка выполнена прямоточной с продувкой камеры сгорания, что улучшает качество заряда и способствует повышению экономичности двигателя. The rotary internal combustion engine has good technical and economic indicators. A stationary compact combustion chamber is made in the engine housing, which improves fuel combustion and leads to increased efficiency. And it carried out the dilution of combustible exhaust gases with air to cool them before entering the turbine, which increases the service life of the latter and increases the durability of the turbocharger, and also helps to reduce the toxicity of the gases leaving the engine, and it provides a two-time purge of the working chambers when filling them with supercharging, and the final purge is made straight-through with a purge of the combustion chamber, which improves the quality of the charge and contributes to increased efficiency of the engine.

Claims

A rotary internal combustion engine comprising a housing with an epitrochoidal surface, in which a nozzle for fuel injection is mounted and there are exhaust and purge-filling windows closely adjacent to each other, a rotor performing planetary motion is placed in the housing, characterized in that the engine housing is made with epitrochoidal a surface close to the annular, there is a dihedral rotor with a synchronizing gear of the rotor, which engages with the synchronizing gear of the housing, the diameter of The solid circumference of which is two times less than the rotor gear, a stationary compact combustion chamber is made in the housing, with respect to which the exhaust and purge-filling windows are located on the opposite side from the transverse axis of the engine and are shifted in different directions from its vertical axis.