RU2297534C1

RU2297534C1 - Rotary piston internal combustion engine

Info

Publication number: RU2297534C1
Application number: RU2005129585/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Георгиевич Масленников (RU); Дмитрий Георгиевич Масленников
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed rotary piston internal combustion engine has body with cylindrical inner working surface, end covers, intake and exhaust ports, spark plug and cylindrical rotor. Rotor is installed eccentrically relative to working surface of body provided with radial movable gates mounted in rotor slots and forming delivery and expansion spaces between body and rotor. Rotor is made with grooves on generatrix. Arc-shaped plates are installed for rocking in said grooves. These hinge-mounted plates follow cylindrical surface of rotor. Number of plate corresponds to number of gates. Bypass groove are made on outer cylindrical surface of rotor between arc-shaped plates and gates. Channels made in slots for gates connect space of slot with outer surface of rotor. Springs are fitted in rotor slots under gates.

EFFECT: increased efficiency of engine in operation, simplified design.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым двигателям внутреннего сгорания и является силовой установкой для мобильных машин.The invention relates to heat engines of internal combustion and is a power plant for mobile machines.

Известен роторно-поршневой двигатель (SU №1017803, Кл. F02В 53/00, 1983 г.), содержащий корпус с внутренней профилированной рабочей поверхностью, торцевые крышки, цилиндрический ротор, установленный на валу и снабженный качающимися поршнями, контактирующими с профилированной рабочей поверхностью корпуса и образующими надпоршневые и подпоршневые объемы, систему газообмена в виде впускных и выпускных окон и свечи зажигания. Каждый поршень двигателя снабжен камерой сгорания с перепускным каналом с обратным клапаном, сообщающим камеру сгорания с подпоршневым объемом; впускные окна и отверстия под свечи зажигания выполнены в торцевой крышке с возможностью сообщения окон с подпоршневыми объемами, а свечей - с камерами сгорания.Known rotary piston engine (SU No. 1017803, CL. F02B 53/00, 1983), comprising a housing with an internal profiled working surface, end caps, a cylindrical rotor mounted on the shaft and equipped with oscillating pistons in contact with the profiled working surface of the housing and forming over-piston and under-piston volumes, gas exchange system in the form of inlet and outlet windows and spark plugs. Each piston of the engine is equipped with a combustion chamber with a bypass channel with a check valve communicating the combustion chamber with a piston volume; inlet windows and openings for spark plugs are made in the end cap with the possibility of message windows with piston volumes, and candles with combustion chambers.

Известный двигатель имеет сложный для изготовления профиль внутренней рабочей поверхности корпуса. Поршни снабжены перепускными каналами с обратными клапанами, которые при высоких температурах не надежны. Кроме того, воспламенение горючей смеси сначала в отдельной камере сгорания, а затем соединение этой камеры с рабочим надпоршневым пространством вызывает задержку в протекании термодинамического рабочего цикла и соответственно снижение его эффективности и вредные динамические нагрузки на детали двигателя.The known engine has a difficult to manufacture profile of the inner working surface of the housing. Pistons are equipped with bypass channels with check valves, which are not reliable at high temperatures. In addition, the ignition of the combustible mixture first in a separate combustion chamber, and then the connection of this chamber with the working piston space causes a delay in the flow of the thermodynamic working cycle and, accordingly, a decrease in its efficiency and harmful dynamic loads on engine parts.

Известен также роторно-поршневой двигатель, включающий корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, закрытой боковыми крышками, в котором установлен цилиндрический ротор-поршень, закрепленный на эксцентриковом валу, радиальные заслонки, двигающиеся в пазах ротора, планетарный механизм, впускные и выпускные окна. При этом в центре корпуса установлен ведущий вал, на котором с внешней стороны ротора-поршня жестко крепится водила с опорами эксцентриковых валов, на концах эксцентриковых валов установлены сателлиты, а к крышкам корпуса прикреплены неподвижные солнечные шестерни (RU №2134805, Кл. F02В 53/00, F01В 13/06, 1999 г.).Also known is a rotary piston engine, comprising a housing with an inner cylindrical working surface closed by side covers, in which a cylindrical rotor piston is mounted on an eccentric shaft, radial shutters moving in the grooves of the rotor, a planetary mechanism, intake and exhaust windows. At the same time, a drive shaft is installed in the center of the housing, on which the carrier with the supports of the eccentric shafts is rigidly mounted on the outside of the rotor-piston, satellites are installed at the ends of the eccentric shafts, and fixed sun gears are attached to the housing covers (RU No. 2134805, Cl. F02В 53 / 00, F01B 13/06, 1999).

Недостатками данного двигателя являются сложный планетарный механизм привода ротора-поршня и низкая эффективность теплоиспользования из-за малой степени сжатия, зависящей от параметров планетарного механизма.The disadvantages of this engine are the complex planetary mechanism of the rotor-piston drive and low heat efficiency due to the low degree of compression, depending on the parameters of the planetary mechanism.

Прототипом изобретения является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, впускные и выпускные окна, свечу зажигания, цилиндрический ротор, установленный эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеющий радиальные подвижные заслонки с уплотнениями на их внешней стороне, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором. В данном устройстве в зоне наименьшего зазора между корпусом и ротором имеется отдельная камера сгорания со свечой зажигания, периодически соединяющаяся то с нагнетательной, то с расширительной полостями двигателя посредством специальных кранов. Синхронный поворот кранов обеспечивается механическим приводом от вала ротора (Автомобильные роторно-поршневые двигатели. Н.С.Ханин, С.Б.Чистозвонов. - М.:Машгиз,1964, с.33-34).The prototype of the invention is a rotary piston internal combustion engine, comprising a housing with an inner cylindrical working surface, end caps, intake and exhaust windows, a spark plug, a cylindrical rotor mounted eccentrically relative to the working surface of the housing, having radial movable shutters with seals on their outer side, mounted in the grooves of the rotor and forming the injection and expansion cavity between the housing and the rotor. In this device, in the zone of the smallest gap between the casing and the rotor, there is a separate combustion chamber with a spark plug, periodically connecting to either the discharge or the expansion cavities of the engine by means of special cranes. Synchronous rotation of the cranes is provided by a mechanical drive from the rotor shaft (Automotive rotary piston engines. N.S. Khanin, SB Chistozvonov. - M.: Mashgiz, 1964, p. 33-34).

Недостатком известного двигателя являются сложность конструкции из-за наличия отдельной камеры сгорания и дополнительного механического привода. Кроме того, пропускное сечение кранов мало и не позволяет свободно и интенсивно протекать процессам газообмена по схеме термодинамического рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания, что снижает эффективность его работы.A disadvantage of the known engine is the design complexity due to the presence of a separate combustion chamber and an additional mechanical drive. In addition, the cross section of the taps is small and does not allow free and intensive gas exchange processes according to the scheme of the thermodynamic duty cycle of the internal combustion engine, which reduces its efficiency.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы двигателя и упрощение конструкции.The objective of the invention is to increase engine efficiency and simplify the design.

Технический результат достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, впускные и выпускные окна, свечу зажигания, цилиндрический ротор, установленный эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеющий радиальные подвижные заслонки, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором, согласно изобретения ротор выполнен с выемками по образующей, в которых шарнирно, с возможностью качания установлены дугообразные пластины, повторяющие цилиндрическую поверхность ротора, количество которых соответствует количеству заслонок, на внешней цилиндрической поверхности ротора между дугообразными пластинами и заслонками выполнены перепускные канавки, а в пазах для заслонок выполнены каналы, соединяющие полость паза с наружной поверхностью ротора. Целесообразно в пазах ротора под заслонками устанавливать пружины.The technical result is achieved in that in a rotary piston internal combustion engine comprising a housing with an inner cylindrical working surface, end caps, intake and exhaust windows, a spark plug, a cylindrical rotor mounted eccentrically relative to the working surface of the housing, having radial movable shutters mounted in according to the invention, the rotor is made with recesses along the generatrix, in which rnirno, swingably mounted arcuate plate, repeating the cylindrical surface of the rotor, the number of which corresponds to the number of flaps on the outer cylindrical surface of the rotor between arcuate plates and flaps provided with bypass grooves and in the grooves for the dampers has channels that connect the groove cavity of the outer rotor surface. It is advisable to install springs in the grooves of the rotor under the shutters.

Дугообразные пластины, закрепленные шарнирно с возможностью качания в выемках по образующей ротора, периодически нагнетают рабочее тело (воздух или горючую смесь) в расширительную полость двигателя, что позволяет согласовать периодическую сущность термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания с непрерывным, однонаправленным и равномерным (относительно) вращением ротора. Кроме того, качающиеся дугообразные пластины захватывают больший объем воздуха, чем радиальные заслонки в прототипе, что повышает степень сжатия двигателя и позволяет уменьшить соотношение диаметров рабочих поверхностей корпуса и ротора. Это, в свою очередь, уменьшает радиальное перемещение заслонок и снижает знакопеременные инерционные и изгибающие нагрузки на них.Arched plates pivotally mounted with the possibility of swinging in the recesses along the generatrix of the rotor periodically inject the working fluid (air or combustible mixture) into the expansion cavity of the engine, which allows the periodic nature of the thermodynamic cycle of the internal combustion engine to be coordinated with continuous, unidirectional and uniform (relative) rotation of the rotor . In addition, the swinging arcuate plates capture a larger volume of air than the radial dampers in the prototype, which increases the degree of compression of the engine and reduces the ratio of the diameters of the working surfaces of the housing and the rotor. This, in turn, reduces the radial movement of the flaps and reduces alternating inertial and bending loads on them.

Перепускные канавки, выполненные на внешней цилиндрической поверхности ротора между дугообразными пластинами и радиальными заслонками, позволяют воздуху (горючей смеси) беспрепятственно поступать в расширительную полость двигателя, проходя под уплотнением в корпусе.Bypass grooves made on the outer cylindrical surface of the rotor between the arcuate plates and the radial flaps allow air (combustible mixture) to freely enter the expansion cavity of the engine, passing under the seal in the housing.

Каналы, выполненные в теле ротора заодно с пазами для заслонок, соединяющие полость паза с наружной поверхностью ротора позволяют за счет давления газов:The channels made in the body of the rotor at the same time with grooves for the dampers connecting the cavity of the groove with the outer surface of the rotor allow due to gas pressure:

- дополнительно с инерционными силами поджимать внешнее ребро заслонки к рабочей поверхности корпуса, предотвращая утечку газов в зоне контакта;- additionally with inertial forces, press the outer edge of the shutter to the working surface of the housing, preventing leakage of gases in the contact zone;

- более равномерно распределять нагрузку от давления газов на рабочую плоскость заслонки, уменьшая изгибающие напряжения в ней и прижимая к наружной (по направлению вращения) стороне паза, также предотвращая утечку газов между заслонкой и ротором.- more evenly distribute the load from the gas pressure on the working plane of the shutter, reducing the bending stresses in it and pressing against the outer (in the direction of rotation) side of the groove, also preventing gas leakage between the shutter and the rotor.

Пружины, установленные в пазах ротора под заслонками, предназначены для предварительного поджатия заслонок к рабочей поверхности корпуса при запуске двигателя и вращении ротора на малых оборотах.The springs installed in the grooves of the rotor under the shutters are designed to pre-tighten the shutters to the working surface of the housing when starting the engine and rotating the rotor at low speeds.

Все перечисленные отличия заявляемого устройства значительно повышают эффективность работы двигателя в целом и ведут к упрощению конструкции.All of the above differences of the claimed device significantly increase the efficiency of the engine as a whole and lead to a simplification of the design.

На чертеже представлен поперечный разрез двигателя.The drawing shows a cross section of the engine.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью 2 и торцевыми крышками 3. На корпусе 1 и на крышках 3 выполнены впускные окна 4 и выпускные окна 5 и закреплена свеча зажигания 6. Цилиндрический ротор 7 установлен эксцентрично относительно рабочей поверхности 2 и имеет радиальные подвижные заслонки 8 с уплотнениями 9, смонтированные в пазах 10 ротора 7. Заслонки 8 образуют нагнетательную полость 11 и расширительную полость 12 между рабочей поверхностью 2 корпуса 1, уплотнением 13 корпуса 1 и ротором 7. Ротор 7 выполнен с выемками 14 по образующей, в которых шарнирно, с возможностью качания установлены дугообразные пластины 15, повторяющие цилиндрическую поверхность ротора 7 и количество которых соответствует количеству заслонок 8. Дугообразные пластины 15 внешней гранью с уплотнением 16 прижимаются к рабочей поверхности 2 корпуса 1 пружинами 17. На внешней цилиндрической поверхности ротора 7 между дугообразными пластинами 15 и заслонками 8 выполнены перепускные канавки 18, а в пазах 10 для заслонок 8 выполнены каналы 19, соединяющие полость паза 10 с наружной поверхностью ротора 7. В пазах 10 ротора 7 под заслонками 8 установлены пружины 20.The rotary piston internal combustion engine comprises a housing 1 with an inner cylindrical working surface 2 and end caps 3. On the housing 1 and on the covers 3 there are inlet windows 4 and exhaust windows 5 and a spark plug 6. A cylindrical rotor 7 is mounted eccentrically relative to the working surface 2 and has radial movable shutters 8 with seals 9 mounted in the grooves 10 of the rotor 7. The shutters 8 form a discharge cavity 11 and an expansion cavity 12 between the working surface 2 of the housing 1, the seal 13 to 1 and the rotor 7. The rotor 7 is made with recesses 14 along the generatrix, in which the arcuate plates 15 are mounted pivotally with the possibility of swinging, repeating the cylindrical surface of the rotor 7 and the number of which corresponds to the number of dampers 8. The arcuate plates 15 are pressed against the outer face with a seal 16 against the working surface 2 of the housing 1 by the springs 17. On the outer cylindrical surface of the rotor 7 between the arcuate plates 15 and the dampers 8, bypass grooves 18 are made, and channels 19 are made in the grooves 10 for the dampers 8, I connect the cavity of the groove 10 with the outer surface of the rotor 7. In the grooves 10 of the rotor 7 under the shutters 8 springs 20 are installed.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.The internal combustion engine operates as follows.

При вращении ротора 7 дугообразная пластина 15 внешней гранью с уплотнением 16 прижимается пружиной 17, а также центробежными силами к внутренней рабочей поверхности 2 корпуса 1. Проходя мимо впускного окна 4, пластина 15 захватывает некоторый объем воздуха (рабочей смеси). При дальнейшем повороте ротора 7 этот объем отсекается от окружающего пространства, образуя нагнетательную полость 11 и начинает сжиматься за счет эксцентричного расположения рабочих поверхностей 2 корпуса 1 и ротора 7. Перепускные канавки 18 выполненные на внешней цилиндрической поверхности ротора 7 позволяют нагнетаемому воздуху проходить под уплотнением 13 корпуса 1 в камеру сгорания, являющуюся начальной стадией формирования расширительной полости 12. Как только дугообразная пластина 15 полностью прижмется к ротору 7 и составит с ним единую цилиндрическую поверхность, весь ранее захваченный воздух будет сжат в камере сгорания (расширительной полости 12) между поверхностью 2 корпуса 1, ротором 7, уплотнением 13 корпуса 1, заслонкой 8 с уплотнением 9 и крышками 3. Таким образом, сжатый в камере сгорания воздух (рабочая смесь) представляет из себя рабочее тело, готовое к главному такту термодинамического цикла - расширению. Далее происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры и расширение продуктов сгорания. Давление газов на заслонку 8 за счет эксцентричности установки ротора 7 относительно рабочей поверхности 2 корпуса создает на валу ротора 7 крутящий момент. При дальнейшем повороте ротора 7 заслонка 8 проходит выпускные окна 5 на корпусе 1 и открывает расширительную полость 12 для выхода отработавших газов. Далее такты последовательно повторяются.When the rotor 7 rotates, the arcuate plate 15 is pressed by the spring 17 with the outer face 16 with the seal 16, and also by centrifugal forces against the inner working surface 2 of the housing 1. Passing by the inlet window 4, the plate 15 captures a certain amount of air (working mixture). With further rotation of the rotor 7, this volume is cut off from the surrounding space, forming an injection cavity 11 and begins to shrink due to the eccentric arrangement of the working surfaces 2 of the housing 1 and the rotor 7. Bypass grooves 18 made on the outer cylindrical surface of the rotor 7 allow the pumped air to pass under the seal 13 of the housing 1 into the combustion chamber, which is the initial stage of the formation of the expansion cavity 12. As soon as the arcuate plate 15 is fully pressed against the rotor 7 and will be one with it cylindrical surface, all previously trapped air will be compressed in the combustion chamber (expansion chamber 12) between the surface 2 of the housing 1, the rotor 7, the seal 13 of the housing 1, the shutter 8 with the seal 9 and the covers 3. Thus, the compressed air in the combustion chamber ( working mixture) is a working fluid, ready for the main step of the thermodynamic cycle - expansion. Next, ignition of the combustible mixture from an electric spark and the expansion of combustion products. The gas pressure on the shutter 8 due to the eccentricity of the installation of the rotor 7 relative to the working surface 2 of the housing creates a torque on the shaft of the rotor 7. With further rotation of the rotor 7, the shutter 8 passes the exhaust windows 5 on the housing 1 and opens the expansion cavity 12 for the exhaust gas. Further, the measures are sequentially repeated.

Двигатель может работать как по двухтактному, так и четырехтактному термодинамическому циклу.The engine can operate both in a two-stroke and a four-stroke thermodynamic cycle.

Смесеобразование может быть как внешнее, так и внутреннее.Mixture formation can be both external and internal.

Количество радиальных заслонок в паре с дугообразными пластинами может быть несколько (от 1 до n, где n - количество пар) и зависит от размеров рабочих поверхностей корпуса и ротора.The number of radial shutters paired with arched plates can be several (from 1 to n, where n is the number of pairs) and depends on the size of the working surfaces of the housing and rotor.

Предлагаемый роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть использован в качестве автономного источника механической энергии в любых мобильных и стационарных машинах. По назначению он аналогичен поршневому двигателю внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. При детальной конструктивной проработке может составить ему реальную альтернативу.The proposed rotary piston internal combustion engine can be used as an autonomous source of mechanical energy in any mobile and stationary machines. It is similar in purpose to a reciprocating internal combustion engine with a crank mechanism. With a detailed constructive study, it can make him a real alternative.

Изобретение находится на стадии технического предложения.The invention is at the stage of a technical proposal.

Claims

1. A rotary piston internal combustion engine comprising a housing with an internal cylindrical working surface, end caps, intake and exhaust windows, a spark plug, a cylindrical rotor mounted eccentrically relative to the working surface of the housing, having radial movable shutters mounted in the grooves of the rotor and forming the discharge and an expansion cavity between the housing and the rotor, characterized in that the rotor is made with recesses along the generatrix, in which they are pivotally mounted arcuate plates repeating the cylindrical surface of the rotor, the number of which corresponds to the number of dampers, bypass grooves are made on the outer cylindrical surface of the rotor between the arched plates and dampers, and channels are made in the grooves for the dampers connecting the groove cavity with the outer surface of the rotor.

2. The rotary piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the springs are installed in the grooves of the rotor under the shutters.