RU2323356C1

RU2323356C1 - Rotary-vane engine

Info

Publication number: RU2323356C1
Application number: RU2006123170/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук (RU); Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-04-27
Also published as: RU2006123170A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: according to invention, engine has round body accommodating rotor with hollow spring-loaded vanes in contact with inner surface of round cylinder of body. Axis of rotation of shaft with rotor is displaced relative to longitudinal axis of round body. Combustion products formed at contact of kerosene and nitrogen tetraoxide used as oxidizer formed in combustion chamber are used as working medium. Separate device are used to deliver each of said components into combustion chamber. Each fuel device consists of high-pressure pump connected with its nozzle by pipeline. Both nozzles are installed at angle relative to each other.

EFFECT: simplified design, improved operating characteristics of engine.

8 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве двигателя внутреннего сгорания.The present invention relates to mechanical engineering and may find application as an internal combustion engine.

Известен роторно-поршневой четырехтактный бензиновый двигатель Ванкеля, содержащий корпус, закрытый передней и задней крышками, с рубашкой охлаждения и цилиндром, внутренняя поверхность которого выполнена по эпитрохоиде у внутрь которого вставлен трехгранный ротор, имеющий шестерню с внутренними зубьями, кинематически соединенный с эксцентриком вала, неподвижное зубчатое колесо, входящее в зацепление с зубчатой шестерней ротора, в отверстие которого пропущен вал двигателя, свечу зажигания, впускной и выпускной каналы, выполненные в корпусе, системы питания, охлаждения, зажигания, смазки и запуска. Отношение неподвижного зубчатого колеса к зубчатой шестерне ротора 2:3. /Политехнический словарь, гл. ред. акад. А.Ю.Ишлинский, М., Советская энциклопедия, 1960, с.71/.Known rotary-piston four-stroke Wankel gasoline engine, comprising a housing closed by front and rear covers, with a cooling jacket and a cylinder, the inner surface of which is made according to the epitrochoid inside which a trihedral rotor is inserted, having a gear with internal teeth, kinematically connected to the shaft eccentric, stationary gear wheel meshing with the gear wheel of the rotor, in the hole of which the motor shaft, spark plug, intake and exhaust channels are made, made in orpuse, power, cooling, ignition, lubrication and run. The ratio of the fixed gear to the gear of the rotor is 2: 3. / Polytechnical Dictionary, ch. ed. Acad. A.Yu. Ishlinsky, M., Soviet Encyclopedia, 1960, p. 71 /.

Недостатками роторно-поршневого двигателя Ванкеля являются сложность конструкции, большие нагрузки на зубчатую передачу, невозможность обеспечения хорошего уплотнения ротора, высокая точность и сложность изготовления цилиндра, вибрация от эксцентрика вала.The disadvantages of the Wankel rotary piston engine are the complexity of the design, high loads on the gear drive, the inability to provide good sealing of the rotor, the high accuracy and complexity of the manufacture of the cylinder, and vibration from the shaft eccentric.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией роторно-поршневого двигателя Ванкеля.These disadvantages are due to the design of the Wankel rotary piston engine.

Известен также роторно-лопастной двигатель, содержащий круглый корпус со станиной и рубашкой охлаждения, имеющий впускной и выпускной патрубки, внутренняя поверхность которого выполнена в форме правильного круга, закрытый передней и задней крышками, ротор с пустотелыми лопастями, нагруженными пружинами и выполненный заодно с валом и вставленный внутрь круглого корпуса, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого корпуса и его боковая поверхность контактирует о нижней внутренней поверхностью круглого корпуса, насос высокого давления, закрепленный на круглом корпусе, кинематически связанный с валом двигателя, а гидравлически соединенный о форсункой, установленной в канале, соединенном с камерой сгорания, двухскоростной воздухонагнетатель, свечу зажигания, прерыватель-распределитель, катушку зажигания, системы питания, зажигания, охлаждения, смазки и запуска. /Патент РФ №2224121, кл. F02В 55/00, опубл. 20.02.2004, Бюл. №5/.A rotary vane engine is also known, comprising a round casing with a bed and a cooling jacket, having an inlet and outlet pipe, the inner surface of which is made in the form of a regular circle, closed by front and rear covers, a rotor with hollow blades loaded with springs and made integral with the shaft and inserted inside the round casing, the longitudinal axis of which is offset downward relative to the longitudinal axis of the round casing and its side surface is in contact with the lower inner surface of the round a casing, a high-pressure pump, mounted on a round casing, kinematically connected to the engine shaft, and hydraulically connected about the nozzle installed in the channel connected to the combustion chamber, a two-speed air blower, spark plug, chopper distributor, ignition coil, power system, ignition, cooling, lubricating and starting. / RF patent №2224121, cl. F02B 55/00, publ. 02.20.2004, Bull. No. 5 /.

Известный роторно-лопастной двигатель по патенту РФ №2224121, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.Known rotary vane engine according to the patent of the Russian Federation No. 2224121, as the closest in technical essence and achieved useful result, adopted as a prototype.

Недостатками известного роторно-лопастного двигателя по патенту РФ №2224121, принятого за прототип, является сложность изготовления ротора, а также самого двигателя, при работе в режиме бензинового двигателя не используется оборудование для работы в режиме дизельного двигателя и, наоборот, расход энергии на сжатие воздуха и его переноса из камеры сжатия в камеру сгорания.The disadvantages of the known rotary vane engine according to the patent of Russian Federation No. 2224121, adopted as a prototype, is the complexity of manufacturing the rotor, as well as the engine itself, when operating in the gasoline engine mode, equipment for operating in the diesel engine mode is not used and, conversely, the energy consumption for air compression and transferring it from the compression chamber to the combustion chamber.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией роторно-лопастного двигателя.These disadvantages are due to the design of the rotary vane engine.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационных характеристик роторно-лопастного двигателя.The aim of the present invention is to simplify the design and improve the operational characteristics of a rotary vane engine.

Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что круглый корпус с впускным и выпускным патрубками в верхней части, ротор, система зажигания, топливная система бензинового двигателя, воздушный нагнетатель с двухступенчатым редуктором заменены круглым корпусом с впускным и выпускным патрубками, расположенными в нижней части, причем первый из них имеет впускной клапан с пружиной и соединен с воздушным фильтром, а второй соединен с выпускным коллектором, ротором, выполненным в форме цилиндрического тела вместе с валом, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, имеющим сквозной паз, проходящий по линии диаметра, внутрь которого вставлены две пустотелые лопасти, нагруженные пружиной и установленные своими открытыми концами к центру вращения, дополнительным насосом высокого давления, установленным на круглом корпусе, кинематически связанного с валом двигателя, выпускной штуцер которого соединен с дополнительной форсункой, размещенной в нижней части круглого корпуса, причем обе форсунки установлены под углом друг к другу, кроме того рабочим телом роторно-лопастного двигателя является двухкомпонентное топливо, состоящее из керосина и тетраоксида азота, изолированное по всему тракту друг от друга.The specified purpose according to the invention is ensured by the fact that the round casing with the inlet and outlet pipes in the upper part, the rotor, the ignition system, the fuel system of the gasoline engine, the air blower with a two-stage gearbox are replaced by the round casing with the inlet and outlet pipes located in the lower part, the first one of them has an inlet valve with a spring and is connected to the air filter, and the second is connected to the exhaust manifold, a rotor made in the form of a cylindrical body with a shaft, the ends of the cat They were passed into the holes of the front and rear covers with a through groove extending along the diameter line, into which two hollow blades were loaded, loaded with a spring and installed with their open ends to the center of rotation, with an additional high-pressure pump mounted on a round casing kinematically connected to the shaft engine, the exhaust nozzle of which is connected to an additional nozzle located in the lower part of the round casing, both nozzles mounted at an angle to each other, in addition, working the body of the rotary vane engine is a two-component fuel, consisting of kerosene and nitrogen tetraoxide, isolated throughout the path from each other.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид роторно-лопастного двигателя, на фигуре 2 - вид на роторно-лопастной двигатель слева, на фигуре 3 - принципиальная схема роторно-лопастного двигателя, на фигурах 4, 5 - схема принципа действия роторно-лопастного двигателя, на фигуре 6 - кинематическая схема роторно-лопастного двигателя, на фигуре 7 - диаграмма работы роторно-лопастного двигателя, на фигуре 8 - схема соединения нескольких роторно-лопастных двигателей в один блок.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a rotary vane engine, figure 2 is a view of a rotary vane engine on the left, figure 3 is a schematic diagram of a rotary vane engine, in figures 4, 5 is a diagram of the principle of action of a rotor -blade engine, in figure 6 is a kinematic diagram of a rotary vane engine, in figure 7 is a diagram of the operation of a rotary vane engine, in figure 8 is a diagram of the connection of several rotary vane engines in one block.

Роторно-лопастной двигатель 1 содержит круглый корпус 2 с рубашкой охлаждения 5, внутренняя полость которого выполнена в форме правильного круга. Корпус имеет в нижней части выпускной канал 4 и впускной канал 5, имеющий впускной клапан 6, нагруженный пружиной. На свободный конец впускного канала надет воздушный фильтр 7. Круглый корпус закрыт передней 8 и задней 9 крышками. Внутрь круглого корпуса вставлен ротор 10, представляющий собой цилиндрическое тело вращения, выполненное заодно с валом 11, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек. Цилиндрическое тело ротора имеет сквозной паз, перпендикулярный валу, ось которого проходит через диаметр цилиндрического тела, в который вставлены две пустотелые допасти 12, 15, закрытые с одной стороны и повернутые открытыми сторонами к центру вала, внутрь которых вставлена пружина 14. Условно пустотелые лопасти делят внутреннее пространство круглого корпуса на две части, не имеющие четких границ. Первая - камера сгорания 15, вторая - камера выпуска отработанных газов 16. В левой нижней части круглого корпуса имеются два сквозных канала, в которые вставлены две форсунки 17, 18, расположенные под углом друг к другу. В верхней части круглого корпуса закреплен топливный насос высокого давления 19, кинематически связанный с валом двигателя, штуцер которого посредством трубопровода 20 соединен с одной из форсунок. Там же закреплен дополнительный насос высокого давления 21 для подачи окислителя, кинематически связанный с валом двигателя, штуцер которого посредством трубопровода 22 соединен с соответствующей форсункой. Сбоку к круглому корпусу прикреплен генератор постоянного тока 25, он же стартер при запуске, питаемый от аккумуляторных батарей, который посредством шестерни 24 соединен с зубчатым венцом маховика 25, закрепленного на валу двигателя, на котором закреплены ведущие шестерни 26, 27, входящие 6 зацепление соответственно с шестернями 28, 29 и 30, 31 и приводящими в движение насосы высокого давления, топливный насос 32, насос окислителя 33, водяной насос 34 и масляный насос 35. Рабочим телом роторно-лопастного двигателя является двухкомпонентное топливо. В качестве топлива использован керосин, а в качестве окислителя взят тетраоксид азота, которые при соприкосновении друг с другом воспламеняются и потому должны быть изолированы друг от друга. На диаграмме на фигуре 7 цифрами обозначено: 36 - впуск воздуха, 37 - впуск топлива и окислителя, 38 - рабочий ход, 39 - выпуск отработанных газов, 40 - холостой ход лопасти.The rotary vane engine 1 comprises a round casing 2 with a cooling jacket 5, the inner cavity of which is made in the form of a regular circle. The housing has at the bottom of the exhaust channel 4 and the inlet channel 5 having an inlet valve 6, loaded with a spring. An air filter 7 is put on the free end of the inlet. The round housing is closed by the front 8 and rear 9 covers. Inside the round casing, a rotor 10 is inserted, which is a cylindrical body of revolution, made integral with the shaft 11, the ends of which are passed into the openings of the front and rear covers. The cylindrical body of the rotor has a through groove perpendicular to the shaft, the axis of which passes through the diameter of the cylindrical body, into which two hollow extras 12, 15 are inserted, closed on one side and turned open sides to the center of the shaft, inside of which the spring is inserted 14. Conditionally hollow blades divide the inner space of the round case into two parts that do not have clear boundaries. The first is the combustion chamber 15, the second is the exhaust chamber 16. In the lower left part of the round casing there are two through channels in which two nozzles 17, 18 are located, which are located at an angle to each other. A high pressure fuel pump 19 is fixed in the upper part of the round casing, kinematically connected to the engine shaft, the fitting of which is connected via pipe 20 to one of the nozzles. An additional high-pressure pump 21 for supplying an oxidizing agent is fixed there, kinematically connected to the engine shaft, the fitting of which is connected via a pipe 22 to the corresponding nozzle. A DC generator 25 is attached to the side of the round casing, it is the starter when starting, powered by rechargeable batteries, which is connected via a gear 24 to the ring gear of the flywheel 25, mounted on the motor shaft, on which the pinion gears 26, 27 are attached, which are engaged 6, respectively with gears 28, 29 and 30, 31 and driving high pressure pumps, fuel pump 32, oxidizer pump 33, water pump 34 and oil pump 35. Two-component fuel is the working medium of the rotary vane engine. Kerosene was used as fuel, and nitrogen tetrooxide was taken as an oxidizing agent, which, when they come in contact with each other, ignite and therefore must be isolated from each other. On the diagram in figure 7, the numbers indicate: 36 - air inlet, 37 - fuel and oxidizer inlet, 38 - stroke, 39 - exhaust gas, 40 - blade idle.

Работа роторно-лопастного двигателя.Rotary vane engine operation.

После проверки исправности всех оно тем роторно-лопастного двигателя 1 на клеммы генератора-стартера 25 подается напряжение от аккумуляторных батарей. Генератор-стартер 25 приходит в движение и начинает вращать вал 11 и вместе с ним маховик 25. Роторно-лопастной двигатель запускается и работает следующим образом, а генератор-стартер 25 переходит в режим работы генератора. В исходном положении (фиг.4) ротор 10 поворачивается в направлении, показанном стрелкой. Полая лопасть 13 постепенно выходит из ротора 10 и через воздушный фильтр 7 и впускной клапан 6 засасывает воздух из атмосферы в камеру сгорания 15. Засасывание воздуха в камеру сгорания необходимо для того, чтобы предотвратить создание вакуума в камере сгорания, который создавал бы излишнее сопротивление вращению ротора. При этом давление воздуха в камере сгорания равно атмосферному (на диаграмме обозначено цифрой 36). Как только пустотелая лопасть 15 занимает положение, показанное на фигуре 5, в камору сгорания 15 насосами высокого давления 19, 21 через трубопроводы 20, 22 и форсунки 17, 18 одновременно подается керосин и тетраоксид азота (на диаграмме обозначено цифрой 37). При соприкосновении обоих компонентов друг с другом смесь самовоспламеняется и образующиеся раскаленные газы, расширяясь, производят давление на пустотелую лопасть 15, заставляя ее перемещаться и вращать ротор 10 и вал 11 роторно-лопастного двигателя (рабочий ход на диаграмме обозначен цифрой 38). При этом одновременно та же пустотелая лопасть удаляет из выпускной камеры 16 отработанные газы от предыдущего рабочего хода через выпускной патрубок 4 (на диаграмме обозначено цифрой 39). После того, как любая из пустотелых лопастей удалит отработанные газы, она убирается внутрь ротора, сжимая пружину 14, совершая холостой ход (на диаграмме обозначено цифрой 40). Пройдя участок холостого хода, любая из полых лопастей 12, 13 начинает выходить из ротора и вновь засасывает воздух из атмосферы через воздушный фильтр 7 и впускной клапан 6, который в момент рабочего хода закрывается, после чего все повторяется сначала. Таким образом при работе роторно-лопастного двигателя происходит последовательно впуск атмосферного воздуха, одновременный впрыск в камеру сгорания топлива и окислителя, воспламенение и рабочий ход, удаление отработанных газов. Частота вращения вала 11 роторно-лопастного двигателя регулируется путем уменьшения или увеличения подачи топлива и окислителя в камеру сгорания. Для остановки роторно-лопастного двигателя необходимо прекратить подачу топлива и окислителя. Для повышения мощности несколько роторно-лопастных двигателей могут быть соединены в один блок (фиг.8).After checking the serviceability of all it rotor-vane engine 1 to the terminals of the generator-starter 25 is supplied with voltage from the batteries. The starter-generator 25 starts moving and starts to rotate the shaft 11 and the flywheel 25 together with it. The rotor-blade engine starts and operates as follows, and the starter-generator 25 enters the generator operating mode. In the initial position (figure 4), the rotor 10 rotates in the direction shown by the arrow. The hollow blade 13 gradually leaves the rotor 10 and through the air filter 7 and the intake valve 6 draws air from the atmosphere into the combustion chamber 15. The air is drawn into the combustion chamber in order to prevent the creation of a vacuum in the combustion chamber, which would create excessive resistance to rotation of the rotor . In this case, the air pressure in the combustion chamber is equal to atmospheric (indicated by 36 in the diagram). As soon as the hollow blade 15 occupies the position shown in figure 5, kerosene and nitrogen tetroxide are simultaneously supplied to the combustion chamber 15 through high-pressure pumps 19, 21 through nozzles 17, 18 (indicated by 37 in the diagram). When the two components come into contact with each other, the mixture spontaneously ignites and the hot gases formed, expanding, exert pressure on the hollow blade 15, forcing it to move and rotate the rotor 10 and the shaft 11 of the rotor-blade engine (the working stroke is indicated by 38 in the diagram). At the same time, the same hollow blade simultaneously removes exhaust gases from the exhaust chamber 16 from the previous working passage through the exhaust pipe 4 (indicated by 39 in the diagram). After any of the hollow blades removes the exhaust gases, it is removed inside the rotor, compressing the spring 14, making idle (on the diagram is indicated by the number 40). Having passed the idle section, any of the hollow blades 12, 13 begins to exit the rotor and again sucks in air from the atmosphere through the air filter 7 and the intake valve 6, which closes at the time of the stroke, after which everything is repeated again. Thus, during operation of the rotary vane engine, atmospheric air is sequentially injected, fuel and oxidizer are simultaneously injected into the combustion chamber, ignition and stroke, exhaust gas removal. The frequency of rotation of the shaft 11 of the rotary vane engine is controlled by reducing or increasing the supply of fuel and oxidizer to the combustion chamber. To stop the rotary vane engine, it is necessary to stop the supply of fuel and oxidizer. To increase power, several rotary vane engines can be connected into one block (Fig. 8).

Предлагаемый роторно-лопастной двигатель может быть использован на передвижных электростанциях, морских и речных судах и на железнодорожных локомотивах.The proposed rotary vane engine can be used in mobile power plants, sea and river vessels and railway locomotives.

Положительный эффект: быстрый запуск в любое время года, более высокий КПД и более высокая мощность.Positive effect: quick start at any time of the year, higher efficiency and higher power.

Claims

A rotary vane engine, comprising a round casing with a bed and a cooling jacket, having an inlet and outlet pipe, the inner surface of which is made in the form of a regular circle, closed by front and rear covers, a rotor with hollow blades loaded with springs, and made integral with the shaft and inserted inside the round casing, the longitudinal axis of which is offset downward relative to the longitudinal axis of the round casing, and its side surface is in contact with the lower inner surface of the round cylinder, the pump high pressure, mounted on a round casing, kinematically connected to the motor shaft, and hydraulically connected to the nozzle, power, cooling, lubrication and starting systems, characterized in that the outlet and inlet nozzles are located in the lower part of the round casing, the first of which is connected to exhaust manifold, and the second has an inlet valve with a spring and is connected to the air filter, in addition, the rotor is made in the form of a cylindrical body with a shaft, the ends of which are passed into the holes of the front and rear covers, there is a through groove running along the diameter line, into which two hollow blades are inserted, loaded with a spring and installed with their open ends to the center of rotation, in addition, an additional high pressure pump is mounted on a round casing, kinematically connected to the motor shaft, the outlet fitting of which is connected to an additional nozzle located in the lower part of the round casing, both nozzles mounted at an angle to each other, in addition, the working fluid of the rotary vane engine is a two-component coagulant fuel composed of kerosene and nitrogen tetroxide as the oxidant, and both components are isolated around the path from each other.