RU2100630C1

RU2100630C1 - Rotary engine

Info

Publication number: RU2100630C1
Application number: RU9595107292A
Authority: RU
Inventors: Юрий Борисович Кашеваров
Original assignee: Юрий Борисович Кашеваров
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: power-plant engineering. SUBSTANCE: engine has compression stage air collector and working stage exhaust pipe communicating, respectively, with compression chambers and expansion chambers through ports made in stators, fuel feed pipe running to compression chamber, gears mounted on rotor half-axles which are in mesh with each other, valve in fuel feed pipe one of whose ends communicates with fuel pump and other end carries injector placed in gas conduit, electric transducer installed in expansion chamber, door in gas conduit that closes port through which compression chamber communicates with gas conduit; flaps are installed in rotor guides. Engine is provided with heat-insulating coat on inner surface of rotor and on outer surface of stator in working stage, radiator fins joined with compression stage stator, castors one of which is mounted on end sides of flaps and other ones, on internal sides of guides. Compression stage has fan. EFFECT: improved design. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и представляет собой комплексное устройство, состоящее из рабочей ступени роторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), конструктивно и функционально связанного с компрессионной ступенью роторным компрессором. При этом основные элементы конструкции (ДВС) и компрессоры одни и те же
РДК-4 может быть использован в моторостроительной и в турбиностроительной технике.The invention relates to power engineering and is a comprehensive device consisting of a working stage of a rotary internal combustion engine (ICE), structurally and functionally connected with the compression stage by a rotary compressor. In this case, the main structural elements (ICE) and compressors are the same
RDK-4 can be used in engine building and in turbine building technology.

Известен роторный двигатель, содержащий компрессионную и рабочую ступени со статорами и установленными в них соответственно компрессионным и рабочим роторами, заслонки, расположенные с образованием в полостях между поверхностями статоров и роторов камер сжатия и расширения, и газовод, соединяющий статоры ступеней. A rotary engine is known, comprising a compression and a working stage with stators and a compression and working rotor respectively installed in them, dampers arranged to form compression and expansion chambers in the cavities between the surfaces of the stators and rotors, and a gas duct connecting the stage stators.

Однако этот двигатель имеет малую удельную мощность, обусловленную малым отношением литровой мощности к массе, а также малый КПД и малый срок службы, обусловленные большими потерями на трение между ротором, статором и заслонкой в компрессионной и рабочей ступенях при выполнении требований по допустимой утечке воздуха и газов в этих ступенях. К тому же данный ДВС не подлежит ремонту уже после кратковременной эксплуатации в результате выработки его трущихся поверхностей во время его работы. However, this engine has a low specific power due to the small ratio of liter power to mass, as well as low efficiency and short service life due to large friction losses between the rotor, stator and damper in the compression and working stages when fulfilling the requirements for permissible leakage of air and gases in these steps. In addition, this internal combustion engine cannot be repaired after short-term operation as a result of the development of its rubbing surfaces during its operation.

Задача изобретения увеличение КПД и срока эксплуатации, снижение затрат на изготовление, ремонт и обслуживание, повышение удельной мощности, уменьшение токсичности. The objective of the invention is to increase the efficiency and life, reduce the cost of manufacturing, repair and maintenance, increase specific power, reduce toxicity.

Указанная задача достигается за счет того, что двигатель снабжен воздухосборником компрессионной ступени и трубой выхлопных газов рабочей ступени, сообщенными соответственно с камерами сжатия и камерами расширения посредством окон, прорезанных в статорах, патрубком подачи топлива к камере сжатия, шестернями, закрепленными на полуосях вращения роторов и находящимися в зацеплении друг с другом, клапаном, перекрывающим патрубок подачи топлива, один конец которого сообщен с топливным насосом, а на другом установлена форсунка, расположенная в газоводе, электродатчиком, установленным в камере расширения, дверцей, установленной в газоводе и перекрывающей окно, сообщающее камеру сжатия с газоводом, причем заслонки установлены в направляющих роторов. Кроме того, двигатель снабжен теплоизолирующим покрытием, выполненным на внутренней поверхности ротора и на наружной поверхности статора рабочей ступени, радиаторными ребрами, соединенными со статором компрессионной ступени, катками, одни из которых установлены на торцевых сторонах заслонок с возможностью перекатывания при вращении ротора по внутренней поверхности статора с сохранением минимального зазора между торцевой поверхностью заслонки и внутренней поверхностью статора, другие установлены на внутренних сторонах направляющих с возможностью перекатывания по ним заслонок с минимальным воздушным зазором между их поверхностью и поверхностью направляющих, пластинчатыми пружинами, один из которых соединены с торцевыми и боковыми краями заслонки и установлены с возможностью скольжения по поверхности статора с минимальным воздушным зазором, а другая размещена на статоре с возможностью скольжения по поверхности ротора с минимальным воздушным зазором, тонкостенными шайбами, закрепленными на статорах и установленными в щелевидных кольцевых камерах, выполненных в роторах. При этом компрессионная ступень снабжена вентилятором, лопасти которого являются спицами, соединяющими полуоси вращения с торцевыми стенками, а в торцевых стенках статора и ротора этой ступени выполнены отверстия, соединяющие внутренний объем ротора с атмосферным воздухом, проходящим через ротор под воздействием лопастей вентилятора. Для прохода воздуха во внутренних торцевых стенках роторов компрессионной и рабочей ступеней выполнены круговые отверстия, а внутренний объем ротора рабочей ступени выполнен герметичным. This problem is achieved due to the fact that the engine is equipped with an air intake of the compression stage and an exhaust pipe of the working stage, respectively connected with compression chambers and expansion chambers by means of windows cut in the stators, a fuel supply pipe to the compression chamber, gears fixed to the axes of rotation of the rotors and meshing with each other, a valve blocking the fuel supply pipe, one end of which is in communication with the fuel pump, and an injector located on the other in the gas duct, an electrode installed in the expansion chamber, a door installed in the gas duct and blocking the window communicating with the compression chamber with the gas duct, the shutters being installed in the guide rotors. In addition, the engine is equipped with a heat-insulating coating made on the inner surface of the rotor and on the outer surface of the stator of the working stage, radiator fins connected to the stator of the compression stage, rollers, some of which are mounted on the end faces of the shutters with the possibility of rolling over the rotor on the inner surface of the stator while maintaining a minimum clearance between the end surface of the shutter and the inner surface of the stator, others are installed on the inner sides of the guide x with the possibility of rolling shutters on them with a minimum air gap between their surface and the surface of the guides, leaf springs, one of which is connected to the end and side edges of the shutter and installed with the possibility of sliding on the stator surface with a minimum air gap, and the other is placed on the stator with the possibility of sliding over the rotor surface with a minimum air gap, thin-walled washers mounted on the stators and installed in slot-like annular chambers made in the rotors. In this case, the compression stage is equipped with a fan, the blades of which are spokes connecting the axles of rotation with the end walls, and the holes connecting the internal volume of the rotor with the atmospheric air passing through the rotor under the influence of the fan blades are made in the end walls of the stator and rotor of this stage. For the passage of air in the inner end walls of the rotors of the compression and working stages, circular holes are made, and the internal volume of the rotor of the working stage is sealed.

Причем направляющие заслонок смежных камер установлены под углом друг к другу, равным 180^o, деленным на число камер сжатия компрессионной ступени или камер расширения рабочей ступени.Moreover, the guides of the shutters of adjacent chambers are installed at an angle to each other equal to 180 ^o divided by the number of compression chambers of the compression stage or expansion chambers of the working stage.

На фиг. 1 представлен общий вид РДК-4, вертикальное сечение А-А, на фиг. 2 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 вариант выполнения газовода в увеличенном виде по сравнению с фиг. 1; на фиг. 4 узел М на фиг. 2 с увеличением в 5 раз по сравнению с фиг. 2; на фиг. 5 сечение В-В, Г-Г и Д-Д краев заслонки на фиг. 2 в увеличенном виде по сравнению с фиг. 2. In FIG. 1 shows a general view of RDK-4, a vertical section AA, in FIG. 2 section BB in FIG. one; in FIG. 3 shows an enlarged embodiment of a gas duct in comparison with FIG. one; in FIG. 4, the node M in FIG. 2 with a magnification of 5 times compared with FIG. 2; in FIG. 5 is a cross-section BB, DG, and DD of the edges of the shutter in FIG. 2 in enlarged form compared to FIG. 2.

РДК-4 имеет статоры 1 и 2 и роторы 3 и 4 соответственно рабочей и компрессионной ступеней, газовод 5, соединяющий статоры 1 и 2, заслонку 6, установленную в направляющих 7 роторов 3 и 4, воздухозаборник 8, патрубок 9, подсоединенный к городской сети газопровода природного газа или к баллону со сжиженным газом (1-й вариант), выхлопную трубу 10. RDK-4 has stators 1 and 2 and rotors 3 and 4, respectively, of the working and compression stages, a gas duct 5 connecting the stators 1 and 2, a shutter 6 installed in the guides 7 of the rotors 3 and 4, an air intake 8, a pipe 9 connected to the city network natural gas pipeline or to a cylinder with liquefied gas (1st option), exhaust pipe 10.

Статор 1 имеет переднее окно 11, соединяющее его камеру сгорания 12 с газоводом 5, камеру расширения 13, заднее окно 14, соединяющее камеру расширения с выхлопной трубой 10. Камера сгорания 12 имеет условную границу с камерой расширения 13, определяемую положением заслонки 6 в момент воспламенения смеси между заслонкой 6 и газоводом 5. Воспламенение топливной смеси происходит с помощью электросвеч 15, которые включаются по электросигналу электродатчика 16 в момент контакта с ним катка 17 заслонки 6. The stator 1 has a front window 11 connecting its combustion chamber 12 to the gas duct 5, an expansion chamber 13, a rear window 14 connecting the expansion chamber to the exhaust pipe 10. The combustion chamber 12 has a conditional boundary with the expansion chamber 13, determined by the position of the shutter 6 at the time of ignition the mixture between the shutter 6 and the gas duct 5. The ignition of the fuel mixture occurs with the help of electric candles 15, which are turned on by the electric signal of the electrode 16 at the moment of contact with the roller 17 of the shutter 6.

Топливо в виде сжиженного или природного газа поступает в камеру сжатия 18 компрессионной ступени вместе с воздухом через окно 19 при открытом клапане 20 патрубка 9. Клапан 20 открывается в момент положения катка 17 одного (назовем его первым) конца заслонки 6 компрессора против конечной стороны окна 19, соединяющего воздухозаборник 8 с камерой сжатия 18 компрессора. Клапан 20 закрывается в момент подхода второго конца заслонки 6 к концу патрубка 9. На фиг. 1 такое положение конца заслонки 6 обозначено пунктирной линией 21. Ось вращения клапана 20 имеет механическое или электрическое устройство (не показано), обеспечивающее вдвое меньшую угловую скорость вращения клапана 20 по сравнению с угловой скоростью вращения ротора 4. В результате такой работы клапана 20 камера сжатия 15 между концами заслонки 6 поочередно заполняется воздухом с горючим газом (т.е. топливной смесью) и без горючего газа. Соответственно и в камеру сгорания 12 поочередно поступают порции топливной смеси под один конец заслонки 6 и сжатого воздуха (без горючего газа) под другой конец заслонки 6. В первом случае происходят воспламенение топливной смеси и полноценный рабочий ход конца заслонки 6 с разогревом поверхности статора 1 и ротора 3, во втором случае сжатый воздух, поступивший в камеру сгорания 12, а затем и в камеру 13 разогревается от стенок камер, охлаждая их и создает повышенное давление на конец заслонки 6, которая и в этом случае совершает рабочий ход, но с меньшей мощностью, чем в первом случае. Целесообразность такого способа работы ДВС заключается в том, что сжатый воздух, охлаждая камеры 12 и 13, использует полученную тепловую энергию для выработки механической энергии вращения ротора 3. Кроме того, в камере сжатия 18 компрессора порции топливной смеси чередуются с порциями воздуха между концами заслонки 6, что обеспечивает безопасность от распространения воспламенения топливной смеси в камере 12 на топливную смесь, находящуюся в камере сжатия 18 за порцией воздуха без горючего газа. Fuel in the form of liquefied or natural gas enters the compression chamber 18 of the compression stage together with air through the window 19 with the valve 20 of the pipe 9 open. The valve 20 opens at the moment of the roller positioning one (let's call it the first) end of the compressor shutter 6 against the end side of the window 19 connecting the air intake 8 with the compression chamber 18 of the compressor. The valve 20 closes when the second end of the shutter 6 approaches the end of the nozzle 9. In FIG. 1, such a position of the end of the shutter 6 is indicated by a dashed line 21. The axis of rotation of the valve 20 has a mechanical or electrical device (not shown) that provides half the angular velocity of rotation of the valve 20 compared to the angular velocity of rotation of the rotor 4. As a result of this operation of the valve 20, the compression chamber 15 between the ends of the shutter 6 is alternately filled with air with combustible gas (i.e., fuel mixture) and without combustible gas. Accordingly, portions of the fuel mixture at one end of the shutter 6 and compressed air (without combustible gas) at the other end of the shutter 6 are alternately fed into the combustion chamber 12. In the first case, the fuel mixture ignites and a full working stroke of the end of the shutter 6 with heating of the surface of the stator 1 and rotor 3, in the second case, the compressed air entering the combustion chamber 12, and then into the chamber 13 is heated from the walls of the chambers, cooling them and creates increased pressure on the end of the damper 6, which in this case also makes a working stroke, but less power than in the former case. The expediency of this ICE operation method is that the compressed air, cooling the chambers 12 and 13, uses the obtained thermal energy to generate the mechanical energy of rotation of the rotor 3. In addition, in the compression chamber 18 of the compressor, portions of the fuel mixture alternate with portions of air between the ends of the shutter 6 that ensures safety from the spread of ignition of the fuel mixture in the chamber 12 to the fuel mixture located in the compression chamber 18 for a portion of air without combustible gas.

Статор 1 имеет наружное теплоизолирующее покрытие 22, изображенное крестообразной штриховкой. Такое же покрытие 22 имеют внутренняя поверхность ротора 3, выхлопная труба 14 и газовод 5. Статор 2 имеет радиаторные ребра 23, увеличивающие его поверхность охлаждения наружным воздухом. Ротор 4 охлаждается продувкой через него наружного воздуха. The stator 1 has an outer heat-insulating coating 22, depicted as a cross-shaped hatching. The same surface 22 has the inner surface of the rotor 3, the exhaust pipe 14 and the gas duct 5. The stator 2 has radiator fins 23, increasing its cooling surface with outside air. The rotor 4 is cooled by blowing outside air through it.

Статор 1 по касательной к окружности ротора 3 соприкасается с ротором 3 с воздушным зазором менее 0,1 мм (на выноске "Л" фиг. 1 место соприкосновения статора 1 и ротора 3 изображено увеличенным в 4 раза по сравнению с фиг. 1). К статору 1 по образующей его цилиндрической поверхности подсоединена (приварена) тонкостенная пластинчатая пружина 24, прижимающаяся к цилиндрической поверхности ротора 3 и препятствующая проходу сжатого воздуха и газов из камеры сгорания 12 к выхлопной трубе 10. Аналогичное устройство имеет статор 2 с ротором 4 в месте их соприкосновения с зазором менее 0,1 мм с целью уменьшения утечки сжатого воздуха из камеры сжатия в воздухозаборник 8. Во время вращения ротора пружина 24 прижимается к его поверхности не только усилием пружины 24, но также давлением на ее поверхность сжатого воздуха, а затем и газов сгоревшей топливной смеси. В результате этого утечка газов и сжатого воздуха из камеры сгорания 12 в выхлопную трубу 10 через зазор между статором 1 и ротором 3 практически устранена. Пружина 24 устанавливается с расчетом прохода катков 17 по своим дорожкам на минимальном расстоянии от торцов пружины 24. The stator 1 tangentially to the circumference of the rotor 3 is in contact with the rotor 3 with an air gap of less than 0.1 mm (on the leader "L" of Fig. 1, the contact point of the stator 1 and rotor 3 is shown increased 4 times compared to Fig. 1). A thin-walled leaf spring 24 is attached (welded) to the stator 1 along its cylindrical surface and is pressed against the cylindrical surface of the rotor 3 and prevents the passage of compressed air and gases from the combustion chamber 12 to the exhaust pipe 10. A similar device has a stator 2 with a rotor 4 in their place contact with a gap of less than 0.1 mm in order to reduce the leakage of compressed air from the compression chamber into the air intake 8. During rotation of the rotor, the spring 24 is pressed against its surface not only by the force of the spring 24, but also yes leniem on the surface of the compressed air and then burnt gas fuel mixture. As a result of this, the leakage of gases and compressed air from the combustion chamber 12 into the exhaust pipe 10 through the gap between the stator 1 and the rotor 3 is practically eliminated. The spring 24 is installed with the calculation of the passage of the rollers 17 along its tracks at a minimum distance from the ends of the spring 24.

На статоре 2 компрессора установлена ось вращения 25 с дверцей 26, перекрывающей окно 27, соединяющее камеру сжатия 18 с газоводом 5. Ось вращения 25 имеет пружину (не показана), закрывающую дверцу 26, если давление на нее сжатого воздуха в камере сжатия 18 будет меньше заданного значения (например, 10 кг/см²).On the stator 2 of the compressor, there is a rotation axis 25 with a door 26 blocking the window 27 connecting the compression chamber 18 to the gas duct 5. The rotation axis 25 has a spring (not shown) closing the door 26 if the pressure on it of compressed air in the compression chamber 18 is less set value (e.g. 10 kg / cm ² ).

К боковым и торцевым краям заслонки 6 рабочей ступени приварены (например, точечной сваркой) тонкие полоски 28 пружинистой стали шириной в 2-3 мм, препятствующие утечке газов из камеры сгорания в буферную камеру через зазоры между заслонкой 6 и поверхностью статора 1 во время рабочего хода заслонки 6. Полоски 28 прижимаются к поверхности статора 1 давлением газов, а также сравнительно малой силой изгиба пружинистой стали тонкой полоски 28. Однако суммарная сила, прижимая края полоски 28 к поверхности статора 1, составляет менее 0,1 кг/см² и не создает существенных потерь на трение в результате наличия воздушного микрослоя между краем полоски 28 и поверхностью статора 1 во время движения заслонки 6, по которому она скользит, как бы с воздушной смазкой. В момент прохода торцевого края заслонки 6 с пружинистой полоской 28 под пружиной 24, последняя отгибается в окно 11 давлением на нее полоски 28 и торцем заслонки 6.Thin strips 28 of spring steel 2-3 mm wide are welded to the side and end edges of the shutter 6 of the working stage (for example, by spot welding), preventing the leakage of gases from the combustion chamber into the buffer chamber through the gaps between the shutter 6 and the surface of the stator 1 during the working stroke flap 6. The strips 28 are pressed against the surface of the stator 1, gas pressure, and a relatively small bending force springy thin steel strip 28. However, the total force pressing the edge of the strip 28 to the surface of the stator 1, is less than 0.1 kg / cm ² and not create significant friction losses due to the presence of air microlayer between the edge strip 28 and the surface of the stator 1 during valve movement 6 on which it glides, as it were lubricated with air. At the moment of passage of the end edge of the shutter 6 with a springy strip 28 under the spring 24, the latter bends into the window 11 by pressure on it of the strip 28 and the end of the shutter 6.

В компрессоре полоска 28 при движении заслонки 6 отжимается от поверхности статора 2 утечкой воздуха, сжимаемого заслонкой 6. Учитывая это обстоятельство полоска 28 для заслонки 6 компрессора имеет большую силу прижима к поверхности статора 2, чем полоска 28 к поверхности статора 1. In the compressor, the strip 28 during the movement of the shutter 6 is squeezed from the surface of the stator 2 by leakage of air compressed by the shutter 6. Given this circumstance, the strip 28 for the shutter 6 of the compressor has a greater clamping force to the surface of the stator 2 than the strip 28 to the surface of the stator 1.

Статоры 1 и 2 имеют тонкостенные шайбы 29, установленные в щелевидных кольцевых камерах 30 и препятствующие утечке сжатого воздуха и газов из одной смежной камеры 13 или 18 в другую смежную камеру 13 или 18, разделенные стенками 31 статоров. Stators 1 and 2 have thin-walled washers 29 installed in slit-like annular chambers 30 and preventing the leakage of compressed air and gases from one adjacent chamber 13 or 18 to another adjacent chamber 13 or 18, separated by walls 31 of the stators.

Во втулках 32 торцевых стенок 33 статора 1 и 2 установлены полуоси 34 вращения роторов 3 и 4. На одной стороне полуосей 34 установлены шестерни 34 равного диаметра, находящиеся во взаимном зацеплении, в результате которого роторы 3 и 4 вращаются во взаимно противоположных направлениях с равными угловыми скоростями. На противоположной стороне полуосей 34 выполнены винтовые прорези, в которые заходят штифты рабочего вала 36 устройства, потребляющего энергию вращения ротора 3 двигателя. In the bushings 32 of the end walls 33 of the stator 1 and 2, the axles 34 of rotation of the rotors 3 and 4 are installed. On one side of the axles 34 there are gears 34 of equal diameter, which are in mutual engagement, as a result of which the rotors 3 and 4 rotate in mutually opposite directions with equal angular speeds. On the opposite side of the semiaxes 34 there are screw slots in which the pins of the working shaft 36 of the device that consumes the energy of rotation of the rotor 3 of the engine enter.

Заслонки 6 перемещается в направляющих 7 с воздушным зазором менее 0,1 мм с помощью катков 38, установленных в торцевых стенках 39 роторов 4 и 3 и прокатывающихся по боковым обрезам заслонки 6. The damper 6 is moved in guides 7 with an air gap of less than 0.1 mm by means of rollers 38 installed in the end walls 39 of the rotors 4 and 3 and rolled along the side edges of the damper 6.

Возможен вариант выполнения двигателя, когда для использования дизельного топлива, предлагается вместо клапана 20 на конце патрубка 9, идущего от топливного насоса к газоводу 5, установить форсунки 40, через которые дизельное топливо впрыскивается в камеру 12 под каждый конец заслонки 6 (фиг. 3). В этом варианте может использоваться керосин, бензин, а также природный газ, подаваемый из магистрального газопровода с давлением более 50 кг/см². В этом варианте топливо будет сгорать в виде факелов, поджигаемых электросвечами 15, в многократном избытке сжатого воздуха. Форсунки 40 и электросвечи 15 включаются в работу компьютером при касании электроконтакта 16 катком 17 заслонки 6.An embodiment of the engine is possible, when instead of a valve 20, it is proposed to install nozzles 40, through which diesel fuel is injected into the chamber 12 under each end of the shutter 6 (instead of valve 20 at the end of the pipe 9, which goes from the fuel pump to the gas duct 5 (Fig. 3) . In this embodiment, kerosene, gasoline, as well as natural gas supplied from the main gas pipeline with a pressure of more than 50 kg / cm ^{2 can be used} . In this embodiment, the fuel will burn in the form of torches, ignited by electric candles 15, in a multiple excess of compressed air. The nozzles 40 and the electric candles 15 are included in the computer when the electrical contact 16 is touched by the roller 17 of the shutter 6.

Роторный двигатель РДК-4 работает следующим образом. The rotary engine RDK-4 operates as follows.

РДК-4 могут работать на газообразном и жидком топливе. В качестве газообразного топлива может использоваться природный, сжиженный, нефтяной и водяной газы, а также горючие газы, получаемые в металлургии как отходы производства (например, доменные газы). В качестве жидкого топлива может использоваться бензин, керосин и дизельное топливо. Бензин может использоваться путем подсоединения карбюратора автомобильного ДВС к патрубку 9 с клапаном 20. Керосин и дизельное топливо впрыскиваются в камеру 12 через форсунки 40, устанавливаемые в газоводе 5 вместо клапана 20 и соединенные с топливным насосом, заимствованным от дизельных двигателей. В зависимости от октанового числа топлива устанавливается степень сжатия воздуха и топливной смеси, создаваемой компрессорами. RDK-4 can operate on gaseous and liquid fuels. As gaseous fuels, natural, liquefied, petroleum and water gases, as well as combustible gases obtained in metallurgy as production waste (for example, blast furnace gases) can be used. As liquid fuel, gasoline, kerosene and diesel fuel can be used. Gasoline can be used by connecting the carburetor of the internal combustion engine to the pipe 9 with valve 20. Kerosene and diesel fuel are injected into the chamber 12 through nozzles 40 installed in the gas duct 5 instead of valve 20 and connected to the fuel pump borrowed from diesel engines. Depending on the octane number of the fuel, the degree of compression of the air and the fuel mixture created by the compressors is established.

При поступлении горючих газов в камеру 18 через клапан 20 в процессе их сжатия вместе с воздухом, поступившим через воздухозаборник 8, происходит их перемешивание с воздухом, в результате образуется однородная топливная смесь, которая заполняет камеру сгорания 12. Такая топливная смесь надежно воспламеняется электросвечами 15 и полностью сгорает в широком диапазоне соотношений масс топлива и воздуха. When combustible gases enter the chamber 18 through the valve 20 during compression, together with the air received through the air intake 8, they are mixed with air, resulting in a uniform fuel mixture that fills the combustion chamber 12. Such a fuel mixture is reliably ignited by electric lights 15 and completely burns out in a wide range of mass ratios of fuel and air.

В случае установок форсунок 40 в газоводе 5 (фиг. 3) может быть применен способ факельного горения топлива в многократном избытке сжатого воздуха. При этом в качестве топлива могут быть использованы все виды жидкого и газообразного топлива, подаваемого в форсунку 40 под давлением, превосходящим давление сжатого воздуха, поступающего в газовод 5. В частности может быть использован природный газ непосредственно от магистрального газопровода с давлением более 50 кг/см². Такой вариант применения РДК-4 целесообразен на ТЭС и заводах, использующих в качестве топлива природный газ, а также в транспортных устройствах, так как факельное сжигание топлива может дать наибольшую удельную мощность РДК-4 и возможность изменения его мощности путем изменения длительности горения факелов (длительность включения форсунок 40).In the case of nozzle installations 40 in the gas duct 5 (FIG. 3), a method for flaring fuel in a multiple excess of compressed air can be applied. In this case, all types of liquid and gaseous fuels supplied to the nozzle 40 under pressure exceeding the pressure of the compressed air entering the gas duct 5 can be used as fuel. In particular, natural gas can be used directly from the main gas pipeline with a pressure of more than 50 kg / cm ² . Such an application of RDK-4 is expedient at TPPs and plants using natural gas as fuel, as well as in transport devices, since flaring fuel can give the greatest specific power of RDK-4 and the possibility of changing its power by changing the duration of burning flares (duration nozzles on 40).

Пуск РДК-4 производят при отсоединенном (выключенным) рабочем валике 36 путем подсоединения вала статора к полуоси 34, на которой закреплена шестерня 35. При кратковременной остановке РДК-4 (на несколько минут) пуск РДК-4 производится компьютером включением в работу форсунок 40 (или клапана 20) и электросвеч 15. В этом случае в одной из камер 12 происходит воспламенение факелов топлива, выбрасываемого из форсунок 40, или воспламенение топливной смеси, ранее заполнившей камеру 12. В результате этого возникает давление газов сгоревшего топлива на один из концов заслонки 6 и, как следствие этого, вращение роторов 3 и 4, после чего через муфту сцепления к полуоси 34 подсоединяют рабочий вал 36. The RDK-4 is started when the working roller 36 is disconnected (turned off) by connecting the stator shaft to the axle shaft 34 on which the gear 35 is fixed. When the RDK-4 is briefly stopped (for several minutes), the RDK-4 is started by the computer turning on the nozzles 40 ( or valve 20) and an electric light 15. In this case, in one of the chambers 12, the flames of fuel ejected from the nozzles 40 ignite, or the fuel mixture that previously fills the chamber 12 is ignited. As a result, the pressure of the gases of the burned fuel by one and from the ends of the shutter 6 and, as a consequence of this, the rotation of the rotors 3 and 4, after which the working shaft 36 is connected through the clutch to the axle shaft 34.

Во время факельного горения топлива в расширяющейся камере сгорания при вращении заслонки 6 скорость увеличения давления будет значительно меньше, чем в поршневом ДВС во время воспламенения топливной смеси, в соответствии с этим сила звука работающего РДК-4 будет существенно меньше, чем сила звука работающего поршневого ДВС, что позволит использовать РДК-4 без глушителя и без потери мощности в этом глушителе. During fuel flaring in an expanding combustion chamber during rotation of the shutter 6, the pressure increase rate will be much lower than in a piston ICE during ignition of the fuel mixture, in accordance with this, the sound power of a working RDK-4 will be significantly less than the sound power of a working piston ICE That will allow using RDK-4 without a silencer and without loss of power in this silencer.

В несколько раз больший избыток воздуха при сгорании топлива, расширяющаяся камера сгорания в момент воспламенения топлива, больший показатель расширения газов в камере расширения, меньшие потери на трение чем в цилиндре поршневого ДВС, в несколько раз уменьшают температуру выхлопных газов и тепловые потери и позволяют отказаться от специальных устройств охлаждения двигателя. Этому способствуют также более низкая температура сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания 12 от компрессора, и меньшие затраты механической энергии для сжатия равного количества воздуха до равного давления, необходимого для работы ДВС. A several times greater excess of air during fuel combustion, an expanding combustion chamber at the time of ignition of the fuel, a greater expansion rate of gases in the expansion chamber, lower friction losses than in the cylinder of a piston ICE, reduce exhaust gas temperature and heat loss several times and eliminate the need for special engine cooling devices. This is also facilitated by the lower temperature of the compressed air entering the combustion chamber 12 from the compressor, and the lower the cost of mechanical energy to compress an equal amount of air to the equal pressure required for the operation of the internal combustion engine.

Кроме того, создание РДК-4 с двумя рабочими ходами заслонки 6 за один оборот ротора место одного рабочего хода за два оборота коленчатого вала, исключение из устройства РДК-4 кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом и маховиком, имеющихся в большинстве поршневых ДВС, позволили значительно увеличить удельную мощность РДК-4 и его КПД по сравнению с поршневыми ДВС. In addition, the creation of RDK-4 with two working strokes of the shutter 6 for one revolution of the rotor, the place of one working stroke for two turns of the crankshaft, the exclusion of the crank mechanism with a crankshaft and a flywheel, which are available in most piston internal combustion engines, allowed the RDK-4 device significantly increase the specific power of the RDK-4 and its efficiency compared to piston ICEs.

Равномерность величины крутящего момента двигателя обеспечивается также тем, что направляющие заслонок установлены в смежных камерах под углом, равным 180^o, деленным на число камер расширения или камер сжатия. Кроме того, при работе заслонок рабочей ступени нет "мертвых точек", свойственных работе поршневого ДВС, в которых крутящий момент в начале рабочего хода поршня равен нулю, а затем меняется по закону P(1 - cosα) где P давление газов на поршень, α угол поворота коленчатого вала, отсчитанный от "мертвой точки".The uniformity of the torque of the engine is also ensured by the fact that the guides of the shutters are installed in adjacent chambers at an angle equal to 180 ^o divided by the number of expansion chambers or compression chambers. In addition, during the operation of the working stage dampers, there are no “dead spots” characteristic of the operation of a piston ICE in which the torque at the beginning of the piston stroke is zero and then changes according to the law P (1 - cosα) where P is the gas pressure on the piston, α angle of rotation of the crankshaft, counted from the "dead point".

Уменьшение скорости движения заслонки 6 в направляющих по сравнению со скоростью движения поршня в цилиндре ДВС, более равномерное воздействие давления продуктов воспламененного топлива на заслонку, чем на поршень ДВС, меньшее число движущихся деталей двигателя РДК-4, меньшие потери на трение движущихся частей РДК-4, меньшая максимальная температура в камере сгорания при воспламенении топлива в многократном избытке воздуха позволяют в 2-3 раза увеличить ресурс работы РДК-4 и в той же пропорции сократить расходы на его ремонт и установку. A decrease in the speed of movement of the shutter 6 in the guides compared to the speed of the piston in the cylinder of the internal combustion engine, a more uniform effect of the pressure of the ignited fuel products on the shutter than on the piston of the internal combustion engine, fewer moving parts of the RDK-4 engine, less friction loss of the moving parts of RDK-4 , a lower maximum temperature in the combustion chamber when the fuel is ignited in a multiple excess of air allows to increase the life of the RDK-4 by 2–3 times and reduce the cost of its repair and installation in the same proportion.

Уменьшению температуры (максимальной) в камере сгорания во время воспламенения топливной смеси содействует также охлаждение сжимаемого в компрессоре воздуха за счет обдува поверхностей статора 2 с радиаторными ребрами 23 и ротора 4, через внутренний объем которого проходит наружный воздух, который поступает в отверстие торцевой стенки 33 статора 2 между тремя спицами, с помощью которых втулка 32 соединена с торцевой стенкой 33 компрессора. Продувка воздуха через ротор 4 производится с помощью трех лопастей вентилятора, установленных в торцевой стенке ротора 4 против отверстий статора 2 в его торцевой стенке 33. Лопасти вентилятора одновременно являются спицами, соединяющими полуось 34 вращения ротора 4 с его торцевой стенкой 38. A decrease in the temperature (maximum) in the combustion chamber during ignition of the fuel mixture is also facilitated by cooling the air compressed in the compressor by blowing the surfaces of the stator 2 with radiator fins 23 and the rotor 4, through which internal air passes outside, which enters the opening of the stator end wall 33 2 between three spokes, with which the sleeve 32 is connected to the end wall 33 of the compressor. Air is blown through the rotor 4 using three fan blades mounted in the end wall of the rotor 4 against the holes of the stator 2 in its end wall 33. The fan blades are simultaneously spokes connecting the axis of rotation 34 of the rotor 4 with its end wall 38.

На противоположных торцевых стенках ротора 4 и статора 2 имеется также устройство для выхода нагретого воздуха из ротора 4. В стенке 39, разделяющей внутренние объемы роторов 3 и 4, имеется круговое отверстие 41, через которое может проходить воздух как в роторе 3, так и в роторе 4. Охлаждение воздуха поверхностями статора 2 и ротора 4 при его сжатии повышает КПД двигателя по сравнению с поршневым ДВС, в цилиндре которого воздух нагревается как от его сжатия поршнем, так и от раскаленных поверхностей поршня и цилиндра. On the opposite end walls of the rotor 4 and the stator 2 there is also a device for the exit of heated air from the rotor 4. In the wall 39, which separates the internal volumes of the rotors 3 and 4, there is a circular hole 41 through which air can pass both in the rotor 3 and in rotor 4. The cooling of the air by the surfaces of the stator 2 and rotor 4 when it is compressed increases the engine efficiency compared to a piston ICE, in the cylinder of which the air is heated both from its compression by the piston and from the hot surfaces of the piston and cylinder.

Нагрев воздуха во внутреннем объеме ротора 3 рабочей ступени уменьшает тепловые потери камеры 13 и создает давление нагретого воздуха на стенки ротора 3, частично компенсирующее давление газов в камере 13 на стенки герметичного ротора 3, что позволяет их сделать меньшей толщины. Heating the air in the internal volume of the rotor 3 of the working stage reduces the heat loss of the chamber 13 and creates a pressure of heated air on the walls of the rotor 3, partially compensating for the pressure of the gases in the chamber 13 on the walls of the sealed rotor 3, which allows them to be made thinner.

Уменьшение мощности двигателя производится путем уменьшения длительности работы форсунок в 5-10 раз и скорости вращения ротора (т.е. частоты включения форсунок и свечей зажигания) еще в 10-20 раз. В результате этого мощность двигателя моет быть понижена в 50-200 раз по сравнению с номинальной удельной мощностью в 20-30 кВт/кг, что позволит существенно упростить коробку передач автомобиля с РДК-4. Минимальная длительность работы форсунок определяется при холостом ходе двигателя той минимальной затратой мощности, которая необходима для вращения ротора компрессора, электрогенератора и топливного насоса. The engine power is reduced by reducing the duration of the nozzles by 5-10 times and the rotor speed (i.e., the frequency of the nozzles and spark plugs) by another 10-20 times. As a result of this, the engine power can be reduced by 50-200 times compared to the nominal specific power of 20-30 kW / kg, which will significantly simplify the gearbox of a car with RDK-4. The minimum duration of the nozzles is determined by the engine idling that minimum power consumption, which is necessary for rotation of the compressor rotor, electric generator and fuel pump.

Возможность повышения мощности РДК-4, установленного на самолете вместо турбовинтовых двигателей (ТВД), позволит сократить длину взлетной полосы аэродрома. The possibility of increasing the power of the RDK-4 installed on the aircraft instead of turboprop engines (TVD) will reduce the length of the runway of the airfield.

РДК-4 предназначен для всех видов транспорта, включая наземный, воздушный, морской и речной, пассажирский и грузовой, туристический и спортивный, а также для всех стационарных установок, включая тепловые электростанции, промышленные, сельскохозяйственные и бытовые устройства. RDK-4 is designed for all types of transport, including land, air, sea and river, passenger and freight, tourist and sports, as well as for all stationary installations, including thermal power plants, industrial, agricultural and household devices.

Столь широкий спектр применения предлагаемого РДК-4 обусловлен его технико-экономическими характеристиками, превосходящими характеристики известных двигателей, применяемых в настоящее время. Such a wide range of applications of the proposed RDK-4 is due to its technical and economic characteristics that exceed the characteristics of the known engines currently in use.

Claims

1. A rotary engine containing a compression and working stages with stators and compression and working rotors respectively installed in them, shutters located to form compression and expansion chambers in the cavities between the surfaces of the stators and rotors, and a gas duct connecting the stage stators, characterized in that it is equipped with an air intake of the compression stage and an exhaust pipe of the working stage, respectively connected with compression chambers and expansion chambers by means of windows cut in the stators, pat the fuel supply to the compression chamber, gears fixed to the rotor half shafts and meshed with each other, a valve blocking the fuel supply pipe, one end of which is connected to the fuel pump, and the nozzle located in the gas duct and an electrode installed on the other in the expansion chamber, a door installed in the gas duct and blocking the window communicating the compression chamber with the gas duct, and the shutters are installed in the guide rotors.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with a heat-insulating coating made on the inner surface of the rotor and on the outer surface of the stator of the working stage with radiator ribs connected to the stator of the compression stage, rollers, one of which is mounted on the end faces of the shutters with the possibility of rolling when the rotor rotates along the inner surface of the stator while maintaining a minimum clearance between the end surface of the shutter and the inner surface of the stator, others are installed on the internal sides of the guides with the possibility of rolling shutters on them with a minimum air gap between their surface and the surfaces of the guides, leaf springs, some of which are connected to the end and side edges of the shutter and installed with the possibility of sliding on the stator surface with a minimum air gap, and the other is placed on the stator with the possibility of sliding on the surface of the rotor with a minimum air gap, thin-walled washers mounted on the stators and installed in slotted rings chambers formed in the rotors.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the compression stage is equipped with a fan, the blades of which are spokes connecting the axles of rotation with the end walls, while holes are made in the end walls of the stator and the rotor of the compression stage, connecting the internal volume of the rotor with atmospheric air, passing through the rotor under the influence of the fan blades, for the passage of air in the inner end walls of the rotors of the compression and working stages, circular holes are made, and the internal volume of the rotor is slave whose stage is made airtight.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the guides of the shutters of adjacent chambers are installed at an angle to each other equal to 180 ^o divided by the number of compression chambers of the compression stage or expansion chambers of the working stage.