RU2294444C1 - Rotary-vane internal combustion engine - Google Patents
Rotary-vane internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2294444C1 RU2294444C1 RU2005126219/06A RU2005126219A RU2294444C1 RU 2294444 C1 RU2294444 C1 RU 2294444C1 RU 2005126219/06 A RU2005126219/06 A RU 2005126219/06A RU 2005126219 A RU2005126219 A RU 2005126219A RU 2294444 C1 RU2294444 C1 RU 2294444C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- blades
- point
- engine
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве силового агрегата в автотранспорте и других передвижных и стационарных силовых установках.The invention relates to engine building, namely to rotary vane internal combustion engines, and can be used as a power unit in vehicles and other mobile and stationary power plants.
Известен классический поршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из корпуса-картера с рабочими камерами (цилиндрами), поршней и кривошипно-шатунного механизма. В сравнении с предлагаемой конструкцией ДВС, основным недостатком поршневого двигателя с кривошипно-шатунным механизмом является наличие возвратно-поступательного движения поршня и шатуна при работе двигателя, что влечет за собой постоянное движение с ускорением данных деталей и, как следствие, значительные потери на трение и на саму динамику механизма в целом.A classic piston internal combustion engine is known, consisting of a housing-crankcase with working chambers (cylinders), pistons and a crank mechanism. Compared with the proposed ICE design, the main disadvantage of a piston engine with a crank mechanism is the presence of reciprocating motion of the piston and connecting rod during engine operation, which entails constant movement with acceleration of these parts and, as a result, significant friction losses and the very dynamics of the mechanism as a whole.
Известен также роторно-поршневой ДВС конструкции Ф.Ванкеля, состоящий из неподвижного статора-картера и трехгранного ротора-поршня, движущегося по эпитрохоиде и отсекающего при своем движении между статором и ротором полости переменного объема. Недостатком такой конструкции является неравномерность движения ротора, влекущая за собой быстрый износ деталей, в результате чего траектория ротора перестает соответствовать сложной кривой эпитрохоиде, нарушается герметичность отсекаемых объемов и пропадает компрессия.Also known is the rotor-piston internal combustion engine of the design of F. Wankel, consisting of a fixed stator-crankcase and a trihedral rotor-piston moving along the epitrochoid and cutting off during its movement between the stator and the rotor of the cavity of variable volume. The disadvantage of this design is the uneven movement of the rotor, entailing rapid wear of parts, as a result of which the rotor trajectory ceases to correspond to a complex epitrochoid curve, the tightness of the cut-off volumes is broken, and the compression disappears.
Технической задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно недостатков кривошипно-шатунного механизма, в котором тепловая энергия сгорания топлива сначала преобразуется в прямолинейное движение поршня, а уже затем со значительными потерями во вращательное движение коленчатого вала. В предлагаемом устройстве энергия сгорания топлива сразу преобразуется во вращательную энергию вала ротора, благодаря чему достигается значительное снижение механических потерь, повышение надежности, устранение шума и вибрации. При работе двигателя в его рабочей полости происходят те же химические процессы, что и в рабочей полости цилиндра четырехтактного ДВС, так же присутствует процесс впуска, происходящий при разрежении относительно атмосферного давления, процесс сжатия рабочей смеси, вызывающий ее разогрев, процесс воспламенения от электрической искры и расширение с совершением работы и процесс выпуска отработанных газов путем их выталкивания из рабочей полости в выхлопную систему. Изобретение позволяет с помощью применения новой кинематической схемы и конструкции получить более высокое соотношение мощности и крутящего момента к общей массе агрегата, а также получить более высокий КПД.An object of the invention is to eliminate the above drawbacks, namely, the drawbacks of the crank mechanism, in which the thermal energy of fuel combustion is first converted into a linear motion of the piston, and then with significant losses in the rotational movement of the crankshaft. In the proposed device, the combustion energy of the fuel is immediately converted into rotational energy of the rotor shaft, thereby achieving a significant reduction in mechanical losses, improving reliability, eliminating noise and vibration. When the engine is operating in its working cavity, the same chemical processes occur as in the working cavity of the cylinder of a four-stroke internal combustion engine, there is also an intake process that occurs during rarefaction relative to atmospheric pressure, the compression of the working mixture, causing it to heat up, the process of ignition from an electric spark and expansion with the completion of work and the process of releasing exhaust gases by pushing them from the working cavity into the exhaust system. The invention allows using a new kinematic scheme and design to obtain a higher ratio of power and torque to the total mass of the unit, as well as to obtain a higher efficiency.
Техническая задача достигается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, содержащем статор и ротор с подвижными лопастями, согласно изобретению, статор имеет точку фрикционного контакта с ротором и разделительный ролик, разделяющие пространство между ротором и статором на объемные части, с отверстиями для поступления рабочей смеси и удаления отработанных газов, в которых происходят термодинамические процессы расширения и сжатия рабочей смеси. Подвижные лопасти синхронизированы между собой посредством шестеренчатого зацепления непосредственно или через промежуточные шестерни. На внутренней поверхности торцевых крышек статора выполнены замкнутые желоба-канавки, обеспечивающие прилегание кромки лопасти к поверхности статора и положение лопастей в зависимости от положения ротора при вращении. Тело ротора располагается на оси вращения (на валу), а лопасти ротора при прохождении точки фрикционного контакта, вращаясь на оси ротора или передвигаясь по дуге из одного крайнего положения в другое, ограничивая двумя гранями сжатый объем газа между собой и телом статора, переносят его через точку фрикционного контакта из области сжатия в область сгорания и расширения.The technical problem is achieved in that in a rotary vane internal combustion engine containing a stator and a rotor with movable blades, according to the invention, the stator has a friction contact point with the rotor and a separation roller dividing the space between the rotor and the stator into volumetric parts, with openings for entry working mixture and exhaust gas removal, in which thermodynamic processes of expansion and compression of the working mixture take place. The moving blades are synchronized with each other by gearing directly or via intermediate gears. On the inner surface of the end caps of the stator, closed grooves-grooves are made to ensure that the blade edges fit to the stator surface and the position of the blades depending on the position of the rotor during rotation. The rotor body is located on the axis of rotation (on the shaft), and the rotor blades when passing the point of friction contact, rotating on the axis of the rotor or moving along an arc from one extreme position to another, limiting the compressed volume of gas between each other and the stator body by two faces, transfer it through point of frictional contact from the compression region to the region of combustion and expansion.
Чертежи, поясняющие изобретение:Drawings illustrating the invention:
фиг.1 - роторно-лопастной двигатель - поперечный разрез;figure 1 - rotary vane engine - cross section;
фиг.2, 3, 4, 5 - поперечные разрезы различных вариантов ротора двигателя;figure 2, 3, 4, 5 - cross sections of various variants of the rotor of the engine;
фиг.6 - схема, поясняющая принцип работы двигателя;6 is a diagram explaining the principle of operation of the engine;
фиг.7, 8, 9, 10 - роторно-лопастной двигатель при различных положениях ротора - поперечный разрез;7, 8, 9, 10 - rotary vane engine at different positions of the rotor is a transverse section;
фиг.11 - второй вариант роторно-лопастного двигателя - поперечный и продольный осевой разрезы.11 is a second variant of a rotary vane engine - transverse and longitudinal axial sections.
На фиг.1 изображена общая схема двигателя. Двигатель содержит корпус-картер (статор) 1, в цилиндрической усеченной полости которого располагается ротор 2 с осью вращения. В свою очередь ротор 2 содержит две серповидные плавающие в теле ротора лопасти 3, соединенные между собой посредством зубчатого зацепления, для синхронизации выполненного во внутренней части ротора. Двигатель имеет разделительный ролик 4, вал которого соединен с валом ротора внешними синхронизирующими шестернями с передаточным отношением 2/1. По обеим сторонам от разделительного ролика в статоре 1 выполнены отверстия 5, которые служат для подачи горючей смеси и выпуска отработанных газов соответственно. Двигатель центрально-симметричен, в верхней части имеется точка фрикционного контакта 6 между статором 1 и ротором 2, разделяющая пространство между ротором и статором на камеры 7 и 8 сверху, и разделительным роликом 4 снизу. При вращении ротора 2 по часовой стрелке камера 7 будет камерой сжатия, а камера 8 камерой сгорания. Цилиндрический ролик 4 без проскальзывания катится по телу ротора 2 и имеет два продольных паза 9, которые служат для пропуска лопастей ротора 3. На фиг.2 представлено осевое сечение внутренней части ротора 2. Серповидные лопасти 3, внутри ротора 2, катаются в симметричных дугообразных пазах 10 и в нижней своей части имеют между собой жесткое зубчатое зацепление 11, которое служит для синхронизации положения лопастей друг относительно друга. Таким образом, ротор представляет собой полый цилиндр, внутри которого находится механизм качения и шестеренчатого сопряжения лопастей ротора.Figure 1 shows a General diagram of the engine. The engine contains a housing-crankcase (stator) 1, in the cylindrical truncated cavity of which is located the
На фиг.3, 4 и 5 представлены другие варианты конструктивного выполнения ротора, или точнее роторно-лопастного механизма. На фиг.3 показан вариант ротора, у которого лопасти представляют собой два усеченных цилиндра, имеющих между собой зубчатое синхронизирующее зацепление 11 и проворачивающихся на осях 13 тела ротора 2. Лопасти-цилиндры ротора 2 с наружной стороны имеют продольные выточки в виде полумесяца в поперечном сечении, образуя в объеме выточки, камеру сгорания, а краем выточки образуя вершину лопасти. На фиг.4 показан вариант ротора 2 с вращающимися на осях тела ротора 2 цилиндрическими лопастями такой же формы, как и на фиг.3, зубчатое зацепление 11 которых выполнено через две промежуточные шестерни 12, благодаря чему удалось увеличить соотношение диаметра ротора 2 и диаметра цилиндрической лопасти 3. На фиг.5 представлено осевое сечение ротора 2, лопастями 3 которого служат прямоугольные пластины, которые при работе двигателя совершают возвратно-поступательные передвижения по желобам ротора 2. Для их синхронного перемещения служат цилиндрические шестерни 12. На оси ротора 2, в месте взаимного пересечения, прямоугольные лопасти 3 имеют центральные выточки, которая входит одна в другую.Figure 3, 4 and 5 show other options for the structural design of the rotor, or rather the rotor-blade mechanism. Figure 3 shows a variant of the rotor, in which the blades are two truncated cylinders, having a synchronized
На фиг.6 схематично показаны различные положения ротора во время работы. Особенностью и явным преимуществом данной конструкции по сравнению с другими ДВС является отсутствие какого бы то ни было газораспределительного механизма. Вся система газораспределения состоит из впускного отверстия и отверстия для выпуска отработанных газов в теле статора 1. Автор исходит из того, что для работы двигателя необходима такая же горючая смесь, как и для поршневых ДВС, поэтому система подготовки горючей смеси в данном описании не рассматривается. Внутренняя поверхность статора 1 по форме представляет собой усеченный сверху цилиндр. Внутренняя стенка статора выполнена из высоколегированной жаропрочной стали, обработана и отполирована с высокой точностью, чтобы при скольжении по ней кромки лопасти ротора обеспечить максимальное ее прилегание для получения наибольшей компрессии. На внутренней поверхности торцевых крышек статора 1 выполнены замкнутые желоба-канавки такой формы, при скольжении по которым направляющих штифтов 20 лопастей ротора обеспечивается прилегание кромки лопасти к поверхности статора и нужное положение лопастей в зависимости от положения ротора при вращении.6 schematically shows the various positions of the rotor during operation. A feature and a clear advantage of this design in comparison with other internal combustion engines is the absence of any gas distribution mechanism. The entire gas distribution system consists of an inlet and an exhaust outlet in the
Двигатель работает следующим образом: на фиг.7 изображен момент, при котором рабочий объем двигателя разделен на четыре части. При движении ротора по часовой стрелке объемное пространство 14 между ротором и статором является расширяющимся и в него через отверстие 5 в статоре 1 поступает рабочая смесь. Объемное пространство 15, ограниченное ротором, статором, лопастью и точкой фрикционного контакта 6, уменьшается и в нем происходит сжатие рабочей смеси, которая поступила в рабочее пространство двигателя через впускное отверстие 5 при предварительном полуобороте ротора. Объем 16 расширяется и в нем при данном положении ротора происходит сгорание рабочей смеси или рабочий ход. Объем 17 является уменьшающимся и в нем происходит выброс отработанных газов через выпускное отверстие статора. Таким образом, двигатель является четырехтактным ДВС и работает за счет тех же химических процессов окисления топлива, что и классический поршневой ДВС.The engine operates as follows: Fig. 7 shows the moment at which the engine displacement is divided into four parts. When the rotor moves clockwise, the
На фиг.8 изображен момент, при котором ротор провернулся до положения, когда левая лопасть своей верхней контактной кромкой, которая при предварительном положении ротора находилась с ним на одном уровне, достигла точки фрикционного контакта 6, а нижней контактной кромкой достигла места, в котором внутренняя поверхность статора цилиндрической формы изменяется в месте усечения. При этом правая лопасть ротора выступающей контактной кромкой вошла в выточку ролика 4. Таким образом, горючая смесь объема 15 оказалась полностью сжатой и подготовленной для воспламенения и при данном положении ротора она вся сосредоточена в объеме камеры сгорания, образованной серповидной выемкой лопасти 3. Также при данном положении ротора, фиг.8, в объеме 16 закончилась фаза рабочего хода, и сгоревшая смесь при своем дальнейшем расширении устремилась в выхлопную систему двигателя через выхлопное отверстие 5 статора. В сравнении с фиг.7, на фиг.8 объем 17 перестал существовать, а в объеме 14 завершилась фаза наполнения свежей горючей смесью. Также важно отметить, что до момента, изображенного на фиг.8, серповидные лопасти 3 относительно ротора 2 были неподвижны и в момент времени, следующий за моментом, изображенным на фиг.8, они обе синхронно приходят в движение благодаря скольжению направляющих штифтов лопастей по замкнутым желобам-канавкам в торцевых крышках статора. Этот момент изображен на фиг.9. При этом рабочая смесь, подготовленная к воспламенению, продолжает находиться в объеме 15, а точка фрикционного контакта 6, на время прохождения через нее лопасти, перестает существовать. На фиг.10 изображен момент, при котором лопасти 3 прекратили свое движение относительно друг друга и ротора и оказались во втором своем крайнем положении, при этом контактная кромка верхней лопасти, которая при предварительном полуобороте ротора скользила по левой поверхности статора 1, достигла точки фрикционного контакта 6, и в следующий момент времени происходит ее отрыв от поверхности статора. При этом вторая кромка данной лопасти продолжает скользить и быть прижатой к правой части внутренней поверхности статора, а в точке фрикционного контакта 6 опять происходит скольжение тела ротора по телу статора. В момент времени, изображенный на фиг.10, в объеме 15 происходит воспламенение горючей смеси с помощью искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания, смесь воспламеняется, давление резко возрастает, газы давят на лопасть 3 ротора, заставляя его вращаться и совершать положительную работу. При этом объем 16 уменьшается и из двигателя происходит выброс отработанных газов в выхлопную систему. В объеме 14 начинает происходить сжатие предварительно наполненной рабочей смеси и подготовка ее к следующему такту. При дальнейшем повороте ротора он оказывается в положении, изображенном на фиг.7, и рабочий цикл роторно-лопастного двигателя оказывается завершенным. Таким образом, полный рабочий цикл двигателя совершается при повороте ротора на 180 градусов, и цикличность двигателя составляет пол-оборота.Fig. 8 shows the moment at which the rotor turned to the position where the left blade with its upper contact edge, which, when the rotor was in the preliminary position, was at the same level with it, reached the point of
На фиг.11 изображен вариант двигателя без разделительного ролика 4. Преимуществом данной схемы по сравнению с вариантами, изображенными на фиг.1-10, является еще большая компактность, меньшее количество движущихся деталей. В данной компоновке ротор и статор имеют две точки фрикционного контакта 6. Лопасти 3 ротора 2 в осевом сечении имеют форму центрально-симметричного четырехугольника, серповидные стороны которого представлены равными дугами. При работе двигателя лопасти 3 проворачиваются на валах 13 тела ротора 2. Отличие данной конструкции от описанных выше заключается в том, что по кинематической схеме двигатель симметричен и лопасти 2 проходят точки фрикционного контакта 6 симметрично, проворачиваясь при этом синхронно в разные стороны на 90 градусов. Для их синхронизации на роторе выполнен механизм с цилиндрическими шестернями 18 и 19. Шестерни 19 валов лопастей 13 соединены между собой через промежуточную шестерню 18, осью которой служит непосредственно вал ротора 2. На вершинах лопастей, на боковой поверхности, имеются выступы 20, которые при вращении скользят в направляющих желобах крышек статора 1, обеспечивая нужное положение лопасти в зависимости от положения ротора 2. Внутренняя поверхность статора 1, между боковой цилиндрической поверхностью и точками фрикционного контакта 6, имеет форму закругления такого вида, чтобы обеспечивалось контактное скольжение двух кромок лопастей одновременно при проходе лопасти через точку 6 и повороте ее в роторе. В конструкции, изображенной на фиг.11, целесообразно, для увеличения срока службы конструкции в местах фрикционного контакта 6 установить цилиндрические ролики, которые бы без проскальзывания катились по поверхности ротора 2. Также двигатель может иметь различные варианты механизма обеспечения положения и проворота лопастей, отличные от предложенной здесь конструкции с направляющими штифтами 20, скользящими в желобах торцевых крышек статора 1, что не отражается на общем принципе его работы.In Fig.11 shows a variant of the engine without the
Таким образом, в предложенном двигателе работа воспламененной, сгорающей горючей смеси направлена непосредственно на совершение простого вращательного движения, что позволяет уйти от таких негативных процессов, присутствующих в традиционных двигателях, как вибрация или ударные воздействия, что в конечном итоге значительно увеличивает срок их службы. Соотношение литровой мощности к массе и габаритам двигателя значительно более выгодное, чем у поршневых двигателей и роторных конструкций Ф.Ванкеля. Двигатель, по сравнению с традиционными поршневыми, имеет малое количество деталей, что снижает себестоимость его производства, упрощает эксплуатацию и ремонт.Thus, in the proposed engine, the operation of the ignited, burning combustible mixture is aimed directly at performing a simple rotational movement, which allows avoiding such negative processes present in traditional engines as vibration or shock, which ultimately significantly increases their service life. The ratio of liter power to mass and size of the engine is much more favorable than that of piston engines and rotary structures of F. Wankel. The engine, in comparison with traditional piston engines, has a small number of parts, which reduces the cost of its production, simplifies operation and repair.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126219/06A RU2294444C1 (en) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | Rotary-vane internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126219/06A RU2294444C1 (en) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | Rotary-vane internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2294444C1 true RU2294444C1 (en) | 2007-02-27 |
Family
ID=37990708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005126219/06A RU2294444C1 (en) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | Rotary-vane internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2294444C1 (en) |
-
2005
- 2005-08-18 RU RU2005126219/06A patent/RU2294444C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4971002A (en) | Rotary internal combustion engine | |
RU2528796C2 (en) | Internal combustion engine: six-stroke rotary engine with spinning gates, separate rotor different-purpose sections, invariable volume combustion chambers arranged in working rotors | |
KR20070119689A (en) | Radial axis, spherical based rotary machines | |
RU2392460C2 (en) | Rotary-piston internal combustion engine | |
WO2003052245A1 (en) | Sequential rotary piston engine | |
US3902465A (en) | Rotary engine | |
US3902829A (en) | Rotary power device | |
US3435808A (en) | Rotary engine | |
US10920589B2 (en) | Six-stroke rotary-vane internal combustion engine | |
RU2294444C1 (en) | Rotary-vane internal combustion engine | |
WO2008079039A1 (en) | Rotary-vane internal combustion engine | |
RU2477376C2 (en) | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with rotary gates, separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers | |
RU2699864C1 (en) | Volumetric type rotary machine | |
RU2477377C2 (en) | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers | |
RU2054122C1 (en) | Rotor-vane engine | |
RU2422652C2 (en) | Rotary-bladed cold internal combustion engine | |
RU2539412C1 (en) | Rotary two-chamber internal combustion engine | |
RU2754834C1 (en) | Rotary detonation engine | |
RU9263U1 (en) | CONTINUOUS COMBUSTION ROTARY ENGINE | |
RU2799697C1 (en) | Rotary piston internal combustion engine with variable compression rate | |
RU2693550C1 (en) | Internal combustion rotor engine with asymmetric compression and expansion | |
RU2220308C2 (en) | Rotary engine | |
RU2602938C1 (en) | Rotary internal combustion engine | |
JPH028121B2 (en) | ||
US4227506A (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070819 |