RU2403414C2

RU2403414C2 - Method to up engine efficiency by complex thermal cycle, rotary piston engine to implement said method and rotary piston engine shaft rpm regulator

Info

Publication number: RU2403414C2
Application number: RU2009102787/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Матвеевич Плотников (RU); Иван Матвеевич Плотников
Original assignee: Иван Матвеевич Плотников
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-11-10
Also published as: RU2009102787A

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: proposed method is implemented with help of thermal cycle comprising internal combustion cycle and heat exchange cycle of thermal losses collection. Internal combustion cycle consists of four strokes: fuel suction, compression work stroke and exhaust. Heat exchange cycle of thermal losses collection is implemented via water flow through channels of heat exchange between hot section casing and water cooling of combustion chambers. Using these cycles in engine working stroke comprises additionally heating water to boiling point for subsequent injection into combustion chamber. Engine internal combustion cycle additionally comprises steam cycle that represents boiling water (vapor) injection into combustion chamber to increase working body temperature two times and to produce steam-gas mix. Besides heat exchange cycle of thermal losses collection comprises also forcing water via exhaust pipe heat exchange channels and subsequent use of water heated in steam cycle. ^ EFFECT: higher efficiency. ^ 8 cl, 8 dwg

Description

Заявляемая группа изобретений относится к области двигателестроения, преимущественно к производству роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для использования в автомобилях.The claimed group of inventions relates to the field of engine manufacturing, mainly to the production of rotary piston internal combustion engines intended for use in automobiles.

В настоящее время в автомобилестроении применяются различные способы повышения коэффициента полезного действия (КПД) двигателей и различные конструкции двигателей.Currently, in the automotive industry, various methods are used to increase the efficiency (efficiency) of engines and various engine designs.

Известен, например, роторный двигатель, содержащий корпус с впускным и выпускным клапанами и торцевыми крышками, профилированный цилиндрический ротор с выступами, концентрично установленный в корпусе с образованием с внутренней поверхностью последнего рабочих камер, подпружиненную разделительную лопасть, установленную в радиальном пазу корпуса между впускным и выпускным каналами с возможностью взаимодействия с профилированной поверхностью ротора, и клапан, размещенный в пазу корпуса с возможностью взаимодействия с разделительной пластиной и перекрытия впускного клапана, причем двигатель снабжен уплотнительными элементами, расположенными на выступах ротора, клапан выполнен в виде двух пластин с окнами, одна из которых неподвижно закреплена во впускном канале, другая размещена в последнем с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно первой и совмещения окон, а ширина лопасти равна ширине ротора в направлении продольной оси движения (патент СССР №1836573, кл. F01C 1/356, приоритет 11.01.91 г., опубл. 23.08.93 г., бюл. №31).Known, for example, is a rotary engine comprising a housing with inlet and outlet valves and end caps, a profiled cylindrical rotor with protrusions concentrically mounted in the housing to form the last working chambers with an inner surface, a spring-loaded separation blade mounted in a radial groove of the housing between the intake and exhaust channels with the possibility of interaction with the profiled surface of the rotor, and a valve placed in the groove of the housing with the possibility of interaction with the separation plate and the intake valve overlap, and the engine is equipped with sealing elements located on the protrusions of the rotor, the valve is made in the form of two plates with windows, one of which is fixedly mounted in the inlet channel, the other is located in the latter with the possibility of reciprocating movement relative to the first and combining the windows and the width of the blade is equal to the width of the rotor in the direction of the longitudinal axis of movement (USSR patent No. 1836573, class F01C 1/356, priority 01/11/91, publ. 08/23/93, bull. No. 31).

Недостатком известного двигателя является недостаточно эффективный тепловой цикл с одноразовым преобразованием тепла в полезную работу, кроме того, ротор вращается эксцентрично, что приводит к вибрациям, потере энергии и сокращению моторесурса двигателя.A disadvantage of the known engine is the insufficiently efficient heat cycle with a one-time conversion of heat into useful work, in addition, the rotor rotates eccentrically, which leads to vibrations, loss of energy and a reduction in engine life.

Известен также роторно-поршневой двигатель братьев Ольховенко, содержащий цилиндрический корпус с боковыми крышками и размещенными в нем всасывающим и выхлопным окнами, расположенную в корпусе камеру сгорания, оснащенную источником воспламенения, ротор, поршневые элементы, имеющие шарнирное крепление на эксцентриковом валу и опирающиеся на ротор и боковые крышки корпуса, механизм синхронизации эксцентрикового вала и перекрывающие всасывающие и выхлопные окна кольца, уплотнение и систему смазки, в котором полнопоточная камера сгорания, внутренние стенки которой облицованы огнеупорным теплоизолятором, контактирует с внутренней частью двигателя посредством впускного и выпускного окон, при этом выпускное окно камеры сгорания расположено примерно диаметрально по отношению к выхлопному окну двигателя, всасывающее окно которого расположено примерно под углом 140 градусов к впускному окну камеры сгорания, источник воспламенения в камере сгорания работает во время пуска двигателя и отключается после его прогрева, камера сгорания снабжена отверстием для газа, имеющим возможность соединения с отверстием подачи сжатого газа в полость двигателя, в роторе которого по периферии размещены перегородки, ограниченные диаметром ротора, радиусом поршня и головкой поршня, в промежуточном вале, выполненном с возможностью поворота, имеющем общую ось с ротором, расположен опорный вал, поршневые элементы, усиленные ребрами жесткости в сечении Ш-образной формы, имеют кривизну, равную радиусу диска ротора, теплоизолированы со стороны, обращенной к обечайке корпуса, шарнирно связаны с роторными дисками, имеющими теплоизоляцию, и шатунами, шарнирно связанными со ступицей шатунов, жестко связанной с опорным валом, имеющим зубчатое колесо, связанное с блоком шестерен промежуточного вала, который посредством блока шестерен связан с зубчатым колесом ротора с передаточным числом один к одному, обеспечивающим вращение ротора и ступицы шатунов с одинаковым числом оборотов (патент РФ №2168034, кл. F02B 55/00, приоритет 14.05.97 г., опубл. 2001.05.27).Also known is the rotor-piston engine of the Olkhovenko brothers, comprising a cylindrical housing with side covers and suction and exhaust windows located therein, a combustion chamber located in the housing, equipped with an ignition source, a rotor, piston elements having a hinge mount on an eccentric shaft and resting on the rotor and side covers of the case, the synchronization mechanism of the eccentric shaft and the rings that overlap the suction and exhaust windows, the seal and the lubrication system, in which the full-flow chamber is burned The inner wall of which is lined with a refractory heat insulator is in contact with the internal part of the engine through the inlet and outlet windows, while the exhaust window of the combustion chamber is located approximately diametrically with respect to the exhaust window of the engine, the suction window of which is located at an angle of approximately 140 degrees to the inlet window of the combustion chamber , the ignition source in the combustion chamber operates during engine start-up and turns off after warming up, the combustion chamber is provided with a gas hole having the possibility of connecting with the compressed gas supply opening to the engine cavity, in the rotor of which baffles are located on the periphery, limited by the diameter of the rotor, the radius of the piston and the piston head, in the intermediate shaft, made with the possibility of rotation, having a common axis with the rotor, there is a support shaft, piston elements reinforced by stiffeners in the cross section of a U-shaped shape, have a curvature equal to the radius of the rotor disk, insulated from the side facing the shell of the housing, pivotally connected to rotor disks having a thermal olation, and rods pivotally connected to the hub of the rods, rigidly connected to the support shaft having a gear wheel connected to the gear block of the intermediate shaft, which is connected to the gear wheel of the rotor with a gear ratio of one to one, providing rotation of the rotor and hub of the connecting rods with the same number of revolutions (RF patent No. 2168034, cl. F02B 55/00, priority 05/14/97, publ. 2001.05.27).

Недостатком известного двигателя является сложность конструкции и недостаточно высокий КПД, обусловленный наличием сложных шестеренчатых передач, шатунов, опорных и промежуточных валов.A disadvantage of the known engine is the design complexity and insufficiently high efficiency due to the presence of complex gear gears, connecting rods, support and intermediate shafts.

Наиболее близким к заявляемой группе изобретений является сбалансированный роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту США №3797464, 1974 г., содержащий корпус и ротор с дуговыми поверхностями, ротор вращается относительно корпуса, на дуговых поверхностях корпуса и ротора установлены подпружиненные выдвижные лопатки, осуществляющие передачу усилий газов при рабочем ходе в наиболее удаленной от центра вращения точке по касательной к окружности вращения ротора, каналы газообмена, систему газораспределения, систему зажигания, систему охлаждения, боковые уплотнительные кольца, торцевые крышки.Closest to the claimed group of inventions is a balanced rotary internal combustion engine according to US patent No. 3797464, 1974, comprising a casing and a rotor with arc surfaces, the rotor rotates relative to the casing, spring-loaded retractable blades mounted on the arc surfaces of the casing and rotor transmitting gas forces during the working stroke at the point farthest from the center of rotation tangential to the rotor circumference of the rotor, gas exchange channels, gas distribution system, ignition system, systems cooling side seal rings, end caps.

Недостатком известного роторного двигателя внутреннего сгорания является низкий КПД, обусловленный в первую очередь тем, что через систему охлаждения и выхлопную трубу теряется до 65% тепла. Камера сгорания, расположенная внутри корпуса, нагревает весь двигатель и вынуждает иметь мощную систему охлаждения, что усложняет конструкцию и удорожает двигатель.A disadvantage of the known rotary internal combustion engine is low efficiency, due primarily to the fact that through the cooling system and the exhaust pipe up to 65% of heat is lost. The combustion chamber located inside the housing heats the entire engine and forces it to have a powerful cooling system, which complicates the design and makes the engine more expensive.

Задачей группы изобретений является устранение указанных недостатков и создание способа повышения КПД роторно-поршневого двигателя за счет использования сложного теплового цикла, устройства, его осуществляющего - роторно-поршневого двигателя, а также регулятора оборотов вала указанного двигателя.The objective of the group of inventions is to eliminate these drawbacks and create a way to increase the efficiency of a rotary piston engine through the use of a complex heat cycle, a device that implements it - a rotary piston engine, as well as a shaft speed regulator of the specified engine.

Способ повышения КПД двигателей включает в себя цикл внутреннего сгорания, теплообменные циклы сбора тепловых потерь, при этом цикл внутреннего сгорания, состоящий из четырех тактов: всасывания топлива, сжатия, рабочего хода и выхлопа, осуществляют за время прохождения одного такта, теплообменный цикл сбора тепловых потерь осуществляется за счет прохождения воды через каналы теплообмена корпуса горячей секции и охлаждения водой камеры сгорания, и цикл использования этих потерь в рабочем ходе двигателя, включающий нагрев воды до температуры кипения для последующего впрыскивания ее в камеры сгорания, кроме того, в цикл внутреннего сгорания двигателя дополнительно и параллельно ему введен паровой цикл, представляющий собой впрыскивание кипящей воды (пара) в камеры сгорания с увеличением массы рабочего тела примерно в два раза и образованием парогазовой смеси, а теплообменный цикл сбора тепловых потерь включает также прохождение воды через каналы теплообмена выхлопной трубы. Роторно-поршневой двигатель для реализации указанного способа включает в себя корпус, ротор, вал, камеру сгорания, две отделенные друг от друга секции: холодную, где идут такты всасывания и сжатия, и горячую, где идут такты рабочего хода и выхлопа, между секциями установлен газораспределительный диск, с внешней стороны двигателя каждая секция имеет торцевые крышки, при этом внутри каждой секции установлен выполненный, например, в виде эллипса ротор, причем ротор горячей секции имеет большую ширину, чем ротор холодной секции, для увеличения площади приложения силы, оба ротора закреплены на валу, горячая секция имеет больший объем, чем холодная, для увеличения длины рабочего хода, на дуговых поверхностях корпуса и роторов установлены сменные пластины из износостойкого материала, в горячей секции под указанной пластиной установлены дополнительно теплоизоляционные ленты, а дуговые поверхности корпусов и роторов образуют не менее двух рабочих камер, при этом на роторы установлены подпружиненные выдвижные рабочие лопатки, на корпусе в обеих секциях установлены разграничивающие один такт от другого лопатки, количество которых равно количеству лопаток на роторах, а камеры сгорания вынесены из внутреннего объема корпуса на его внешнюю поверхность, причем на каждую рабочую камеру горячей секции установлены по две камеры сгорания, работающие поочередно, при этом камеры сгорания теплоизолированы от корпуса прокладками и закрыты теплоизолирующим колпаком, ротор горячей секции по отношению к ротору холодной секции смещен в сторону, противоположную направлению вращения, для обеспечения запаздывания рабочего хода на время, достаточное для полного сгорания топливной смеси, впрыскивания воды в камеры сгорания и парообразования. Регулятор оборотов вала роторно-поршневого двигателя содержит вал, корпус, торцевые крышки, подшипники, причем на валу установлены пластины, которые с помощью шарниров, грузов и тяг, расположенных между пластинами, соединены между собой и с системой рычагов, на валу установлена пружина с возможностью сжатия при вращении вала от действия центробежной силы, при этом пружина через указанные пластины и систему рычагов может закрывать или открывать кран топливопровода.A method of increasing engine efficiency includes an internal combustion cycle, heat exchange cycles for collecting heat losses, while a cycle of internal combustion, consisting of four cycles: suction of fuel, compression, stroke and exhaust, is carried out during the passage of one cycle, a heat exchange cycle for collecting heat losses is carried out due to the passage of water through the heat exchange channels of the housing of the hot section and the cooling of the combustion chamber with water, and the cycle of using these losses in the engine’s stroke, including heating the water to the temperature boiling rounds for its subsequent injection into the combustion chambers, in addition, a steam cycle is additionally and parallelly introduced into the internal combustion cycle of the engine, which is the injection of boiling water (steam) into the combustion chambers with an increase in the working fluid mass by about two times and the formation of a gas-vapor mixture and the heat exchange cycle for collecting heat losses also includes the passage of water through the heat transfer channels of the exhaust pipe. A rotary piston engine for implementing this method includes a housing, a rotor, a shaft, a combustion chamber, two sections separated from each other: cold, where there are suction and compression strokes, and hot, where there are strokes of the working stroke and exhaust, between sections gas distribution disk, on the outside of the engine each section has end caps, while each section has, for example, an ellipse-shaped rotor, and the hot section rotor has a wider width than the cold section rotor to increase areas of application of force, both rotors are mounted on the shaft, the hot section has a larger volume than the cold one, to increase the length of the working stroke, replaceable plates of wear-resistant material are installed on the arc surfaces of the housing and rotors, heat-insulating tapes are installed in the hot section under the specified plate, and the arc surfaces of the housings and rotors form at least two working chambers, while the spring-loaded retractable working blades are installed on the rotors, on the body in both sections demarcating one cycle from another blade, the number of which is equal to the number of blades on the rotors, and the combustion chambers are removed from the internal volume of the housing to its outer surface, moreover, each combustion chamber has two combustion chambers operating alternately, while the combustion chambers are insulated from casing with gaskets and closed by a heat-insulating cap, the rotor of the hot section relative to the rotor of the cold section is shifted in the direction opposite to the direction of rotation, to ensure the delay of the working stroke for a time sufficient for complete combustion of the fuel mixture, injection of water into the combustion chambers and vaporization. The rotational speed controller of the rotary piston engine shaft contains a shaft, a housing, end caps, bearings, and plates are installed on the shaft, which are connected with each other and with a lever system using hinges, weights and rods located between the plates, and a spring is installed on the shaft with the possibility of compression during rotation of the shaft from the action of centrifugal force, while the spring through these plates and the lever system can close or open the fuel line valve.

Группа изобретений иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 - продольный разрез двигателя по А-А, на фиг.2 - разрез Б-Б через горячую секцию при двух рабочих камерах в секции, на фиг.3 - схема работы двигателя с улучшенным тепловым циклом, на фиг.4 - разрез Б-Б через горячую секцию при трех рабочих камерах в секции, на фиг.5 - разрез Б-Б через горячую секцию при четырех рабочих камерах в секции, на фиг.6 - регулятор оборотов вала роторно-поршневого двигателя, на фиг.7 - рабочая лопатка холодной секции, на фиг.8 - схема сбора тепловых потерь выхлопных газов, продольный разрез.The group of inventions is illustrated by drawings, where in Fig. 1 is a longitudinal section of the engine along A-A, in Fig. 2 is a section B-B through the hot section with two working chambers in the section, in Fig. 3 is a diagram of the engine with an improved thermal cycle , FIG. 4 is a section B-B through the hot section with three working chambers in the section, FIG. 5 is a section BB through the hot section with four working chambers in the section, FIG. 6 is a speed control of the rotor-piston shaft engine, in Fig.7 - the working blade of the cold section, Fig.8 is a diagram of the collection of heat loss of exhaust gases, p odolny cut.

Предлагаемый роторно-поршневой двигатель (фиг.1) включает в себя корпус 1, две отделенных друг от друга секции: холодную 2 и горячую 3, каждая секция имеет с двух сторон по два уплотнительных кольца 4 и внутренние уплотнительные кольца 5. С внешней стороны двигателя каждая секция имеет торцевые крышки 6. Внутри каждой секции находится выполненный в виде эллипса ротор. Ротор 7 холодной секции имеет в несколько раз меньшую ширину, чем ротор 8 горячей секции. Ротор 8 горячей секции шире ротора 7, так как объем рабочего тела в горячей секции 3 двигателя больше, чем в секции 2. За счет увеличения габаритов ротора 8 увеличена площадь приложения силы при прохождении рабочего хода и увеличен КПД. Оба ротора 7 и 8 с помощью шлицев соединены с полым валом 9, вращающимся на подшипниках 10. Между секциями 2 и 3 установлен газораспределительный диск 11. С внешней стороны секций ставятся и закрепляются на валу опорные шайбы 12. На дуговые поверхности корпуса и роторов установлены штампованные из металла пластины 13, что упрощает ремонт двигателя (при их износе достаточно снять изношенные пластины и установить новые). В горячей секции 3 под эти металлические пластины 13 ставятся такие же по форме и размерам теплоизоляционные ленты 14. Между боковыми уплотнительными кольцами 4 в горячей секции 3 также установлены теплоизоляционные кольца 15. Эта теплоизоляция позволяет значительно снизить тепловые потери в двигателе. Подшипники 10 с внутренней и внешней сторон имеют крышки 16. Дуговые поверхности корпусов 1 и роторов 7 и 8 образуют как в холодной секции 2, так и в горячей секции 3 несколько, например две, рабочие камеры 17. На ротор 7 холодной секции 2 и ротор 8 горячей секции 3 установлены подпружиненные выдвижные рабочие лопатки 18, на корпусе в обеих секциях 2 и 3 установлены по две разграничивающие один такт от другого лопатки 19 для уменьшения износа всех лопаток и металлических лент как на корпусе двигателя, так и на роторе, на концах лопаток, соприкасающихся с лентами, выполнена круглая проточка, куда вставлен несколько меньшего диаметра круглый ролик 51 (фиг.7), выполняющий роль подшипника. На дне проточки выполнена канавка 52 для смазки ролика. Таким образом, трение при скольжении лопаток заменяется качением, ролики катятся по дуговым поверхностям корпуса и роторов, сокращая их износ и потери энергии на трение, увеличивая тем самым моторесурс двигателя, удлиняя межремонтный период и сокращая расходы на эксплуатацию. Камеры сгорания 20 вынесены из внутреннего объема корпуса 1 на его внешнюю поверхность. На каждую рабочую камеру 17 горячей секции 3 установлены по две работающие поочередно камеры 20 сгорания, которые снабжены свечами зажигания (не показаны) и расположены с разных сторон корпуса 1. Камеры 20 через газообменные каналы (не показаны) и газораспределительную систему (не показана) соединяют холодную секцию 2 с горячей секцией 3. От корпуса 1 камеры сгорания 20 теплоизолированы прокладками 21, сверху они закрыты колпаком 22, и он изнутри и снаружи также покрыт теплоизоляцией. Теплоизоляция горячей секции 3 дает возможность собрать тепло в камерах сгорания 20, изолировать его от корпуса 1 и внешней среды, использовать его в паровом цикле для получения полезной работы и увеличения КПД. Во внутренних уплотнительных кольцах 5 (фиг.2) горячей секции 3 имеются сообщающиеся между собой полости 23. Через нижний патрубок 24 полости соединены с водяной емкостью (не показана), а через верхний патрубок 25 соединены с радиатором водяного охлаждения (не показан). Охлаждение ротора горячей секции осуществляется воздухом от вентилятора через полую ось-трубу, как показано на фиг.1.The proposed rotary piston engine (Fig. 1) includes a housing 1, two sections separated from each other: cold 2 and hot 3, each section has two O-rings 4 on both sides and inner O-rings 5. On the outside of the engine each section has end caps 6. Inside each section is an ellipse-shaped rotor. The rotor 7 of the cold section is several times smaller than the rotor 8 of the hot section. The rotor 8 of the hot section is wider than the rotor 7, since the volume of the working fluid in the hot section 3 of the engine is larger than in section 2. Due to the increase in the dimensions of the rotor 8, the area of application of force during the passage of the working stroke is increased and the efficiency is increased. Both rotors 7 and 8 are connected by means of splines to a hollow shaft 9, which rotates on bearings 10. A gas distribution disk 11 is installed between sections 2 and 3. Support washers 12 are mounted on the outside of the sections and mounted on the shaft. Stamped stamped onto the arc surfaces of the casing and rotors of metal plate 13, which simplifies engine repair (when they wear, it is enough to remove worn plates and install new ones). In the hot section 3, heat-insulating tapes 14 of the same shape and size are placed under these metal plates 13. Between the lateral sealing rings 4 in the hot section 3, heat-insulating rings 15 are also installed. This thermal insulation can significantly reduce heat losses in the engine. The bearings 10 on the inner and outer sides have covers 16. The arc surfaces of the housings 1 and rotors 7 and 8 form several, for example, two, working chambers 17 in the cold section 2 and in the hot section 3. The rotor 7 of the cold section 2 and the rotor 8 of the hot section 3, spring-loaded retractable working blades 18 are installed, on the body in both sections 2 and 3 there are two blades 19 that separate one cycle from the other, to reduce the wear of all blades and metal belts both on the motor housing and on the rotor, at the ends of the blades in contact with l entom, made a round groove, where a somewhat smaller diameter inserted round roller 51 (Fig.7), which acts as a bearing. At the bottom of the groove, a groove 52 is made for lubricating the roller. Thus, the friction when sliding the blades is replaced by rolling, the rollers roll along the arc surfaces of the casing and rotors, reducing their wear and friction energy losses, thereby increasing the motor life of the engine, extending the overhaul period and reducing operating costs. The combustion chambers 20 are removed from the internal volume of the housing 1 to its outer surface. For each working chamber 17 of the hot section 3, two alternating combustion chambers 20 are installed, which are equipped with spark plugs (not shown) and are located on different sides of the housing 1. The chambers 20 are connected through gas exchange channels (not shown) and a gas distribution system (not shown) a cold section 2 with a hot section 3. From the housing 1 of the combustion chamber 20 are insulated with gaskets 21, they are covered by a cap 22 from above, and it is also coated from the inside and outside with thermal insulation. Thermal insulation of the hot section 3 makes it possible to collect heat in the combustion chambers 20, isolate it from the housing 1 and the external environment, use it in a steam cycle to obtain useful work and increase efficiency. In the inner sealing rings 5 (FIG. 2) of the hot section 3 there are cavities 23 communicating with each other. Through the lower pipe 24, the cavities are connected to a water tank (not shown), and through the upper pipe 25 they are connected to a water cooling radiator (not shown). The cooling of the rotor of the hot section is carried out by air from the fan through the hollow axis-pipe, as shown in figure 1.

Регулятор оборотов вала роторно-поршневого однотактного двигателя включает в себя корпус 26 (фиг.6), представляющий из себя отрезок трубы с лапами для крепления к корпусу двигателя (не показано), торцевые крышки 27, в них имеются гнезда для подшипников 28, на которых вращается вал 29, выходящий с одной стороны за заднюю торцевую крышку 27 на 4-5 см, на этот конец вала 29 крепится либо шкив, либо шестерня (не показано) для создания кинематической связи с валом 9. Внутри корпуса 26 с задней стороны вал 29 имеет резьбу, на которую заворачиваются две гайки 30, между которыми установлена пластина 31, эта пластина и гайки служат для настройки регулятора оборотов на необходимый режим работы и вращаются вместе с валом 29. На вал 29 надета спиральная пружина 32 и каретка 33, каретка не вращается вместе с валом 29, а только перемещается вдоль него. Каретка 33 со стороны пружины 32 имеет бортик, в который упирается пластина 34, имеющая гнездо для подшипника 35. Пластины 31 и 34 на шарнирах через грузы 36 и тяги 37 соединены между собой. К каретке 33 с другого ее конца жестко закреплена пластина 38, имеющая отверстия для крепления проволочных тяг 39, которые через систему рычагов 40 соединены с краном 41 на топливопроводе 42.The shaft speed controller of a rotary piston single-stroke engine includes a housing 26 (Fig. 6), which is a pipe segment with legs for fastening to the motor housing (not shown), end caps 27, they have bearing housings 28 on which the shaft 29 rotates, extending on one side of the rear end cover 27 by 4-5 cm, either a pulley or gear (not shown) is attached to this end of the shaft 29 to create a kinematic connection with the shaft 9. Inside the housing 26, the shaft 29 is on the rear side has a thread on which two nuts 30 are screwed, m waiting for the plate 31 to be installed, this plate and nuts are used to adjust the speed controller to the required operating mode and rotate together with the shaft 29. A spiral spring 32 and a carriage 33 are put on the shaft 29, the carriage does not rotate with the shaft 29, but only moves along it . The carriage 33 from the side of the spring 32 has a side against which the plate 34 abuts, having a seat for the bearing 35. The plates 31 and 34 on the hinges through the loads 36 and rods 37 are interconnected. A plate 38 is rigidly fixed to the carriage 33 from its other end, having holes for attaching wire rods 39, which are connected through a lever system 40 to a valve 41 on the fuel line 42.

Сбор тепловых потерь выхлопных газов осуществляется путем установки теплообменной трубы 43 на выхлопную трубу 44 с образованием зазора 45 для циркуляции воды. Для увеличения площади теплообмена и уменьшения габаритов теплообменного устройства выхлопные газы поступают в змеевик 46, который расположен в корпусе 47 теплообменного устройства. Для заливки воды корпус имеет горловину 48, а для слива воды - сливной кран 49. Корпус 47 и труба 43 покрыты слоем теплоизоляции 50 для уменьшения тепловых потерь.The collection of heat losses of the exhaust gases is carried out by installing a heat exchanger pipe 43 on the exhaust pipe 44 with the formation of a gap 45 for water circulation. To increase the area of heat transfer and reduce the dimensions of the heat exchanger, the exhaust gases enter the coil 46, which is located in the housing 47 of the heat exchanger. For filling water, the housing has a neck 48, and for draining water - a drain valve 49. The housing 47 and the pipe 43 are covered with a layer of thermal insulation 50 to reduce heat loss.

Двигатель реализует способ повышения КПД следующим образом (фиг.3). При вращении ротора 7 холодной секции 2 в обеих его рабочих камерах 17 обе его выдвижные рабочие лопатки 18 вместе с ротором 7 начинают движение по дуговым поверхностям корпуса 1, а выдвижные лопатки 19 корпуса 1 одновременно начинают движение по дуговым поверхностям ротора 7. Между ними в обеих рабочих камерах 17 увеличиваются объемы, создается разрежение, и топливная смесь из карбюратора через газообменные каналы поступает в обе рабочие камеры 17 холодной секции 2. При вращении ротора 7 его выдвижные лопатки 18 проходят выдвижные лопатки 19 корпуса 1, которые отсекают в обеих рабочих камерах 17 определенное их объемом количество топливной смеси. Продолжая двигаться, лопатки 18 ротора 7 начинают одновременно с одной стороны лопатки 18 сжимать, а с другой стороны этой лопатки всасывать топливную смесь. Сжимаемая топливная смесь через газораспределительную систему подается в одну их камер сгорания 20. Холодная секция 2 в данном случае работает как насос, горячая секция 3 работает как расширитель, выходящая из камер сгорания 20 парогазовая смесь толкает лопатки 18 ротора 8, совершая рабочий ход, с противоположной стороны этой лопатки одновременно идет выхлоп. Камеры сгорания 20 в двигателе работают поочередно, если в одной из них идет такт сжатия, то в другой одновременно идет такт рабочего хода и наоборот. Такое постоянное одновременное параллельное прохождение четырех тактов сложного теплового цикла за время прохождения одного такта означает, что двигатель однотактный, за счет чего за один оборот вала 9 при двух рабочих камерах 17 в секциях 2 и 3 проходят четыре рабочих хода, при трех рабочих камерах (фиг.4) в секциях - девять рабочих ходов, при четырех рабочих камерах (фиг.5) - шестнадцать рабочих ходов и так далее, но при обязательном условии установки двух камер сгорания 20 на каждую рабочую камеру 17. Для осуществления парового цикла впрыскивание воды в камеры сгорания 20 нужно производить только после полного сгорания топливной смеси, для этого нужно время, время нужно и для испарения воды и нагревания пара. Для этого ротор 8 горячей секции 3 смещен по отношению к ротору 7 холодной секции 2, поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения, для запаздывания начала такта «рабочий ход» на угол, достаточный по времени движения ротора 8 для полного сгорания топливной смеси, образования и нагревания пара. Парогазовая смесь не оставляет в камерах сгорания нагара, часто являющегося причиной детонации топлива. Остающееся в камерах сгорания после прохождения рабочего хода некоторое количество парогазовой смеси является идеальной, совершенно безвредной антидетонационной присадкой к топливной смеси. Парогазовая смесь из камер сгорания 20 через каналы газообмена подается в рабочие камеры 17 горячей секции 3 для совершения полезной работы. Длина дуговых поверхностей корпуса 1 в рабочих камерах 17 как в холодной 2, так и в горячей 3 секциях от одной лопатки 19 до другой при радиусе вращения ротора 8 от центра вращения вала до наиболее удаленной части ротора 8, например, 10 см составит 40-42 см, длина рабочего хода с учетом наличия газообменных каналов составит 30-35 см, что будет способствовать повышению КПД. Паровой цикл может быть построен и по-другому. Например, в камеры сгорания 20 можно подавать не воду, а нагретый пар, но для этого потребуется более сложная система нагревания пара и его подачи в камеры сгорания, а достигнутое увеличение КПД окажется незначительным.The engine implements a method of increasing efficiency as follows (figure 3). When the rotor 7 of the cold section 2 rotates in both of its working chambers 17, both its retractable working blades 18 together with the rotor 7 begin to move along the arc surfaces of the housing 1, and the retractable blades 19 of the housing 1 simultaneously begin to move along the arc surfaces of the rotor 7. Between them in both the working chambers 17 increase volumes, a vacuum is created, and the fuel mixture from the carburetor through gas exchange channels enters both working chambers 17 of the cold section 2. When the rotor 7 rotates, its retractable blades 18 pass the retractable blades 19 casing 1 which is cut into two working chambers 17 a certain amount of volume of the fuel mixture. Continuing to move, the blades 18 of the rotor 7 begin to simultaneously compress on one side of the blade 18, and on the other side of this blade to suck in the fuel mixture. Compressible fuel mixture through the gas distribution system is supplied to one of the combustion chambers 20. The cold section 2 in this case works as a pump, the hot section 3 works as an expander coming out of the combustion chambers 20, the gas-vapor mixture pushes the blades 18 of the rotor 8, making a working stroke, from the opposite the sides of this blade simultaneously exhaust. The combustion chambers 20 in the engine operate alternately, if in one of them there is a compression stroke, then in the other there is a stroke of the stroke and vice versa. Such a constant simultaneous parallel passage of four cycles of a complex thermal cycle during the passage of one cycle means that the engine is single-cycle, due to which four working strokes, with three working chambers, pass through two turns of chambers 17 in sections 2 and 3 (Fig. .4) in sections - nine working strokes, with four working chambers (Fig. 5) - sixteen working strokes and so on, but with the obligatory condition of installing two combustion chambers 20 on each working chamber 17. To inject a steam cycle e water in the combustion chamber 20 need to be made only after the complete combustion of the fuel mixture, this takes time, and time needed to evaporate the water and heating the steam. For this, the rotor 8 of the hot section 3 is offset with respect to the rotor 7 of the cold section 2, rotates in the direction opposite to the direction of rotation, to delay the start of the “stroke” cycle by an angle sufficient in time of the movement of the rotor 8 for complete combustion of the fuel mixture, formation and heating steam. The gas-vapor mixture does not leave soot in the combustion chambers, which is often the cause of fuel detonation. A certain amount of vapor-gas mixture remaining in the combustion chambers after passing the working stroke is an ideal, completely harmless antiknock additive to the fuel mixture. The gas-vapor mixture from the combustion chambers 20 is supplied through the gas exchange channels to the working chambers 17 of the hot section 3 to perform useful work. The length of the arc surfaces of the housing 1 in the working chambers 17 in both cold 2 and hot 3 sections from one blade 19 to another with a radius of rotation of the rotor 8 from the center of rotation of the shaft to the most remote part of the rotor 8, for example, 10 cm, will be 40-42 cm, the length of the stroke, taking into account the presence of gas exchange channels, will be 30-35 cm, which will increase the efficiency. The steam cycle can be built in a different way. For example, heated steam can be supplied to the combustion chambers 20 rather than water, but this will require a more complex system of heating the steam and its supply to the combustion chambers, and the achieved increase in efficiency will be insignificant.

Регулятор оборотов вала (фиг.6) работает следующим образом. При уменьшении нагрузки, например, при движении под уклон или при остановках увеличивается число оборотов вала 9 двигателя, и это увеличение оборотов передается на вал 29 и через тяги 37 и грузы 36 на систему рычагов 40. Увеличивается частота вращения, и центробежная сила через пластины 31 и 34 сжимает пружину 32 и закрывает при этом кран 41 топливопровода 42. Рычаг, идущий от регулятора, имеет продольное, длиной несколько миллиметров, отверстие, которое дает возможность работать двигателю в определенном диапазоне частот вращения и при достижении некоего порога частоты он закрывает кран 41 подачи топлива, в это время вал 9 двигателя несколько минут вращается по инерции, экономя топливо, а при достижении наименьшего значения частоты вращения (не равной нулю) открывает его. Двигатель, сделав 4-5 рабочих ходов, вновь набирает скорость вращения и вновь закрывает кран подачи топлива. Применение в двигателе данного регулятора может сэкономить при езде вне города 10-15%, а в городе до 30% топлива, уменьшить выбросы в атмосферу выхлопных газов и тепла.The shaft speed controller (Fig.6) works as follows. When the load decreases, for example, when driving downhill or during stops, the number of revolutions of the motor shaft 9 increases, and this increase in speed is transmitted to the shaft 29 and through the rods 37 and weights 36 to the lever system 40. The rotational speed increases, and the centrifugal force through the plates 31 and 34 compresses the spring 32 and closes the valve 41 of the fuel line 42. The lever coming from the regulator has a longitudinal hole several millimeters in length that allows the engine to work in a certain range of rotational speeds and when oego threshold frequency it closes the fuel supply valve 41, at this time the motor shaft 9 minutes rotates by inertia, saving fuel, and when the smallest value of the rotational speed (not zero) opens it. The engine, having made 4-5 working strokes, regains speed and again closes the fuel supply valve. The use of this regulator in the engine can save 10-15% when driving outside the city, and up to 30% of fuel in the city, and reduce emissions of exhaust gases and heat into the atmosphere.

При организации парового цикла на каждый литр топливной смеси требуется 1 куб. см воды, при двух рабочих камерах 17 в секциях при тысяче оборотов вала 9 и роторов 7 и 8 в минуту произойдет 4000 циклов с расходом воды 4 литра, за час работы двигателя потребуется 240 литров воды, поэтому для двигателя предусмотрена оборотная система водоснабжения с конденсацией пара (не показана). Для уменьшения шума при выхлопе рабочие камеры 17 в горячей секции 3 можно выполнить по объему несколько больше объема рабочего тела. После сгорания топливной смеси в камере сгорания объемом в 125 куб. см получим рабочее тело с давлением 50 бар. Уходящие выхлопные газы используют в своем рабочем ходе только часть температурного диапазона цикла ДВС, преобразуется в полезную работу в среднем 35%. Основная часть тепла через выхлопную трубу и систему охлаждения в известных двигателях выбрасывается в атмосферу. Предлагаемый двигатель закрывает эти каналы потерь тепла. Основной источник тепла и нагревания двигателя - расположение камер сгорания во внутренней его части. Для повышения КПД необходимо вынести камеры сгорания на внешнюю поверхность корпуса, теплоизолировать их, уменьшить нагревание двигателя и снизить температуру рабочего тела не менее чем вдвое. Для этого после окончания сгорания топливной смеси в камеры сгорания насосом через распылительные форсунки впрыскивается предварительно нагретая теплообменными циклами сбора тепловых потерь вода, например 1 куб. см, при ее испарении получим 1600 куб. см пара, масса рабочего тела увеличится. Снижение температуры увеличенной массы рабочего тела произойдет внутри замкнутого объема камер сгорания без потерь энергии. Давление при этом поднимется незначительно, на 2-3 бар. Увеличение давления произойдет за счет нагревания воды теплообменными циклами сбора тепловых потерь и использования этой энергии в сложном тепловом цикле (когда и параллельно, и последовательно идут одновременно несколько тепловых циклов с установлением связей между ними).When organizing a steam cycle, 1 cubic meter is required per liter of fuel mixture. cm of water, with two working chambers 17 in sections at a thousand revolutions of the shaft 9 and rotors 7 and 8 per minute, 4,000 cycles will occur with a water consumption of 4 liters, 240 liters of water will be required per hour of engine operation, therefore a reverse water supply system with steam condensation is provided for the engine (not shown). To reduce noise during the exhaust, the working chambers 17 in the hot section 3 can be made slightly larger in volume than the volume of the working fluid. After combustion of the fuel mixture in a combustion chamber of 125 cubic meters. see we get a working fluid with a pressure of 50 bar. The exhaust fumes use only part of the temperature range of the ICE cycle in their operation, and an average of 35% is converted into useful work. Most of the heat through the exhaust pipe and cooling system in known engines is emitted into the atmosphere. The proposed engine closes these heat loss channels. The main source of heat and heating of the engine is the location of the combustion chambers in its internal part. To increase the efficiency, it is necessary to move the combustion chambers to the outer surface of the housing, insulate them, reduce engine heating and reduce the temperature of the working fluid by at least half. For this, after the combustion of the fuel mixture is completed, water is preliminarily heated in the combustion chambers by the pump through the spray nozzles, for example, 1 cubic meter of water, preheated. see, when it evaporates, we get 1600 cubic meters. cm steam, the mass of the working fluid will increase. Reducing the temperature of the increased mass of the working fluid will occur inside the enclosed volume of the combustion chambers without energy loss. The pressure will rise slightly, by 2-3 bar. The increase in pressure will occur due to the heating of water by heat-exchange cycles of collecting heat losses and the use of this energy in a complex heat cycle (when both heat cycles are parallel and sequentially with the establishment of connections between them).

Увеличения мощности двигателя можно добиться двумя способами, например на удлиненный вал поставить несколько однотипных двигателей или увеличить количество рабочих камер 17 в секциях 2 и 3 и соответственно увеличить количество циклов за один оборот вала 9 (фиг.4 и 5).Increasing engine power can be achieved in two ways, for example, put several engines of the same type on an elongated shaft or increase the number of working chambers 17 in sections 2 and 3 and, accordingly, increase the number of cycles per revolution of shaft 9 (Figs. 4 and 5).

Повышение КПД предлагаемого двигателя достигается также за счет введения парового цикла, с помощью которого снижается температура рабочего тела в камерах сгорания без потерь энергии до 1100-1200 градусов, тем самым снижается температурный напор на корпус и узлы двигателя, увеличивается в несколько раз масса рабочего тела, объем расширения, площадь приложения силы и длина рабочего хода, что позволяет улучшить соотношение между массой рабочего тела и его температурой, давлением, объемом расширения и временем прохождения теплового цикла. Благодаря этому обеспечена однотактность двигателя, постоянное одновременное параллельное прохождение всех четырех тактов цикла за время прохождения одного такта и тем самым «сжатие» теплового цикла во времени, что вместе с теплоизоляцией горячей секции 3 и камер сгорания 20 резко уменьшает бесполезное расходование тепла на нагревание двигателя, а температура выхлопных газов снижается до 150-200 градусов, тем самым повышена эффективность использования тепловой энергии в двигателе и повышен его КПД.Increasing the efficiency of the proposed engine is also achieved by introducing a steam cycle, with which the temperature of the working fluid in the combustion chambers is reduced without energy loss to 1100-1200 degrees, thereby reducing the temperature pressure on the housing and engine components, the mass of the working fluid is increased several times, the expansion volume, the area of application of force and the length of the working stroke, which allows to improve the ratio between the mass of the working fluid and its temperature, pressure, expansion volume and the duration of the heat cycle. This ensures a single-cycle engine, constant simultaneous parallel passage of all four cycles of the cycle during the passage of one cycle and thereby the “compression” of the heat cycle in time, which together with the thermal insulation of the hot section 3 and combustion chambers 20 dramatically reduces the useless heat consumption for heating the engine, and the temperature of exhaust gases is reduced to 150-200 degrees, thereby increasing the efficiency of heat energy in the engine and its efficiency is increased.

Полезная работа роторно-поршневого двигателя на основе вышеописанного сложного теплового цикла будет равна:The useful work of a rotary piston engine based on the above complex thermal cycle will be equal to:

L=(t₁-t₂):t₁,L = (t ₁ -t ₂ ): t ₁ ,

где L - КПД в процентах, t₁ - температура рабочего тела перед началом рабочего хода, t₂ - температура выхлопных газов.where L is the efficiency in percent, t ₁ is the temperature of the working fluid before the start of the stroke, t ₂ is the temperature of the exhaust gases.

КПД=(1150-200):1150=82%.Efficiency = (1150-200): 1150 = 82%.

КПД может колебаться около приведенного значения на ±5%. Наряду с увеличением КПД двигателя достигаются и другие положительные эффекты, сокращается расход энергоресурсов, уменьшаются выбросы в атмосферу тепла и выхлопных газов, выхлопные газы за счет присутствия водяного пара имеют меньшую токсичность, что позволит улучшить экологическую обстановку, особенно в крупных городах.Efficiency can fluctuate around the given value by ± 5%. Along with an increase in engine efficiency, other positive effects are achieved, energy consumption is reduced, heat and exhaust gases are reduced into the atmosphere, exhaust gases due to the presence of water vapor have less toxicity, which will improve the environmental situation, especially in large cities.

Claims

1. A way to increase engine efficiency using a heat cycle, which includes an internal combustion cycle and a heat exchange heat loss collection cycle, an internal combustion cycle consists of four clock cycles: fuel intake, compression, stroke and exhaust, a heat exchange heat loss collection cycle is carried out by the passage of water through the heat exchange channels of the body of the hot section, characterized in that the heat exchange cycle of collecting heat losses is also carried out by cooling the combustion chambers with water and a cycle of using these loss in the engine’s working stroke, including heating water to a boiling point for its subsequent injection into the combustion chambers, in addition, a steam cycle is additionally introduced into the internal combustion cycle of the engine, which is the injection of boiling water (steam) into the combustion chambers with an increase in mass twice the working fluid and the formation of a gas-vapor mixture, and the heat exchange cycle for collecting heat losses also includes the passage of water through the heat pipes of the exhaust pipe and the subsequent use of heated odes in the steam cycle.

2. A rotary piston engine for implementing a method of increasing engine efficiency, which includes a housing, a shaft, a combustion chamber, the housing is made of two sections separated from each other: cold, where there are suction and compression strokes, and hot, where there are strokes and exhaust, on the body in both sections there are blades demarcating one cycle from the other, the combustion chambers are moved from the internal volume of the body to its outer surface, and two combustion chambers are installed on each working chamber of the hot section Alternately, characterized in that the engine includes a shaft speed regulator, a gas distribution disk is installed between the sections, with each rotor mounted, for example, in the form of an ellipse, with the rotor of the hot section having a wider width than the rotor of the cold section to increase the area the application of force, both rotors are mounted on the shaft, the hot section has a larger volume than the cold section to increase the length of the stroke, and the arc surfaces of the housing and rotors form at least two working chambers, while on p tori installed spring-loaded retractable working blades, the number of blades delimiting one cycle from the other, installed on the body in both sections, is equal to the number of blades on the rotors, while the rotor of the hot section relative to the rotor of the cold section is shifted in the direction opposite to the direction of rotation, to ensure delay working stroke for a time sufficient for complete combustion of the fuel mixture, injection of water into the combustion chambers and vaporization.

3. The rotary piston engine according to claim 2, characterized in that on the outside of the engine each section has end caps.

4. The rotary piston engine according to claim 2, characterized in that on the arc surfaces of the housing and rotors are installed interchangeable plates of wear-resistant material.

5. The rotary piston engine according to claim 2, characterized in that additionally heat-insulating tapes are installed in the hot section under the interchangeable plate.

6. The rotary piston engine according to claim 2, characterized in that the combustion chambers are insulated from the housing by gaskets and closed by a heat-insulating cap.

7. The rotary piston engine according to claim 5, characterized in that at the ends of all the blades in contact with the tapes, a longitudinal circular groove is made along their entire width, at the bottom of which a groove for oil is made, and a roller is inserted into the groove.

8. The speed controller of the shaft of a rotary piston engine containing a shaft, bearings, hinges, loads and rods, characterized in that the regulator contains a housing and end caps, plates are installed on the shaft, which are hinged and weights and rods located between the plates, interconnected and with a system of levers, a spring is installed on the shaft with the possibility of compression during rotation of the shaft from the action of centrifugal force, while the spring through these plates and the system of levers can close or open the fuel line valve.