RU2272165C1

RU2272165C1 - Rotary engine

Info

Publication number: RU2272165C1
Application number: RU2004116612/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Авдеев (RU); Евгений Николаевич Авдеев
Original assignee: Евгений Николаевич Авдеев
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2006-03-20
Also published as: RU2004116612A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines.

SUBSTANCE: invention relates to engines with combustion in constant volume. Proposed engine has housing and rotor made of form of solid of revolution hermetically adjoining by outer circular surface to inner circular surface of housing. Working chambers with lengthwise ports are uniformly spaced over circumference. Each chamber is divided into main and additional parts, main part being designed for implementing thermodynamic cycle of internal combustion engine, and additional chamber, for filling-in additional air. Air channel inside rotor serves to supply air to working chambers, and exhaust channel serves to let out combustion products from working chambers in process of their scavenging and filling with air, and working channel is provided to let out hot gas and additional air from working chambers and to convert excess energy into torque on engine rotor. Bypass channels of rotor periodically connect main parts of working chambers in which fuel combustion process has completed and main parts of working chambers filled with air to provide compression of air. Connecting channel of rotor periodically connects main parts of working chambers, after bypassing of hot gas, with additional parts of working chambers for compressing additional air.

EFFECT: increased specific parameters of engine.

4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению.The invention relates to engine building.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, в цилиндрическом корпусе которого установлены на валах, проходящих по оси корпуса, две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема - рабочие камеры. Механизм связи лопастей, состоящий из рычага, закрепленного на валу одной лопасти и соединенного шатуном с кривошипом на зубчатом колесе, установленном на оси рычага второй лопасти и обкатывающемся по закрепленной на корпусе неподвижной шестерне, обеспечивает при вращении ротора изменение взаимного положения лопастей и, соответственно, изменение объемов рабочих камер, что позволяет осуществить в них термодинамический цикл двигателя внутреннего сгорания (Г.Г.Гуськов. Необычные двигатели. Издательство "Знание". Москва. 1971. Стр.23-25).Known rotary vane internal combustion engine, in a cylindrical housing which is mounted on shafts passing along the axis of the housing, two blades dividing the cavity of the housing into four closed volumes - working chambers. The blade coupling mechanism, consisting of a lever mounted on a shaft of one blade and connected by a connecting rod with a crank on a gear wheel mounted on the axis of the lever of the second blade and rolling around a fixed gear fixed to the housing, provides a change in the relative position of the blades during rotation of the rotor and, accordingly, a change volumes of working chambers, which makes it possible to carry out the thermodynamic cycle of an internal combustion engine in them (GG Guskov. Unusual engines. Publishing House "Knowledge". Moscow. 1971. P.23-25).

Существенным недостатком роторно-лопастного двигателя является невысокая долговечность механизма связи лопастей, обеспечивающего требуемое движение одной лопасти относительно другой. Связанное с этим ограничение ресурса не позволяет роторно-лопастным двигателям найти широкое практическое применение.A significant disadvantage of the rotary vane engine is the low durability of the blade coupling mechanism, which provides the required movement of one blade relative to another. The associated resource limitation does not allow rotor-vane engines to find wide practical application.

Наиболее близким к заявленному роторному двигателю по технической сущности (прототипом) является роторный двигатель Ванкеля, в котором трехгранный ротор размещен внутри корпуса, внутренняя цилиндрическая поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Вал ротора жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни, контактные уплотнения, расположенные в пазах на вершинах ротора, скользят по поверхности цилиндра, отсекая переменные объемы рабочих камер (Политехнический словарь. Под ред. И.И.Артоболевского. Издательство "Советская энциклопедия". Москва. 1976. Стр.69).Closest to the claimed rotary engine in technical essence (prototype) is the Wankel rotary engine, in which a trihedral rotor is placed inside the housing, the inner cylindrical surface of which is made according to the epitrochoid. The rotor shaft is rigidly connected to the gear wheel, which engages with the stationary gear. A rotor with a gear wheel rolls around the gear, contact seals located in the grooves on the tops of the rotor slide over the surface of the cylinder, cutting off the variable volumes of the working chambers (Polytechnical Dictionary. Edited by II Artobolevsky. Publishing House "Soviet Encyclopedia. Moscow. 1976. . P. 69).

К недостаткам двигателя Ванкеля следует отнести высокое значение удельной массы и низкое значение механического КПД, снижающее эффективность работы двигателя. Удельная масса, определяемая как масса сухого двигателя, приходящаяся на единицу эффективной мощности, в двигателе Ванкеля имеет достаточно высокое значение вследствие наличия зубчатого колеса и шестерни, увеличивающих массу двигателя, а также вследствие невысокой эффективной мощности. Невысокая эффективная мощность обусловлена сложностью обеспечения при высокой частоте вращения ротора удовлетворительной работы контактных уплотнений, расположенных в пазах на вершинах ротора, что ограничивает возможность увеличения эффективной мощности двигателя Ванкеля за счет увеличения частоты вращения ротора двигателя. Кроме этого, невысокая эффективная мощность двигателя Ванкеля с трехгранным ротором обусловлена реализацией термодинамического цикла лишь в трех рабочих камерах за один оборот ротора. Наличие в двигателе Ванкеля зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с шестерней, а также наличие контактных уплотнений, расположенных в пазах на вершинах ротора, снижают механический КПД и, соответственно, эффективность работы двигателя.The disadvantages of the Wankel engine include a high specific gravity and a low value of mechanical efficiency, which reduces the efficiency of the engine. The specific gravity, defined as the mass of a dry engine per unit of effective power, in a Wankel engine is quite high due to the presence of a gear and gears that increase the mass of the engine, and also due to the low effective power. The low effective power is due to the difficulty of ensuring, at a high rotor speed, the satisfactory operation of contact seals located in the grooves on the tops of the rotor, which limits the possibility of increasing the effective power of the Wankel engine by increasing the rotor speed of the engine. In addition, the low effective power of the Wankel engine with a trihedral rotor is due to the implementation of the thermodynamic cycle in only three working chambers per revolution of the rotor. The presence of a gear in the Wankel engine meshed with the gear, as well as the presence of contact seals located in the grooves on the tops of the rotor, reduce mechanical efficiency and, accordingly, the efficiency of the engine.

Задача, решаемая изобретением, состоит в снижении удельной массы и увеличении механического КПД роторного двигателя.The problem solved by the invention is to reduce the specific gravity and increase the mechanical efficiency of the rotary engine.

Для достижения этого технического результата в роторном двигателе, содержащем корпус и вращающийся в нем ротор, ротор выполнен в виде тела вращения с герметичным прилеганием его наружной окружной поверхности к внутренней окружной поверхности корпуса, на корпусе равномерно по окружности установлены рабочие камеры, имеющие форму тела вращения, и каждая рабочая камера снабжена одним окном, выполненным по всей длине рабочей камеры и совмещенным с соответствующим окном в корпусе двигателя, в каждой рабочей камере установлена перегородка, разделяющая рабочую камеру на основную и дополнительную части, при этом основная часть рабочей камеры предназначена для осуществления термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания, а дополнительная часть рабочей камеры предназначена для заполнения дополнительным воздухом, не участвующем в процессе сгорания топлива, внутри ротора установлен воздушный канал для подвода воздуха к рабочим камерам, при этом входное окно воздушного канала расположено на радиальной поверхности ротора, а выходное окно воздушного канала расположено на наружной окружной поверхности ротора, внутри ротора установлен выпускной канал для отвода продуктов сгорания из рабочих камер в процессе их продувки и заполнения воздухом, при этом входное окно выпускного канала расположено на наружной окружной поверхности ротора, а выходное окно выпускного канала расположено на радиальной поверхности ротора, выходное окно воздушного канала и входное окно выпускного канала имеют участки одновременного совмещения с окнами рабочих камер для продувки и заполнения рабочих камер воздухом, внутри ротора установлен рабочий канал для выпуска горячего газа и дополнительного воздуха из рабочих камер и преобразования их избыточной энергии в крутящий момент на роторе двигателя, при этом входное окно рабочего канала расположено на наружной окружной поверхности ротора, а выходное окно рабочего канала расположено на радиальной поверхности ротора, в роторе установлены перепускные каналы, каждый из которых имеет впускное и выпускное окна на наружной окружной поверхности ротора и предназначен для соединения между собой при вращении ротора основных частей рабочих камер, в которых процесс сгорания топлива завершился, и основных частей рабочих камер, заполненных воздухом, для осуществления процесса сжатия воздуха, выходные участки перепускных каналов выполнены примыкающими к наружной стенке ротора в преимущественно окружном направлении для тангенциального подвода перепускаемого газового потока в основные части рабочих камер, на внешней окружной поверхности ротора выполнен соединительный канал, предназначенный для соединения в процессе вращения ротора основных частей рабочих камер, после перепуска из них горячего газа, с дополнительными частями рабочих камер, заполненными дополнительным воздухом, для осуществления сжатия дополнительного воздуха.To achieve this technical result, in a rotary engine containing a housing and a rotor rotating therein, the rotor is made in the form of a body of revolution with a tight fit of its outer circumferential surface to the inner circumferential surface of the housing, working chambers having the shape of a rotational body are mounted uniformly around the circumference, and each working chamber is equipped with one window made along the entire length of the working chamber and combined with the corresponding window in the engine housing, a partition is installed in each working chamber, p dividing the working chamber into the main and additional parts, while the main part of the working chamber is designed to carry out the thermodynamic cycle of the internal combustion engine, and the additional part of the working chamber is designed to fill with additional air that is not involved in the fuel combustion process, an air channel for supplying air is installed inside the rotor to the working chambers, while the input window of the air channel is located on the radial surface of the rotor, and the output window of the air channel is located about, on the outer circumferential surface of the rotor, inside the rotor, an exhaust channel is installed for exhausting combustion products from the working chambers during their purging and filling with air, while the inlet window of the outlet channel is located on the outer circumferential surface of the rotor, and the outlet window of the outlet channel is located on the radial surface of the rotor , the output window of the air channel and the input window of the exhaust channel have sections of simultaneous alignment with the windows of the working chambers for purging and filling the working chambers with air, inside the mouth a working channel has been installed for the release of hot gas and additional air from the working chambers and converting their excess energy into torque on the rotor of the engine, while the input window of the working channel is located on the outer circumferential surface of the rotor, and the output window of the working channel is located on the radial surface of the rotor, bypass channels are installed in the rotor, each of which has an inlet and outlet window on the outer circumferential surface of the rotor and is designed to be connected to each other when the rotor rotates about the main parts of the working chambers, in which the fuel combustion process was completed, and the main parts of the working chambers filled with air, for the process of air compression, the output sections of the bypass channels are made adjacent to the outer wall of the rotor in a predominantly circumferential direction for the tangential supply of the bypassed gas stream into the main parts working chambers, a connecting channel is made on the outer circumferential surface of the rotor, designed to connect the main parts of the rotor during rotation of the rotor bochih chambers after bypass hot gas from them, with additional portions of working chambers filled with additional air, for compressing the secondary air.

Снижение удельной массы в заявленном роторном двигателе достигается за счет увеличения эффективной мощности и снижения массы сухого двигателя. Увеличение эффективной мощности достигается за счет увеличения числа рабочих камер, в которых реализуется термодинамический цикл двигателя внутреннего сгорания за один оборот ротора, а также за счет более высокой частоты вращения ротора, которая при использовании бесконтактных уплотнений может иметь ограничения только по эффективности газодинамических процессов: продувки и заполнения рабочих камер воздухом, перепуска горячего газа, выпуска горячего газа из рабочих камер, либо по времени процесса сгорания топлива. Снижение массы сухого двигателя обусловлено отсутствием зубчатого колеса и шестерни. Увеличение механического КПД в заявленном двигателе обеспечивается за счет отсутствия зубчатого колеса и шестерни, находящихся в зацеплении, и за счет использования бесконтактных уплотнений. В заявленном двигателе большинство зазоров между рабочими деталями, которые необходимо уплотнять, образуются достаточно большими цилиндрическими поверхностями, что позволяет их уплотнять достаточно эффективно бесконтактными уплотнениями и тем самым повысить механический КПД двигателя.The reduction in specific gravity in the inventive rotary engine is achieved by increasing the effective power and reducing the mass of the dry engine. The increase in effective power is achieved by increasing the number of working chambers in which the thermodynamic cycle of the internal combustion engine is realized per revolution of the rotor, as well as due to the higher rotor speed, which, when using non-contact seals, can have limitations only in the efficiency of gas-dynamic processes: blowing and filling working chambers with air, bypassing hot gas, releasing hot gas from working chambers, or by the time of the fuel combustion process. The reduction in dry engine weight is due to the absence of a gear wheel and gear. The increase in mechanical efficiency in the claimed engine is provided due to the absence of gears and gears that are engaged, and through the use of non-contact seals. In the claimed engine, most of the gaps between the working parts that need to be sealed are formed by sufficiently large cylindrical surfaces, which allows them to be sealed quite effectively by non-contact seals and thereby increase the mechanical efficiency of the engine.

На фиг.1 схематично показан в разрезе роторный двигатель; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1; на фиг.4 - часть развернутого на плоскости сечения двигателя по радиусу R.Figure 1 is a schematic sectional view of a rotary engine; figure 2 is a section aa of figure 1; figure 3 is a section bB of figure 1; figure 4 - part of the unfolded on the plane of the cross section of the engine along the radius R.

На фиг.1-4 стрелками показаны направления движения рабочего тела в газовоздушном тракте; ω - направление вращения ротора, u - направление перемещения ротора.In Figs. 1-4, arrows indicate the directions of movement of the working fluid in the gas-air path; ω is the direction of rotation of the rotor, u is the direction of movement of the rotor.

Роторный двигатель (фиг.1) содержит корпус 1 и вращающийся в нем ротор 2. Наружная окружная поверхность внешней стенки 3 ротора 2 герметично прилегает к внутренней окружной поверхности корпуса 1. Герметичность прилегания указанных поверхностей обеспечивается минимальными зазорами и бесконтактными уплотнениями 4, установленными в корпусе 1. На корпусе 1 равномерно по окружности установлены шестнадцать цилиндрических рабочих камер, последовательно пронумерованных с 5 по 20 (фиг.2, 3). Каждая рабочая камера имеет по одному окну 21, выполненному по всей длине рабочей камеры и совмещенному с соответствующим окном в корпусе 1. Внутри каждой рабочей камеры (фиг.1) установлена перегородка 22, разделяющая рабочую камеру на основную 23 и дополнительную 24 части. Основная часть 23 рабочей камеры предназначена для осуществления термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания, а дополнительная часть 24 рабочей камеры предназначена для заполнения дополнительным воздухом, не участвующем в процессе сгорания топлива. Внутри ротора 2 (фиг.2, 3, 4) размещен воздушный канал 25 для подвода воздуха к рабочим камерам. Входное окно 26 (фиг.4) воздушного канала 25 расположено на радиальной поверхности ротора 2, а выходное окно 27 воздушного канала 25 расположено на наружной окружной поверхности ротора 2. Внутри ротора 2 размещен выпускной канал 28 (фиг.2, 3, 4) для отвода рабочего тела из рабочих камер в процессе их продувки и заполнения воздухом. Входное окно 29 (фиг.4) выпускного канала 28 расположено на наружной окружной поверхности ротора 2, а выходное окно 30 выпускного канала 28 расположено на радиальной поверхности ротора 2. Выходное окно 27 воздушного канала 25 и входное окно 29 выпускного канала 28, расположенные на наружной окружной поверхности ротора 2, имеют участки одновременного совмещения с окнами 21 рабочих камер для осуществления продувки и заполнения рабочих камер воздухом. Выходное окно 27 и входное окно 29 (фиг.4) одновременно совмещены с окнами 21 рабочих камер 5, 6, 7. Внутри ротора 2 установлен рабочий канал 31 (фиг.2, 3) для выпуска горячего газа и дополнительного воздуха из рабочих камер и преобразования их избыточной энергии в крутящий момент на роторе 2. Входное окно 32 рабочего канала 31 расположено на наружной окружной поверхности ротора 2, а выходное окно 33 рабочего канала 31 расположено на радиальной поверхности ротора 2 (фиг.3). Для увеличения крутящего момента на роторе 2 в рабочем канале 31 установлены рабочие лопатки 34, 35, 36. В роторе 2 установлены перепускные каналы 37, 38, 39, 40 (фиг.2), каждый из которых имеет одно впускное и одно выпускное окна на наружной окружной поверхности ротора 2 и предназначен для соединения между собой при вращении ротора 2 основных частей 23 рабочих камер, в которых процесс сгорания топлива завершился, и основных частей 23 рабочих камер, заполненных воздухом, для осуществления процесса сжатия воздуха перепускаемым горячим газом. Входное окно 41 (фиг.2) перепускного канала 37 совмещено с окном рабочей камеры 13, а выходное окно 42 - с окном рабочей камеры 11; входное окно 43 перепускного канала 38 совмещено с окном рабочей камеры 14, а выходное окно 44 - с окном рабочей камеры 10; входное окно 45 перепускного канала 39 совмещено с окном рабочей камеры 15, а выходное окно 46 - с окном рабочей камеры 9; входное окно 47 перепускного канала 40 совмещено с окном рабочей камеры 16, а выходное окно 48 - с окном рабочей камеры 8. Выходные участки перепускных каналов 37, 38, 39, 40 выполнены примыкающими к наружной стенке 3 ротора 2 в преимущественно окружном направлении для тангенциального подвода перепускаемого газового потока в основные части 23 рабочих камер. На внешней окружной поверхности ротора 2 выполнен соединительный канал 49, предназначенный для соединения в процессе вращения ротора 2 основных частей 23 рабочих камер, после перепуска из них горячего газа, с дополнительными частями 24 рабочих камер, заполненными дополнительным воздухом, для осуществления сжатия дополнительного воздуха. Соединительный канал 49 (фиг.2, 3, 4) соединяет между собой основную часть рабочей камеры 18 и дополнительную часть рабочей камеры 17. Вал 50 (фиг.1) ротора 2 установлен на двух опорах 51, 52. Корпус 1 связан с опорой 51 через лопаточный направляющий аппарат 53, направляющий воздушный поток из ресивера 54 в воздушный канал 25 (фиг.4). Воздух поступает в ресивер 54 по трубопроводу 55 из устройства турбонаддува воздуха (на чертежах не показано). Корпус 1 связан с опорой 52 (фиг.1) через сопловой аппарат 56, направляющий поток рабочего тела из роторного двигателя на рабочее колесо активной турбины 57, жестко закрепленное на валу 50 и предназначенное для дополнительного преобразования кинетической энергии потока рабочего тела в крутящий момент на роторе двигателя. Лопатки 58 рабочего колеса активной турбины 57 (фиг.4) установлены в области выходных окон 30 и 33 выпускного канала 28 и рабочего канала 31 соответственно. За рабочим колесом 57 расположен канал 59, соединяющий роторный двигатель с устройством турбонаддува воздуха, в котором неиспользованная в роторном двигателе кинетическая энергия рабочего тела преобразуется в увеличение внутренней энергии и давления подаваемого в роторный двигатель воздуха. В основных частях 23 рабочих камер (фиг.1) установлены устройства 60, содержащие топливные форсунки и свечи зажигания.The rotary engine (figure 1) contains a housing 1 and a rotor rotating therein 2. The outer circumferential surface of the outer wall 3 of the rotor 2 is hermetically adjacent to the inner circumferential surface of the housing 1. The tightness of the fit of these surfaces is ensured by minimal gaps and non-contact seals 4 installed in the housing 1 On the housing 1, sixteen cylindrical working chambers are sequentially numbered from 5 to 20 (FIGS. 2, 3). Each working chamber has one window 21, made along the entire length of the working chamber and combined with a corresponding window in the housing 1. Inside each working chamber (Fig. 1), a partition 22 is installed that separates the working chamber into a main 23 and an additional 24 parts. The main part 23 of the working chamber is designed to carry out the thermodynamic cycle of the internal combustion engine, and the additional part 24 of the working chamber is designed to fill with additional air that is not involved in the combustion process. Inside the rotor 2 (Fig.2, 3, 4) there is an air channel 25 for supplying air to the working chambers. The input window 26 (figure 4) of the air channel 25 is located on the radial surface of the rotor 2, and the output window 27 of the air channel 25 is located on the outer circumferential surface of the rotor 2. Inside the rotor 2 there is an exhaust channel 28 (figure 2, 3, 4) for removal of the working fluid from the working chambers during their purging and filling with air. The input window 29 (figure 4) of the exhaust channel 28 is located on the outer circumferential surface of the rotor 2, and the output window 30 of the exhaust channel 28 is located on the radial surface of the rotor 2. The output window 27 of the air channel 25 and the input window 29 of the exhaust channel 28 located on the outer the circumferential surface of the rotor 2, have areas of simultaneous alignment with the windows 21 of the working chambers for purging and filling the working chambers with air. The exit window 27 and the inlet window 29 (FIG. 4) are simultaneously aligned with the windows 21 of the working chambers 5, 6, 7. Inside the rotor 2, a working channel 31 (FIG. 2, 3) is installed for discharging hot gas and additional air from the working chambers and converting their excess energy into torque on the rotor 2. The input window 32 of the working channel 31 is located on the outer circumferential surface of the rotor 2, and the output window 33 of the working channel 31 is located on the radial surface of the rotor 2 (figure 3). To increase the torque on the rotor 2 in the working channel 31, working blades 34, 35, 36 are installed. In the rotor 2 there are bypass channels 37, 38, 39, 40 (Fig. 2), each of which has one inlet and one outlet window on the outer circumferential surface of the rotor 2 and is designed to connect with each other during rotation of the rotor 2 the main parts 23 of the working chambers in which the fuel combustion process is completed, and the main parts 23 of the working chambers filled with air to carry out the process of compressing air by-pass hot gas. The input window 41 (figure 2) of the bypass channel 37 is aligned with the window of the working chamber 13, and the output window 42 is with the window of the working chamber 11; the input window 43 of the bypass channel 38 is aligned with the window of the working chamber 14, and the output window 44 is with the window of the working chamber 10; the input window 45 of the bypass channel 39 is combined with the window of the working chamber 15, and the output window 46 is with the window of the working chamber 9; the input window 47 of the bypass channel 40 is aligned with the window of the working chamber 16, and the output window 48 is aligned with the window of the working chamber 8. The output sections of the bypass channels 37, 38, 39, 40 are made adjacent to the outer wall 3 of the rotor 2 in a predominantly circumferential direction for tangential inlet bypassed gas flow into the main parts of 23 working chambers. On the outer circumferential surface of the rotor 2, a connecting channel 49 is made for connecting the main parts 23 of the working chambers during rotation of the rotor 2, after passing hot gas from them, with additional parts 24 of the working chambers filled with additional air to compress additional air. The connecting channel 49 (Fig.2, 3, 4) connects the main part of the working chamber 18 and the additional part of the working chamber 17. The shaft 50 (Fig.1) of the rotor 2 is mounted on two bearings 51, 52. The housing 1 is connected to the support 51 through the blade guide apparatus 53, directing the air flow from the receiver 54 into the air channel 25 (figure 4). Air enters the receiver 54 through a pipe 55 from a turbocharger (not shown). The housing 1 is connected to the support 52 (Fig. 1) through a nozzle device 56, directing the flow of the working fluid from the rotary engine to the impeller of the active turbine 57, rigidly mounted on the shaft 50 and intended for additional conversion of the kinetic energy of the flow of the working fluid into torque on the rotor engine. The blades 58 of the impeller of the active turbine 57 (figure 4) are installed in the area of the output windows 30 and 33 of the exhaust channel 28 and the working channel 31, respectively. Behind the impeller 57 there is a channel 59 connecting the rotary engine with a turbocharger, in which the kinetic energy of the working fluid, not used in the rotary engine, is converted into an increase in the internal energy and pressure of the air supplied to the rotary engine. In the main parts 23 of the working chambers (Fig. 1), devices 60 are installed containing fuel nozzles and spark plugs.

Двигатель работает следующим образом. Воздух, предварительно сжатый в устройстве турбонаддува, по трубопроводу 55 (фиг.1) поступает в ресивер 54. При вращении ротора 2 воздух по воздушному каналу 25 (фиг.4) поступает в рабочие камеры при совмещении выходного окна 27 воздушного канала 25 с окнами рабочих камер. Заполнение воздухом и продувка рабочих камер осуществляется одновременно в трех рабочих камерах (рабочие камеры 5, 6, 7). Окна этих рабочих камер частично совмещены с выходным окном 27 воздушного канала 25 и частично с входным окном 29 выпускного канала 28 для обеспечения удаления продуктов сгорания и заполнения рабочих камер воздухом. Заполнение воздухом и продувка одновременно в нескольких камерах позволяет уменьшить пульсации давления и скорости воздушного потока. В процессе продувки и заполнения воздухом в рабочих камерах образуется вращающийся воздушный поток, который заполняет рабочую камеру со стороны входа в двигатель, при заполнении смещаясь в сторону выхода из двигателя и вытесняя горячий газ из основных частей 23 рабочих камер и дополнительный воздух с продуктами сгорания из дополнительных частей 24 рабочих камер в выпускной канал 28. После окончания продувки и заполнения рабочих камер воздухом в основные части 23 рабочих камер 8, 9, 10 и 11 (фиг.2) последовательно осуществляется преимущественно тангенциальный подвод через перепускные каналы 37, 38, 39, 40 горячего газа, полученного в результате сгорания топлива в основных частях 23 рабочих камер 13, 14, 15, 16. В основных частях рабочих камер 8, 9, 10 и 11 последовательно осуществляется сжатие воздуха за счет заполнения части объема этих камер сжатым и нагретым газом. Перепуск газа по четырем перепускным каналам позволяет обеспечить высокую степень сжатия воздуха и эффективность работы заявленного роторного двигателя. Газ, перепускаемый в основные части рабочих камер по перепускным каналам 37, 38, 39, 40, подводится преимущественно тангенциально за счет высокой скорости перепускаемого газового потока, а также за счет примыкания выходных частей перепускных каналов 37, 38, 39, 40 к внешней стенке 3 ротора 2 в направлении, близком к окружному (фиг.2). Вследствие значительно более высокой скорости перепускаемого газового потока в основной части 23 рабочей камеры происходит расслоение газового и воздушного потоков, при этом кольцевой газовый поток вращается вокруг смещенного к оси камеры воздушного потока в противоположном направлении. Противоположное вращение потока горячего газа и потока воздуха в рабочей камере приводит к небольшому снижению скорости газового потока вследствие передачи части момента количества движения от газового потока к воздушному. Движение без значительного торможения перепускаемого газового потока в основных частях 23 рабочих камер позволяет уменьшить потери полного давления, возникающие при торможении газового потока, и повысить эффективность работы двигателя. Горячий газ, имеющий высокую температуру и вращающийся вокруг воздушного потока, способствует быстрому испарению, воспламенению и сгоранию топлива, подаваемого форсунками в осевую область основной части 23 рабочей камеры, занятой воздушным потоком. Сгорание топлива происходит при постоянном объеме камеры, когда окно 21 рабочей камеры (рабочая камера 12 на фиг.2) перекрыто внешней стенкой 3 ротора 2. После сгорания топлива осуществляется последовательно перепуск части продуктов сгорания - горячего газа из основных частей 23 рабочих камер 13, 14, 15, 16 (фиг.2). После перепуска производится выпуск горячего газа через соединительный канал 49 из основной части 23 рабочей камеры в дополнительную часть 24 рабочей камеры. Горячий газ, поступающий в дополнительную часть 24 рабочей камеры, осуществляет сжатие находящегося в ней дополнительного воздуха. На фиг.2, 3, 4 показано соединение каналом 49 основной части 23 рабочей камеры 18 в дополнительной части 24 рабочей камеры 17. В результате перепуска происходит уменьшение давления горячего газа в основной части 23 рабочей камеры и увеличение давления дополнительного воздуха в дополнительной части 24 рабочей камеры перед выпуском горячего газа и дополнительного воздуха в рабочий канал 31, в котором энергия рабочего тела преобразуется в крутящий момент на роторе 2. Необходимость снижения давления горячего газа перед выпуском его в рабочий канал 31 обусловлена небольшими значениями перепада давлений или степени расширения рабочего тела, которые можно фактически реализовать в рабочем канале 31, и большими значениями располагаемого перепада давления горячего газа. Снижение давления горячего газа при его перепуске по каналу 49 позволяет понизить располагаемую степень расширения горячего газа до значения, близкого к фактически реализуемому при расширении горячего газа в рабочем канале 31. За счет этого обеспечивается снижение потерь работы цикла с кинетической энергией истекающего из двигателя горячего газа. Сжатый горячим газом дополнительный воздух также совершает полезную работу и создает крутящий момент на роторе 2 при расширении в рабочем канале 31. Количество дополнительного воздуха определяется из условия обеспечения минимальных потерь с кинетической энергией истекающего из двигателя рабочего тела. Выпуск горячего газа и дополнительного воздуха в рабочий канал 31 (фиг.2, 3) осуществляется из рабочих камер 19, 20. Оставшиеся в рабочих камерах после выпуска в рабочий канал 31 горячий газ и дополнительный воздух удаляются через выпускной канал 28 в процессе продувки и заполнения рабочих камер воздухом (камеры 5, 6, 7 на фиг.2). Далее процесс повторяется. Горячий газ, истекающий из рабочего канала 31, а также часть горячего газа и дополнительный воздух, удаляемые из рабочих камер через выпускной канал 28, поступают в сопловой аппарат 56 и затем в рабочее колесо активной турбины 57, в котором дополнительно кинетическая энергия рабочего тела преобразуется в крутящий момент на валу 50 ротора 2 двигателя. Дополнительно установленная на выходе из роторного двигателя активная турбина позволяет увеличить фактически срабатываемый перепад давления горячего газа при совершении им полезной работы расширения и создания крутящего момента на роторе 2. После рабочего колеса активной турбины 57 рабочее тело направляется по каналу 59 в устройство для турбонаддува воздуха, в котором избыточная кинетическая энергия рабочего тела преобразуется в увеличение давления воздуха, подаваемого в роторный двигатель. За один оборот ротора 2 в каждой рабочей камере осуществляется полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания. При запуске двигателя раскрутка ротора 2 осуществляется стартером, а воспламенение топливовоздушной смеси - свечами зажигания, установленными в узле 60 каждой рабочей камеры. Воспламенение топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя осуществляется перепускаемым горячим газом. Регулирование частоты вращения ротора 15 может производиться за счет изменения подачи топлива.The engine operates as follows. Air pre-compressed in a turbocharger device, through a pipe 55 (Fig. 1) enters the receiver 54. When the rotor 2 rotates, air flows through the air channel 25 (Fig. 4) into the working chambers when the output window 27 of the air channel 25 is combined with the working windows cameras. Filling with air and purging of the working chambers is carried out simultaneously in three working chambers (working chambers 5, 6, 7). The windows of these working chambers are partially aligned with the output window 27 of the air channel 25 and partially with the input window 29 of the exhaust channel 28 to ensure the removal of combustion products and fill the working chambers with air. Filling with air and purging simultaneously in several chambers reduces pressure pulsations and air flow rates. In the process of purging and filling with air in the working chambers, a rotating air flow is formed, which fills the working chamber from the side of the engine inlet, shifting toward the exit from the engine when filling and displacing hot gas from the main parts of the 23 working chambers and additional air with combustion products from additional parts 24 of the working chambers into the exhaust channel 28. After the purge and filling of the working chambers with air into the main parts 23 of the working chambers 8, 9, 10 and 11 (Fig. 2), mainly t Angular supply through the bypass channels 37, 38, 39, 40 of hot gas resulting from the combustion of fuel in the main parts of 23 working chambers 13, 14, 15, 16. In the main parts of the working chambers 8, 9, 10 and 11, air is compressed sequentially by filling part of the volume of these chambers with compressed and heated gas. Bypassing gas through four bypass channels allows for a high degree of air compression and the efficiency of the declared rotary engine. The gas bypassed into the main parts of the working chambers through the bypass channels 37, 38, 39, 40, is supplied mainly tangentially due to the high speed of the bypassed gas stream, as well as due to the adjoining output parts of the bypass channels 37, 38, 39, 40 to the outer wall 3 rotor 2 in a direction close to the circumferential (figure 2). Due to the significantly higher speed of the bypassed gas stream in the main part 23 of the working chamber, gas and air flows are stratified, while the annular gas stream rotates in the opposite direction around the air stream displaced to the axis of the chamber. The opposite rotation of the hot gas flow and the air flow in the working chamber leads to a slight decrease in the gas flow velocity due to the transfer of part of the momentum from the gas flow to the air. The movement without significant inhibition of the bypassed gas stream in the main parts of the 23 working chambers allows to reduce the total pressure loss that occurs when the gas stream is braked and to increase the efficiency of the engine. Hot gas having a high temperature and rotating around the air stream contributes to the rapid evaporation, ignition and combustion of the fuel supplied by the nozzles to the axial region of the main part 23 of the working chamber occupied by the air stream. The combustion of fuel occurs with a constant volume of the chamber, when the window 21 of the working chamber (working chamber 12 in FIG. 2) is blocked by the outer wall 3 of the rotor 2. After combustion of the fuel, part of the combustion products — hot gas from the main parts 23 of the working chambers 13, 14 is sequentially passed. , 15, 16 (figure 2). After the bypass, hot gas is released through the connecting channel 49 from the main part 23 of the working chamber to an additional part 24 of the working chamber. The hot gas entering the additional part 24 of the working chamber compresses the additional air contained therein. Figure 2, 3, 4 shows the connection by the channel 49 of the main part 23 of the working chamber 18 in the additional part 24 of the working chamber 17. As a result of the bypass, the hot gas pressure in the main part 23 of the working chamber is reduced and the pressure of the additional air in the additional part 24 of the working chamber before the release of hot gas and additional air into the working channel 31, in which the energy of the working fluid is converted into torque on the rotor 2. The need to reduce the pressure of hot gas before releasing it into the working channel 31 about understood small values of differential pressure or degree of expansion of the working body, which can be actually implemented in the working channel 31, and high values disposable hot gas differential pressure. Reducing the pressure of the hot gas during its passage through the channel 49 allows to reduce the available degree of expansion of the hot gas to a value close to that actually realized when the hot gas expands in the working channel 31. This ensures a decrease in the loss of operation of the cycle with the kinetic energy of the hot gas flowing from the engine. Compressed hot gas additional air also does a useful job and creates a torque on the rotor 2 when expanding in the working channel 31. The amount of additional air is determined from the condition of ensuring minimal losses with kinetic energy of the working fluid flowing from the engine. The release of hot gas and additional air into the working channel 31 (FIGS. 2, 3) is carried out from the working chambers 19, 20. The hot gas and additional air remaining in the working chambers after being released into the working channel 31 are removed through the exhaust channel 28 during purging and filling working chambers with air (chambers 5, 6, 7 in figure 2). The process is then repeated. Hot gas flowing out of the working channel 31, as well as part of the hot gas and additional air removed from the working chambers through the exhaust channel 28, enter the nozzle apparatus 56 and then into the impeller of the active turbine 57, in which the kinetic energy of the working fluid is converted into torque on the shaft 50 of the rotor 2 of the engine. Additionally, an active turbine installed at the outlet of the rotary engine allows to increase the actually triggered pressure drop of hot gas when it performs useful work of expansion and creating torque on the rotor 2. After the impeller of the active turbine 57, the working fluid is directed through channel 59 to the device for turbocharging, in which the excess kinetic energy of the working fluid is converted into an increase in air pressure supplied to the rotary engine. For one revolution of the rotor 2 in each working chamber, a complete duty cycle of the internal combustion engine is carried out. When the engine is started, the rotation of the rotor 2 is carried out by the starter, and the air-fuel mixture is ignited by the spark plugs installed in the node 60 of each working chamber. The ignition of the air-fuel mixture during engine operation is carried out by hot gas bypassed. The speed control of the rotor 15 can be made by changing the fuel supply.

Основное преимущество заявленного роторного двигателя по сравнению с прототипом заключается в более низком значении удельной массы, а также в более высоком значении механического КПД, позволяющем улучшить экономичность двигателя. Кроме этого, использование в заявленном роторном двигателе бесконтактных уплотнений позволяет значительно увеличить ресурс его работы.The main advantage of the claimed rotary engine compared with the prototype is a lower specific gravity, as well as a higher value of mechanical efficiency, which allows to improve the efficiency of the engine. In addition, the use of non-contact seals in the inventive rotary engine can significantly increase its service life.

Claims

A rotary engine comprising a housing and a rotor rotating in it, characterized in that the rotor is made in the form of a body of revolution with a tight fit of its outer circumferential surface to the inner circumferential surface of the housing, working chambers having the shape of a rotational body are uniformly mounted on the circumference, and each the working chamber is equipped with one window, made along the entire length of the working chamber and combined with the corresponding window in the engine housing, in each working chamber there is a partition separating the working chamber to the main and additional parts, while the main part of the working chamber is designed to carry out the thermodynamic cycle of the internal combustion engine, and the additional part of the working chamber is designed to fill with additional air that is not involved in the fuel combustion process, an air channel is installed inside the rotor for supplying air to the working chambers while the inlet window of the air channel is located on the radial surface of the rotor, and the outlet window of the air channel is located on the outer circumferential The surface of the rotor, inside the rotor there is an exhaust channel for the removal of combustion products from the working chambers during their purging and filling with air, while the input window of the exhaust channel is located on the outer circumferential surface of the rotor, and the output window of the exhaust channel is located on the radial surface of the rotor, the output window of the air the channel and the input window of the exhaust channel have sections of simultaneous alignment with the windows of the working chambers for purging and filling the working chambers with air, a working space is installed inside the rotor Al for the release of hot gas and additional air from the working chambers and converting their excess energy into torque on the rotor of the engine, while the input window of the working channel is located on the outer circumferential surface of the rotor, and the output window of the working channel is located on the radial surface of the rotor, the rotor is installed bypass channels, each of which has an inlet and outlet window on the outer circumferential surface of the rotor and is designed to connect to each other during rotation of the rotor the main parts of the working space Er, in which the process of combustion of fuel is completed, and the main parts of the working chambers filled with air, for the implementation of the air compression process, the outlet sections of the bypass channels are made adjacent to the outer wall of the rotor in a predominantly circumferential direction for the tangential supply of the bypassed gas stream to the main parts of the working chambers, a connecting channel is made on the outer circumferential surface of the rotor, designed to connect the main parts of the working chambers after the rotor rotates of them hot gas with additional parts of the working chambers filled with additional air to compress additional air.