RU2170354C1

RU2170354C1 - Internal combustion rotary engine

Info

Publication number: RU2170354C1
Application number: RU99122766A
Authority: RU
Inventors: А.П. Грибковский; Н.Н. Шелехов
Original assignee: Шелехов Николай Николаевич
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-07-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines with nonuniform movement of pistons. SUBSTANCE: proposed engine has round housing accommodating four blades-pistons secured by pairs, with 180 deg displacement, on carrying disks installed for rotation. Blades-pistons form four working chambers between pistons of one carrying disks and pistons of other carrying disk. Each carrying disk is installed on its shaft. Shafts are arranged coaxially relative to each other and are coupled with control mechanism provided with closed four-member mechanism. Each member of this mechanism is made in form of articulated triangle two vertices of which are in contact with complex trajectory contour described by eight arcs of three different diameters, and one of vertices is coupled with blade-piston. EFFECT: improved reliability and reduced fuel consumption by provision of isochoric combustion in engine chamber. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, в роторных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to mechanical engineering and can be used, for example, in rotary internal combustion engines (ICE).

Одной из основных проблем существующих ДВС является неполное сгорание топлива в камерах ДВС и, как следствие, высокая токсичность выхлопных газов. Современные разработки направлены на дожигание несгоревшего топлива, например, с помощью каталитических дожигателей и устройств очистки выхлопных газов. При этом известно, что сжечь практически все топливо в камерах ДВС можно при создании условий изохорного его сгорания, т.е. при условии постоянства объема камеры сгорания на период сгорания топлива. В поршневых двигателях достичь этого практически невозможно, т.к. для этого необходимо временно "остановить" поршень. В роторных ДВС можно остановить одну лопасть-поршень с помощью, например, собачек, стопорных пальцев и т.п. Но при этом другая лопасть-поршень продолжает двигаться, и постоянный объем камеры на период сгорания топлива не обеспечивается. One of the main problems of the existing internal combustion engines is the incomplete combustion of fuel in the internal combustion engine chambers and, as a consequence, the high toxicity of exhaust gases. Modern developments are aimed at the afterburning of unburned fuel, for example, using catalytic afterburners and exhaust gas purification devices. It is also known that it is possible to burn almost all fuel in ICE chambers when creating conditions for its isochoric combustion, i.e. provided that the volume of the combustion chamber is constant for the period of fuel combustion. In piston engines, this is almost impossible to achieve, because To do this, temporarily “stop” the piston. In rotary internal combustion engines, one piston blade can be stopped using, for example, dogs, locking fingers, etc. But at the same time, the other piston blade continues to move, and a constant chamber volume for the period of fuel combustion is not provided.

Известен сдвоенный коловратный двигатель внутреннего горения с неравномерно вращающимися при посредстве дифференциальной передачи лопастями, в котором применено сложное механическое приспособление для попеременного включения свободно сидящих на валу вспомогательных лопастей (патент СССР N 17915, 46a, 5, 1930). A double rotary internal combustion engine with blades that rotate unevenly through differential transmission is known, in which a complex mechanical device is used for alternately turning on auxiliary blades freely sitting on the shaft (USSR patent N 17915, 46a, 5, 1930).

Недостатком двигателя является необходимость наличия сдвоенных камер, что усложняет конструкцию и увеличивает габариты. The disadvantage of the engine is the need for dual cameras, which complicates the design and increases the size.

Известна газотурбинная установка, содержащая последовательно установленные на валу компрессор, турбину и расположенную между ними вращающуюся камеру сгорания с форсунками. Установка снабжена дисковым клапаном с автономным приводом, установленным перед вращающейся камерой, а каждая секция камеры сгорания снабжена свечой зажигания Процесс сжигания топлива происходит последовательно в каждой секции камеры сгорания, что позволяет осуществить импульсный режим работы установки (авт. свид. N 1749510, F 02 C 3/16, 1987). Known gas turbine installation, containing sequentially mounted on the shaft of the compressor, the turbine and located between them a rotating combustion chamber with nozzles. The installation is equipped with a disk valve with an independent actuator installed in front of the rotating chamber, and each section of the combustion chamber is equipped with a spark plug. The process of burning fuel occurs sequentially in each section of the combustion chamber, which allows for pulse operation of the installation (ed. Certificate. N 1749510, F 02 C 3/16, 1987).

На первый взгляд режим сгорания в описанной установке близок к изохорному. Однако дисковый клапан перекрывает вход в камеру сгорания только со стороны компрессора. Выход газа в проточную часть турбины не ограничен. Сгорание топлива частично происходит и в проточной части. Следовательно, и в этом случае не происходит полного сгорания топлива в постоянном объеме, что является недостатком данной установки. Кроме того, описанная установка может быть использована только в газовой турбине и не может быть применена в ДВС транспортных средств из-за ее сложности (большое количество секций камеры сгорание и оснащение каждой секции форсункой и свечой зажигания). At first glance, the combustion mode in the described setup is close to isochoric. However, the disk valve blocks the entrance to the combustion chamber only from the compressor side. The gas outlet to the flow part of the turbine is not limited. Combustion of fuel partially occurs in the flow part. Therefore, in this case, there is no complete combustion of fuel in a constant volume, which is a disadvantage of this installation. In addition, the described installation can only be used in a gas turbine and cannot be used in ICE vehicles due to its complexity (a large number of sections of the chamber are combustion and each section is equipped with a nozzle and spark plug).

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий круглый корпус с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочих камеры, расположенные между поршнями одного и другого несущих дисков, а каждый из несущих дисков установлен на своем валу, причем валы расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления. Механизм управления содержит фигурный диск в форме восьмерки и ромбообразный управляющий рычаг, Контуры восьмерки описаны дугами двух окружностей одинакового радиуса с центрами, находящимися на одной прямой и на одинаковом расстоянии от центра вращения коаксиальных валов. Ромбообразный рычаг состоит из восьми подвижных звеньев, перемещающихся по вышеназванной восьмерке при работе двигателя. Каждое подвижное звено выполнено с двумя отверстиями под шарниры (патент Германии N 4226629, F 01 C 1/063, 1994).Known rotary piston internal combustion engine, comprising a round casing with at least four piston blades located therein, mounted in pairs with an offset of 180 ^o on the carrier disks mounted for rotation so that they form at least four working chambers located between the pistons of one and the other bearing disks, and each of the bearing disks is mounted on its shaft, and the shafts are located relative to each other coaxially and connected with the control mechanism. The control mechanism contains a figured disk in the form of a figure eight and a rhomboid-shaped control lever. The contours of the figure eight are described by arcs of two circles of the same radius with centers located on one straight line and at the same distance from the center of rotation of the coaxial shafts. The diamond-shaped lever consists of eight movable links moving along the aforementioned eight when the engine is running. Each movable link is made with two holes for the hinges (German patent N 4226629, F 01 C 1/063, 1994).

Конструкция описанного двигателя не обеспечивает изохорного сжигания топлива, вследствие переменного объема камеры сгорания. Кроме того, двигатель ненадежен в эксплуатации из-за экстремальных температурных условий, в которых находится механизм управления, а также неравномерных усилий, передаваемых на него, что может привести к заклиниванию. The design of the described engine does not provide isochoric fuel combustion, due to the variable volume of the combustion chamber. In addition, the engine is unreliable in operation due to extreme temperature conditions in which the control mechanism is located, as well as uneven forces transmitted to it, which can lead to jamming.

Задачей изобретения является создание надежного и экономичного роторно-поршневого ДВС, обеспечивающего изохорное сжигание топлива в камере сгорания. The objective of the invention is to provide a reliable and economical rotary piston internal combustion engine, providing isochoric combustion of fuel in the combustion chamber.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем круглый корпус с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочих камеры, расположенные между поршнями одного и другого несущих дисков, а каждый из несущих дисков установлен на своем валу, причем валы расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления, механизм управления содержит диск с выполненным в нем контуром сложной траектории, описанной восемью дугами трех разных радиусов, при этом центр четырех дуг двух разных радиусов совпадает с центром вращения вышеназванных коаксиальных валов, а центры остальных четырех дуг одинакового радиуса расположены симметрично относительно центра вращения вышеназванных коаксиальных валов, и замкнутый четырехзвенник, каждое звено которого выполнено в виде треугольника с отверстиями для шарниров, расположенных в его вершинах, причем одна из вершин связана с лопастью-поршнем, а две другие взаимодействуют с вышеописанным контуром сложной траектории.The problem is solved in that in a rotary piston internal combustion engine containing a round casing with at least four piston blades located therein, mounted in pairs with a 180 ^o offset on the supporting disks mounted for rotation so that they form at least four working chambers located between the pistons of one and the other carrier disks, and each of the carrier disks is mounted on its shaft, the shafts being coaxial relative to each other and connected to the mechanism control mechanism, the control mechanism contains a disk with a complex path traced in it, described by eight arcs of three different radii, while the center of four arcs of two different radii coincides with the center of rotation of the above coaxial shafts, and the centers of the remaining four arcs of the same radius are located symmetrically with respect to the center of rotation of the above coaxial shafts, and a closed four-link, each link of which is made in the form of a triangle with holes for hinges located at its vertices, and about on of vertices associated with the blade-piston, and the other two react with the above-described circuit complicated trajectory.

На фиг. 1 представлен общий вид предложенного роторно-поршневого ДВС в разрезе; на фиг. 2 - схема механизма управления. In FIG. 1 shows a General view in section of the proposed rotary piston internal combustion engine; in FIG. 2 is a diagram of a control mechanism.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит круглый корпус 1 с расположенными в нем по меньшей мере четырьмя лопастями-поршнями 2-5, закрепленными попарно со смещением на 180^o на несущих дисках 6 и 7. Диски 6 и 7 установлены с возможностью вращения так, что они образуют по меньшей мере четыре рабочих камеры 8-11, расположенные между поршнями одного несущего диска 6 и поршнями другого несущего диска 7. Несущий диск 6 установлен на валу 12, а диск 7 - на валу 13. Валы 12 и 13 расположены относительно друг друга коаксиально и связаны с механизмом управления.The rotary piston internal combustion engine comprises a round casing 1 with at least four piston blades 2-5 located therein, fixed in pairs with an offset of 180 ^° on the supporting disks 6 and 7. The disks 6 and 7 are rotatably mounted so that they form at least four working chambers 8-11 located between the pistons of one carrier disk 6 and the pistons of another carrier disk 7. The carrier disk 6 is mounted on the shaft 12 and the disk 7 on the shaft 13. The shafts 12 and 13 are located relative to each other coaxially and mechanically coupled management.

Механизм управления содержит диск 14 с выполненным в нем контуром сложной траектории, описанной восемью дугами трех разных радиусов. Центр O четырех дуг двух разных радиусов совпадает с центром вращения вышеназванных коаксиальных валов, а центры O₁, O₂ остальных четырех дуг одинакового радиуса расположены симметрично относительно центра O вращения вышеназванных коаксиальных валов 12 и 13. В замкнутом четырехзвеннике каждое звено выполнено в виде треугольника 15-18 с отверстиями для шарниров, расположенных в его вершинах. Одни из вершин треугольников O₁, O₂, O₃ и O₄ связаны с лопастями-поршнями 2-5, а остальные восемь вершин взаимодействуют с вышеописанным контуром сложной траектории на диске 14. В корпусе 1 выполнены всасывающее отверстие 19 для рабочей смеси, выпускное отверстие 20 и устройство для воспламенения рабочей смеси 21, например свеча.The control mechanism comprises a disk 14 with a contour of a complex path made therein, described by eight arcs of three different radii. The center O of four arcs of two different radii coincides with the center of rotation of the aforementioned coaxial shafts, and the centers O ₁ , O _{2 of the} remaining four arcs of the same radius are located symmetrically with respect to the center O of rotation of the aforementioned coaxial shafts 12 and 13. In a closed four-link chain, each link is made in the form of a triangle 15 -18 with holes for hinges located at its tops. One of the vertices of the triangles O ₁ , O ₂ , O ₃ and O ₄ are connected with the piston blades 2-5, and the remaining eight vertices interact with the above-described contour of the complex path on the disk 14. In the housing 1 there is a suction hole 19 for the working mixture, the outlet a hole 20 and a device for igniting the working mixture 21, for example a candle.

Работу устройства (фиг. 1) рассмотрим на примере осуществления кругового цикла одной рабочей камеры, например, 9, образованной лопастями-поршнями 4 и 5. В начальный момент через всасывающее отверстие 19 в камеру 9 поступает рабочая смесь или воздух. Всасывание происходит за счет разряжения в камере 9, обеспечиваемого перемещением лопасти-поршня 5 по часовой стрелке. Лопасть-поршень 4 при этом остается неподвижной. При достижении максимального объема рабочей камеры 9, обусловленного механизмом управления, лопасти-поршни 4 и 5 начинают одновременное совместное синхронное перемещение. После этого лопасть-поршень 5 останавливается, а продолжающий двигаться лопасть-поршень 4 сжимает рабочую смесь или воздух до достижения минимального объема рабочей камеры 9, что также обусловлено механизмом управления. При достижении минимального объема рабочей камеры 9 осуществляется воспламенение рабочей смеси или впрыск топлива через форсунку. Одновременно с этим лопасти-поршни 4 и 5 перемещаются совместно и синхронно. При этом сохраняется постоянный объем рабочей камеры сгорания 9, т.е. обеспечиваются изохорные условия сгорания основной части топлива. Затем лопасть-поршень 4 устанавливается неподвижно, а лопасть-поршень 5 продолжает перемещаться по часовой стрелке под воздействием расширяющихся газообразных продуктов сгорания. При достижении максимального объема рабочей камеры 9 лопасти-поршни 4 и 5 начинают перемещаться одновременно и синхронно. После прохода выпускного отверстия 20 лопасть-поршень 5 останавливается, а лопасть-поршень 4 продолжает движение, выталкивая отработанные газы и уменьшая объем рабочей камеры 9. При достижении минимального объема рабочей камеры 9 оба лопасти-поршня 4 и 5 начинают перемещаться одновременно и синхронно и занимают исходное положение, как показано на фиг. 1. В остальных рабочих камерах 8, 10 и 11 происходят процессы, аналогичные вышеописанным процессам в камере 9. Таким образом за один оборот лопастей-поршней 2-5 на 360 градусов в каждой рабочей камере 8-11 происходит один рабочий цикл, включающий процессы всасывания, сжатия, рабочий ход и выхлоп. За один оборот ротора двигателя осуществляется четыре рабочих цикла. The operation of the device (Fig. 1) will be considered using an example of a circular cycle of one working chamber, for example, 9, formed by piston blades 4 and 5. At the initial moment, the working mixture or air enters the chamber 9 through the suction hole 19. Suction occurs due to the vacuum in the chamber 9, provided by the movement of the blade-piston 5 in a clockwise direction. The vane-piston 4 remains stationary. Upon reaching the maximum volume of the working chamber 9, due to the control mechanism, the piston blades 4 and 5 begin simultaneous joint synchronous movement. After that, the vane-piston 5 stops, and the continuing vane-piston 4 compresses the working mixture or air until the minimum volume of the working chamber 9 is reached, which is also due to the control mechanism. When the minimum volume of the working chamber 9 is reached, the working mixture is ignited or fuel is injected through the nozzle. At the same time, the piston blades 4 and 5 move together and synchronously. At the same time, a constant volume of the working combustion chamber 9 is maintained, i.e. isochoric combustion conditions of the main part of the fuel are provided. Then the vane-piston 4 is fixedly mounted, and the vane-piston 5 continues to move clockwise under the influence of expanding gaseous products of combustion. Upon reaching the maximum volume of the working chamber 9, the blade pistons 4 and 5 begin to move simultaneously and synchronously. After the passage of the outlet 20, the vane-piston 5 stops, and the vane-piston 4 continues to move, pushing the exhaust gases and reducing the volume of the working chamber 9. Upon reaching the minimum volume of the working chamber 9, both of the piston-blades 4 and 5 begin to move simultaneously and synchronously and occupy starting position as shown in FIG. 1. In the remaining working chambers 8, 10 and 11, processes similar to those described above in the chamber 9 occur. Thus, for one rotation of the 2-5 piston vanes 360 degrees each working chamber 8-11 has one working cycle, including suction processes , compression, stroke and exhaust. For one revolution of the motor rotor, four duty cycles are carried out.

Заявленный роторно-поршневой ДВС является надежным и экономичным, т.к. его механизм управления (фиг. 2) позволяет обеспечить изохорное сжигание топлива в рабочей камере сгорания при условии непрерывного вращения ротора двигателя. The claimed rotary piston engine is reliable and economical, because its control mechanism (Fig. 2) allows for isochoric fuel combustion in the working combustion chamber under the condition of continuous rotation of the engine rotor.

Claims

A rotary piston internal combustion engine, comprising a round casing with at least four piston blades located therein, mounted in pairs with a 180 ^° offset on the supporting disks mounted for rotation so that they form at least four working chambers located between the pistons of one and the other bearing disks, and each of the bearing disks is mounted on its shaft, the shafts being coaxial relative to each other and connected to a control mechanism, characterized in that The control box contains a disk with a contour of a complex trajectory described by eight arcs of three different radii, the center of four arcs of two different radii coincides with the center of rotation of the above coaxial shafts, and the centers of the remaining four arcs of the same radius are symmetrical with respect to the center of rotation of the above coaxial shafts , and a closed four-link, each link of which is made in the form of a triangle with holes for hinges located at its vertices, moreover, one of the vertices of the connection on a blade-piston, and the other two react with the above-described circuit complicated trajectory.