RU2516044C2

RU2516044C2 - Rotary piston engine

Info

Publication number: RU2516044C2
Application number: RU2011149724/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Духанин; Николай Николаевич Коленко; Надежда Васильевна Шерстюк; Евгений Иванович Панов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Аркон"
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2014-05-20
Also published as: RU2011149724A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to propulsion engineering. Proposed engine comprises housing, rotor with cylindrical ledge, fuel atomiser, high-pressure air compressor and recuperative heat exchanger for air heating downstream of compressor with off-gas heat. Rotor is fitted in end covers. Rotor cylindrical ledge is composed of shaped cam. Frame composed of two guide plates and top cover is fitted in housing groove. Radial vane is arranged inside said guide plates. Spring-loaded piston and two-spring thrusts are arranged some 0.2…0.5 mm from vane top end at top cover. Spring-loaded is engaged with vane. Groves for rotor air seal are made in vane proper and guide plates as well as in end cover and housing. Engine incorporates two heat-isolated intermittent-combustion chambers. Every chamber houses intake and discharge valves, fuel atomiser with air drive and piston to vary the chamber geometrical volume. Two receivers are arranged in air feed line from compressor to engine. One receiver with built-in electric heater is arranged downstream of heat exchanger and connected to combustion chambers. Second receiver is arranged upstream of recuperative heat exchanger. Pneumatic system composed by pressure control valves, receivers and solenoid valves is connected to compressed air feed line downstream of second receiver.

EFFECT: higher efficiency, longer life.

2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to engine building, in particular to internal combustion engines.

Известна конструкция роторно-поршневого двигателя с компрессором для сжатия воздуха (см. патент US 3989011).A known design of a rotary piston engine with a compressor for compressing air (see patent US 3989011).

Недостатками этой конструкции являются:The disadvantages of this design are:

- быстрый износ уплотняющих лопаток, воспринимающих как газовые усилия, так и нагрузку от инерционных сил;- rapid wear of the sealing blades, perceiving both gas forces and the load from inertial forces;

- нестабильная и низкоэффективная работа при отклонении от номинального режима работы.- unstable and low efficient operation when deviating from the nominal operating mode.

Известна конструкция роторно-поршневого двигателя Ванкеля (см. книгу: Орлин А.С. «Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей», Москва, Машиностроение, 1980 г., стр.358-361).The design of the Wankel rotary piston engine is known (see book: Orlin AS, “Design and operation of piston and combined engines”, Moscow, Mechanical Engineering, 1980, pp. 358-361).

Недостатками указанной конструкции являются:The disadvantages of this design are:

- сложная форма конструкции корпуса, ротора и его привода;- a complex form of construction of the housing, rotor and its drive;

- низкий ресурс механических уплотнений.- low resource mechanical seals.

Наиболее близким по технической сущности является роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус, ротор с цилиндрическим уступом, расположенным в торцевых крышках, камеру сгорания, топливную форсунку, воздушный компрессор высокого давления и рекуперативный теплообменник для нагрева воздуха после компрессора теплом отходящих газов (см. патент RU 2143571).The closest in technical essence is a rotary piston engine containing a housing, a rotor with a cylindrical ledge located in the end caps, a combustion chamber, a fuel nozzle, a high pressure air compressor and a regenerative heat exchanger for heating the air after the compressor with exhaust gas heat (see RU patent 2143571).

- необходимость прецизионного изготовления основных деталей двигателя и его высокоточная сборка;- the need for precision manufacturing of the main parts of the engine and its high-precision assembly;

- снижение термодинамической эффективности двигателя из-за сложности организации процесса горения в рабочем объеме двигателя, особенно для высокооборотных двигателей;- reduction of thermodynamic efficiency of the engine due to the complexity of the organization of the combustion process in the engine displacement, especially for high-speed engines;

- снижение экономичности работы при отклонении режима работы от номинального.- a decrease in operating efficiency when the operating mode deviates from the nominal.

Решаемая задача - повышение эффективности работы двигателя в широком диапазоне его работы и увеличение ресурса его работы.The problem to be solved is to increase the efficiency of the engine in a wide range of its operation and to increase the resource of its operation.

С этой целью в двигателе, выполненном в виде корпуса, ротора с цилиндрическим уступом, расположенного в торцевых крышках, камеры сгорания, топливной форсунки, воздушного компрессора высокого давления и рекуперативного теплообменника для нагрева воздуха после компрессора теплом отходящих газов, цилиндрический уступ ротора выполнен в виде профильного кулачка, а в пазу корпуса установлен каркас в виде двух направляющих пластин, внутри которых размещена радиальная лопатка, и верхней крышки, при этом на верхней крышке смонтированы подпружиненный поршень, соединенный с лопаткой, и два подпружиненных упора с зазором 0,2…0,5 мм относительно верхнего торца лопатки, а в самой лопатке и направляющих пластинах, а также в торцевых крышках и корпусе выполнены каналы для воздушного уплотнения ротора, кроме того двигатель снабжен двумя теплоизолированными камерами сгорания периодического действия, при этом в каждой камере установлены клапаны впуска и выпуска, снабженные электромагнитом и сервоприводом, топливная форсунка с пневмоприводом и поршень для изменения геометрического объема камеры, а на линии подачи воздуха от компрессора в двигатель установлены два ресивера: один ресивер со встроенным электронагревателем установлен после рекуперативного теплообменника и подсоединен к камерам сгорания, а второй установлен до рекуперативного теплообменника, при этом к магистрали подачи сжатого воздуха после второго ресивера подключена пневматическая система в виде редукционных клапанов, ресиверов и электромагнитных клапанов, которая взаимосвязана с клапанами впуска и выпуска камер сгорания, пневмоприводами топливных форсунок, а также каналами для подачи уплотняющего воздуха в торцевых крышках, корпусе, направляющих пластинах каркаса и каналами радиальной лопатки.For this purpose, in an engine made in the form of a housing, a rotor with a cylindrical ledge located in the end caps, a combustion chamber, a fuel nozzle, a high-pressure air compressor and a regenerative heat exchanger for heating the air after the compressor with exhaust gas heat, the cylindrical rotor ledge is made in the form of a profile cam, and in the groove of the housing there is a frame in the form of two guide plates, inside of which a radial blade is placed, and the top cover, while the springs are mounted on the top cover nennogo piston connected to the blade, and two spring-loaded stops with a gap of 0.2 ... 0.5 mm relative to the upper end of the blade, and in the blade itself and the guide plates, as well as in the end caps and the housing channels are made for air sealing of the rotor, in addition the engine is equipped with two heat-insulated combustion chambers of periodic action, while in each chamber there are intake and exhaust valves equipped with an electromagnet and a servo drive, a fuel nozzle with a pneumatic drive and a piston for changing the geometric volume chamber of the chamber, and two receivers are installed on the air supply line from the compressor to the engine: one receiver with a built-in electric heater is installed after the recuperative heat exchanger and connected to the combustion chambers, and the second is installed before the recuperative heat exchanger, while the pneumatic air is connected to the compressed air supply line after the second receiver system in the form of pressure reducing valves, receivers and solenoid valves, which is interconnected with intake and exhaust valves of combustion chambers, pneumatic drives of fuel x nozzles and channels for supplying sealing air to the end caps, the housing guide frame plates and channels of the radial vane.

По фондам Всероссийской патентно-технической библиотеки (ВПТБ) и Государственной публичной научно-технической библиотеки России (ГПНТБ) был произведен поиск для выявления аналогичных технических решений. Решений, совпадающих по отличительным признакам, обнаружено не было, на основании чего был сделан вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».The funds of the All-Russian Patent and Technical Library (VPTB) and the State Public Scientific and Technical Library of Russia (SPSL) were searched to identify similar technical solutions. No solutions matching the distinguishing features were found, on the basis of which it was concluded that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

На прилагаемых чертежах представлена конструкция предлагаемого роторно-поршневого двигателя:The accompanying drawings show the design of the proposed rotary piston engine:

на фиг.1 - общий вид двигателя;figure 1 - General view of the engine;

на фиг.2 - сечение по А-А конструкции, представленной на фиг.1.figure 2 is a section along aa of the structure shown in figure 1.

Роторно-поршневой двигатель включает: ротор 1 с цилиндрическим уступом на всю длину ротора, выполненного в виде профильного кулачка 2. Ротор 1 расположен в двух торцевых крышках 3 и 4 и в корпусе 5. В пазу корпуса 5 установлен каркас в виде двух направляющих пластин 6 и 7 и верхней крышки 8. Между направляющими пластинами 6 и 7 расположена радиальная лопатка 9, которая механически связана с поршнем 10, движущимся в цилиндре 11, установленном на верхней крышке 8. На поршень 10 действует пружина 12, прижимающая через поршень 10 лопатку 9 к поверхности ротора 1. Там же на верхней крышке 8 смонтированы два упора 13 с пружинами 14, при этом упоры 13 выполнены с зазором 0,2…0,5 мм относительно верхнего торца лопатки 9. Двигатель снабжен двумя камерами сгорания 15 и 16, в каждой из которых установлены: клапаны впуска 17, 18 с сервоприводами 19, 20 и быстродействующими электромагнитами 21, 22, клапаны выпуска 23, 24 с сервоприводами 25, 26 и быстродействующими электромагнитами 27, 28, топливные форсунки 29, 30 с пневмоприводами, а также поршни 31, 32 позволяющими изменять геометрические объемы камер сгорания 15, 16, которые трубопроводами 33 и 34 подключены к коллектору 35, выполненному на корпусе 5. На корпусе 5 также установлен коллектор 36, от которого по трубопроводу 37 выхлопные газы поступают в рекуперативный теплообменник 38, где отдают свое тепло воздуху, сжимаемому в компрессоре 39, после которого воздух под давлением 0,8…1,0 МПа поступает в теплообменник 38, при этом до и после теплообменника 38 установлены ресиверы 40 и 41. В ресивер 41 встроен пусковой электронагреватель 42. Высокотемпературный воздух высокого давления после ресивера 41 по трубопроводам 42 и 43 поступает к клапанам впуска 17 и 18, установленным на камерах сгорания 15 и 16. Двигатель снабжен пневмосистемой, подключенной к магистрали подачи сжатого воздуха после ресивера 40, и состоящей из:The rotary piston engine includes: rotor 1 with a cylindrical ledge for the entire length of the rotor, made in the form of a profile cam 2. Rotor 1 is located in two end caps 3 and 4 and in the housing 5. In the groove of the housing 5 there is a frame in the form of two guide plates 6 and 7 and the upper cover 8. Between the guide plates 6 and 7 there is a radial blade 9, which is mechanically connected with a piston 10 moving in a cylinder 11 mounted on the top cover 8. A spring 12 acts on the piston 10, pressing the blade 9 against the piston 10 rotor surface 1. In the same place on the top cover 8 two stops 13 with springs 14 are mounted, while the stops 13 are made with a gap of 0.2 ... 0.5 mm relative to the upper end of the blade 9. The engine is equipped with two combustion chambers 15 and 16, in each of which installed: inlet valves 17, 18 with servos 19, 20 and high-speed electromagnets 21, 22, valves 23, 24 with servos 25, 26 and high-speed electromagnets 27, 28, fuel injectors 29, 30 with pneumatic actuators, as well as pistons 31, 32 allowing you to change the geometric volumes of the combustion chambers 15, 16, which are piping Odes 33 and 34 are connected to a collector 35 made on the housing 5. A collector 36 is also installed on the housing 5, from which exhaust gases are passed through a pipe 37 to a regenerative heat exchanger 38, where they give their heat to the air compressed in the compressor 39, after which the air under a pressure of 0.8 ... 1.0 MPa enters the heat exchanger 38, while receivers 40 and 41 are installed before and after the heat exchanger 38. A starting electric heater 42 is built into the receiver 41. High-temperature high-pressure air after the receiver 41 is supplied to the cells through pipelines 42 and 43 Pans inlet 17 and 18 mounted on the combustion chambers 15 and 16. The engine is provided with a pneumatic system connected to the compressed air supply line 40 after the receiver, and consisting of:

- редуктора 44, ресивера 45 и электромагнитного клапана 46, подключенных к коллекторам 47 и 48, выполненных на торцевых крышках 3 и 4;- gear 44, receiver 45 and solenoid valve 46 connected to the collectors 47 and 48, made on the end caps 3 and 4;

- редуктора 49, ресивера 50 и электромагнитного клапана 51, подключенных к коллектору 52, выполненному на корпусе 5;- a gearbox 49, a receiver 50 and a solenoid valve 51 connected to a manifold 52 made on the housing 5;

- электромагнитного клапана 53, подключенного к сервоприводу 25 клапана выпуска 23, при этом на линии 54 подачи воздуха в сервопривод 25 установлена дюза 55;- an electromagnetic valve 53 connected to the actuator 25 of the exhaust valve 23, while a nozzle 55 is installed on the air supply line 54 to the actuator 25;

- электромагнитного клапана 56, подключенного к сервоприводу 19 клапана впуска 17, при этом на линии 57 подачи воздуха в сервопривод установлена дюза 58;- an electromagnetic valve 56 connected to a servo actuator 19 of the inlet valve 17, while a nozzle 58 is installed on the air supply line 57 to the servo;

- электромагнитного клапана 59, подключенного к сервоприводу топливной форсунки 29, при этом на линии 60 подачи воздуха установлена дюза 61;- an electromagnetic valve 59 connected to the servo drive of the fuel nozzle 29, while a nozzle 61 is installed on the air supply line 60;

- редуктора 62, ресивера 63, электромагнитного клапана 64, подключенного к каналам 65, выполненных в направляющих пластинах 6 и 7, при этом каналы постоянно сообщены с каналами 66, выполненными в лопатке 9;- a reducer 62, a receiver 63, an electromagnetic valve 64 connected to channels 65 made in guide plates 6 and 7, while the channels are constantly in communication with channels 66 made in the blade 9;

- электромагнитного клапана 67, подключенного к сервоприводу 20 клапана впуска 18, при этом на линии 68 подачи воздуха установлена дюза 69;- an electromagnetic valve 67 connected to the actuator 20 of the intake valve 18, while a nozzle 69 is installed on the air supply line 68;

- электромагнитного клапана 70, подключенного к сервоприводу топливной форсунки 30, при этом на линии подачи воздуха 71 установлена дюза 72;- an electromagnetic valve 70 connected to a servo drive of the fuel nozzle 30, while a nozzle 72 is installed on the air supply line 71;

- электромагнитного клапана 73, подключенного к сервоприводу 26 клапана выпуска 24, при этом на линии 74 подачи воздуха в сервопривод установлена дюза 75. Управление быстродействующими электромагнитами 21 и 22 клапанов впуска 17, 18 и электромагнитами 27 и 28 клапанов выпуска 23 и 24, а также электромагнитными клапанами пневмосистемы производится с помощью электронного блока управления (на чертеже не показан). На каждую камеру сгорания 15 и 16 нанесена теплоизоляция 76.- an electromagnetic valve 73 connected to a servo drive 26 of the exhaust valve 24, while a nozzle 75 is installed on the air supply line 74 to the servo drive. The control of the high-speed electromagnets 21 and 22 of the inlet valves 17, 18 and the electromagnets 27 and 28 of the exhaust valves 23 and 24, and pneumatic system solenoid valves are made using an electronic control unit (not shown in the drawing). Thermal insulation 76 is applied to each combustion chamber 15 and 16.

Работа роторно-поршневого двигателя происходит следующим образом. При нахождении ротора 1 в положении, показанном на фиг.1, от электронного блока управления подается команда на открытие электромагнитных клапанов 46, 51 и 64. В результате открытия клапанов воздух из ресиверов 45, 50 и 63 поступает с оптимальными давлениями для уплотнения ротора 1 в коллекторы 47 и 48, выполненные в торцевых крышках 3 и 4, в коллектор 52 на корпусе 5 и каналы 65 направляющих пластин 6 и 7 и далее каналы 66, сделанные в радиальной лопатке 9. Подача воздуха обеспечивает охлаждение деталей двигателя, а главное создает воздушное уплотнение рабочего объема двигателя при поступлении в него продуктов сгорания из камер сгорания 15 или 16, при этом клапан 64 открывается на время, равное работе двигателя, а время открытия клапанов 46 и 51 соответствует определенному углу поворота ротора 1. Также отличаются по величине и давление воздуха, подаваемого в коллекторы 47, 48, 52 и каналы 65, 66, при этом требуемое оптимальное значение давления для каждого канала устанавливается и поддерживается с помощью редукторов 44, 49 и 62 за счет отбора части расхода воздуха от компрессора 39. Одновременно с открытием клапанов 46, 51, 64 от электронного блока приходит команда на открытие электроклапана 53 и запитку током электромагнита 27 клапана выпуска 23. В результате сервопривод 25 клапана выпуска оказывается под давлением воздуха, создаваемого компрессором 39, при этом площадь сервопривода рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить полную силовую разгрузку клапана 23, что позволяет минимизировать усилие электромагнита 27, необходимое для открытия клапана. В результате открытия клапана 23 происходит поворот ротора под действием давления газов из открывающейся камеры сгорания 15 за счет накопленной в процессе горения заряда внутренней энергии. Горение топливного заряда происходит при постоянном объеме камеры сгорания 15 в условиях изохорного процесса, сопровождающегося повышением давления и температуры. При этом заполнение камеры сгорания воздухом высокого давления 0,8…1,0 МПа с температурой 400…500°С, впрыск дизельного топлива и процесс горения организованы таким образом, чтобы в момент окончания прохождения кулачка 2 ротора 1 радиальной лопатки 9 давление газов из камеры сгорания 15 сразу же передавалось на кулачок 2 ротора 1 после открытия клапана выпуска 23, когда газы из камеры сгорания 5 по трубопроводу 33 поступают в рабочий объем двигателя, создавая крутящий момент на валу двигателя. Таким образом, в положении ротора 1, отображенном на фиг.1, сразу же начинается рабочий ход двигателя, сопровождающийся снижением давления и температуры газов в камере сгорания 15. Одновременно с рабочим ходом происходит процесс выталкивания отработавших газов от предыдущего цикла через выхлопной коллектор 36 по трубопроводу 37 в рекуперативный теплообменник 38. Выхлопные газы, поступая в теплообменник с температурой порядка 700…750°С, нагревают воздух сжатый в компрессоре 39 до температуры порядка 450…500°С, т.е. температуры, достаточной для воспламенения топлива в периодически работающих камерах сгорания 15, 16, выделенных из рабочего объема двигателя. При повороте ротора 1 на определенные углы относительно лопатки 9 последовательно закрываются клапаны 51, а затем 46. После закрытия клапана 51 подача уплотняющего воздуха в зазор между кулачком 2 ротора 1 и корпусом 5, а также между ротором 1 и торцевыми крышками 3 и 4 прекращается, так как давление газов в рабочем объеме двигателя и камеры сгорания достаточно снижается, чтобы при дальнейшем повороте уплотнение рабочих газов происходило только за счет механических зазоров. Такое техническое решение позволяет уменьшить расход воздуха, отбираемого от компрессора 39. В момент подхода кулачка 2 ротора 1 к лопатке закрывается клапан 53, отключается электромагнит 27. Через дюзу 55 сбрасывается воздух из сервопривода 25 и трубопровода 54 и клапан выпуска 23 под действием пружины закрывается. Одновременно выдается команда на открытие клапана 56 и запитку электромагнита 21 клапана впуска 17. Так как площадь сервопривода 19 равна площади клапана 17 и равны давления действующие на их площади, то требуется небольшое усилие электромагнита 21 на открытие клапана 17. После открытия клапана 17 происходит заполнение камеры сгорания 15 воздухом высокого давления 0,8…1,0 МПа и температурой порядка 450…500°С. После чего отключается электромагнит 21, закрывается клапан 56, и небольшой объем воздуха из сервопривода 19 и трубопровода 57 сразу сбрасывается в атмосферу через дюзу 58, а клапан 17 под действием пружины закрывается. После закрытия клапана впуска 17 дается команда на открытие клапана 59, управляющего работой топливной форсунки 29 с пневмоприводом. В результате поступления воздуха в сервопривод форсунки 29 происходит впрыск топлива в камеру сгорания 15, его воспламенение и сгорание, сопровождающееся повышением давления и температуры в объеме камеры сгорания 15. После впрыска топлива клапан 59 закрывается и воздух из пневмопривода топливной форсунки 29 и трубопровода 60 через дюзу 61 сбрасывается в атмосферу. Это обеспечивает условия к следующему такту впрыскивания форсунки 29. Если продолжить поворот ротора далее, то под действием кулачка 2 ротора происходит вначале подъем лопатки 9 на высоту равную высоте кулачка 2, удержание на данной высоте, а затем опускание лопатки 9 с приходом лопатки 9 и ротора 1 снова в положение, показанное на фиг.1. С этого момента ротор вновь совершает рабочий ход, только уже под действием энергии газов, поступающих в рабочий объем двигателя, но уже из второй камеры сгорания 16. Вновь от электронного блока управления поступает команда на открытие электромагнитов 46, 51 для подачи воздуха на торцевое уплотнение и радиальное уплотнение ротора. Идет команда на открытие клапана 73 и подача воздуха в сервопривод 26 клапана выпуска 24 и запитку электромагнита 28. В результате под действием усилия, создаваемого электромагнитом 28, клапан 24 открывается и газ, образовавшийся в результате изохорного сгорания в камере 16, по трубопроводу 34 поступает в рабочий объем двигателя. Вновь на определенных углах поворота прекращается подача уплотняющего воздуха в торцевые крышки и коллектор 52 за счет закрытия клапанов 45, 51 отключается электромагнит 28, а в конце процесса расширения закрывается клапан 73, что приводит сразу же к сбрасыванию воздуха из сервопривода 26 и трубопровода 74 в атмосферу и закрытию под действием пружины клапана выпуска 24. После закрытия клапана выпуска 24 идет команда на подачу питания на электромагнит 22 клапана впуска и открытие клапана 67 с подачей воздуха в сервопривод 6. В результате клапан впуска 18 открывается и воздух высокого давления с температурой 450…500°С поступает в камеру сгорания 16 из ресивера 41, после чего электромагнит 22 отключается, клапан 67 закрывается, сбрасывается через дюзу 69 воздух из сервопривода 20 и трубопровода 68 и клапан впуска 18 под действием пружины закрывается. От электронного блока управления идет команда на открытие клапана 70, что обеспечивает подачу воздуха высокого давления по трубопроводу 71 в сервопривод топливной форсунки 30, происходит впрыск топлива под давлением в камеру сгорания 16, его воспламенение и процесс изохорного сгорания. После впрыска топлива клапан 70 закрывается и происходит сброс воздуха в атмосферу через дюзу 72 из сервопривода форсунки 30 и подготовка ее к последующей работе. Кулачок 2 ротора 1 и лопатки 9 опять приходят в положение, показанное на фиг.1, вновь в объем цилиндра двигателя поступает газ из первой камеры сгорания 15, и цикл повторяется.The operation of the rotary piston engine is as follows. When the rotor 1 is in the position shown in Fig. 1, a command is issued from the electronic control unit to open the electromagnetic valves 46, 51 and 64. As a result of opening the valves, air from the receivers 45, 50 and 63 enters with optimal pressures to seal the rotor 1 in collectors 47 and 48, made in the end caps 3 and 4, into the collector 52 on the housing 5 and channels 65 of the guide plates 6 and 7 and further channels 66 made in the radial blade 9. The air supply provides cooling of engine parts, and most importantly creates an air seal working the volume of the engine when the combustion products enter it from the combustion chambers 15 or 16, while the valve 64 opens for a time equal to the operation of the engine, and the opening time of the valves 46 and 51 corresponds to a certain angle of rotation of the rotor 1. Air pressure also differs in size, supplied to the collectors 47, 48, 52 and channels 65, 66, while the required optimal pressure value for each channel is established and maintained using gears 44, 49 and 62 by taking part of the air flow from the compressor 39. Simultaneously with the opening of the valve Panes 46, 51, 64 from the electronic unit, a command arrives to open the solenoid valve 53 and energize the electromagnet 27 of the exhaust valve 23. As a result, the actuator 25 of the exhaust valve is pressurized by air created by the compressor 39, while the area of the actuator is calculated so as to ensure full the power unloading of the valve 23, which minimizes the force of the electromagnet 27 required to open the valve. As a result of opening the valve 23, the rotor rotates under the action of gas pressure from the opening combustion chamber 15 due to the internal energy charge accumulated during the combustion process. The combustion of the fuel charge occurs at a constant volume of the combustion chamber 15 in an isochoric process, accompanied by an increase in pressure and temperature. In this case, filling the combustion chamber with high pressure air 0.8 ... 1.0 MPa with a temperature of 400 ... 500 ° C, diesel fuel injection and the combustion process are organized in such a way that when the passage of the cam 2 of the rotor 1 of the radial blade 9 ends, the gas pressure from the chamber Combustion 15 was immediately transferred to the cam 2 of the rotor 1 after opening the exhaust valve 23, when the gases from the combustion chamber 5 through the pipe 33 enter the engine displacement, creating a torque on the motor shaft. Thus, in the position of the rotor 1, shown in figure 1, immediately begins the stroke of the engine, accompanied by a decrease in pressure and temperature of the gases in the combustion chamber 15. Simultaneously with the stroke, the process of pushing the exhaust gases from the previous cycle through the exhaust manifold 36 through the pipeline 37 to the recuperative heat exchanger 38. The exhaust gases entering the heat exchanger with a temperature of about 700 ... 750 ° C, heat the compressed air in the compressor 39 to a temperature of about 450 ... 500 ° C, i.e. temperature sufficient to ignite the fuel in periodically operating combustion chambers 15, 16, isolated from the working volume of the engine. When the rotor 1 is rotated at certain angles with respect to the blade 9, the valves 51 and then 46 are sequentially closed. After the valve 51 is closed, the supply of sealing air to the gap between the cam 2 of the rotor 1 and the housing 5, as well as between the rotor 1 and the end caps 3 and 4, stops since the pressure of the gases in the displacement of the engine and the combustion chamber is sufficiently reduced so that during further rotation, the compaction of the working gases occurs only due to mechanical clearances. This technical solution allows to reduce the flow rate of air taken from the compressor 39. At the moment of cam 2 of the rotor 1 approaching the blade, the valve 53 closes, the electromagnet 27 is turned off. Through the nozzle 55, air is discharged from the servo 25 and pipeline 54 and the exhaust valve 23 closes under the action of the spring. At the same time, a command is issued to open the valve 56 and energize the electromagnet 21 of the inlet valve 17. Since the area of the actuator 19 is equal to the area of the valve 17 and the pressures acting on their area are equal, a small force of the electromagnet 21 to open the valve 17 is required. After opening the valve 17, the chamber is filled combustion 15 by high pressure air 0.8 ... 1.0 MPa and a temperature of about 450 ... 500 ° C. After that, the electromagnet 21 is turned off, the valve 56 is closed, and a small amount of air from the servo drive 19 and the pipe 57 is immediately discharged into the atmosphere through the nozzle 58, and the valve 17 is closed by the action of the spring. After closing the inlet valve 17, a command is given to open the valve 59, which controls the operation of the fuel injector 29 with a pneumatic actuator. As a result of the air entering the servo injector of the nozzle 29, fuel is injected into the combustion chamber 15, it ignites and burns, accompanied by an increase in pressure and temperature in the volume of the combustion chamber 15. After fuel injection, the valve 59 closes and the air from the pneumatic actuator of the fuel nozzle 29 and pipeline 60 through the nozzle 61 is discharged into the atmosphere. This provides conditions for the next injection stroke of the nozzle 29. If you continue to rotate the rotor further, then under the action of the rotor cam 2, the blade 9 first rises to a height equal to the height of the cam 2, is held at that height, and then the blade 9 is lowered with the arrival of the blade 9 and rotor 1 again to the position shown in FIG. From this moment, the rotor again makes a working stroke, only under the influence of the energy of the gases entering the engine’s displacement, but already from the second combustion chamber 16. Again, the command to open the electromagnets 46, 51 for supplying air to the mechanical seal is received from the electronic control unit and radial rotor seal. There is a command to open valve 73 and supply air to the actuator 26 of the exhaust valve 24 and energize the electromagnet 28. As a result, under the force created by the electromagnet 28, the valve 24 opens and the gas formed as a result of isochoric combustion in the chamber 16 enters through a pipe 34 engine displacement. Again, at certain turning angles, the supply of sealing air to the end caps and the manifold 52 is stopped by closing the valves 45, 51, the electromagnet 28 is turned off, and at the end of the expansion process, the valve 73 is closed, which immediately leads to the discharge of air from the actuator 26 and pipe 74 into the atmosphere and closing under the action of the spring of the exhaust valve 24. After closing the exhaust valve 24, there is a command to supply power to the inlet valve solenoid 22 and open the valve 67 with air supply to the actuator 6. As a result, the intake valve 18 opens and high-pressure air with a temperature of 450 ... 500 ° C enters the combustion chamber 16 from the receiver 41, after which the electromagnet 22 is turned off, the valve 67 is closed, the air from the actuator 20 and the pipe 68 and the intake valve 18 are discharged through the nozzle 69 under the action of a spring closes. A command is sent from the electronic control unit to open the valve 70, which ensures the supply of high pressure air through line 71 to the servo drive of the fuel nozzle 30, fuel is injected under pressure into the combustion chamber 16, its ignition and isochoric combustion process. After fuel injection, the valve 70 closes and air is discharged into the atmosphere through the nozzle 72 from the servo drive of the nozzle 30 and its preparation for subsequent operation. The cam 2 of the rotor 1 and the blades 9 again come to the position shown in figure 1, again the gas from the first combustion chamber 15 enters the volume of the engine cylinder, and the cycle repeats.

Очень важным моментом в предлагаемой конструкции роторно-поршневого двигателя является то, что, выделенные из рабочего объема двигателя камеры сгорания 15 и 16, по своему действию работают периодически. Это позволяет заранее подготовить и растянуть процесс горения и удачно использовать накопленную в процессе горения внутреннюю энергию, что очень важно для быстровращающихся роторно-поршневых двигателей, которые в отличие от двигателей с кривошипно-шатунным механизмом не имеют верхней и нижней мертвых точек. Кроме того, каждая камера сгорания 15 и 16 оснащена поршнем 31 и 32, позволяющим менять геометрический объем камеры сгорания, что создает возможность за счет одновременного изменения количества воздуха и топлива поддерживать оптимальный режим работы двигателя в широком диапазоне изменения нагрузки (момента).A very important point in the proposed design of a rotary piston engine is that the combustion chambers 15 and 16 isolated from the engine’s displacement work periodically in their action. This allows you to prepare and stretch the combustion process in advance and successfully use the internal energy accumulated during the combustion process, which is very important for fast-rotating rotary piston engines, which, unlike engines with a crank mechanism, do not have top and bottom dead points. In addition, each combustion chamber 15 and 16 is equipped with a piston 31 and 32, which allows changing the geometric volume of the combustion chamber, which makes it possible, by simultaneously changing the amount of air and fuel, to maintain optimal engine operation over a wide range of load (torque) changes.

С целью повышения ресурса работоспособности радиальная лопатка 9, постоянно контактирующая с поверхностью ротора 1, снабжена поршнем 10, площадь которого рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить разгрузку лопатки от газовых усилий и обеспечить ее прижатие к поверхности ротора 1 только за счет пружины 12, действующей на поршень 10, перемещающегося в цилиндре 11, закрепленном на корпусе 5. Оптимальное усилие пружины 12 можно отрегулировать. Для восприятия усилия, возникающего от силы инерции лопатки 9 при ее подъеме под действием кулачка 2 ротора 1, предусмотрены два упора 13 с пружинами 14, причем после опускания лопатки 9 на ротор 1, усилие от пружины 14 не передаются на лопатку 9, так как между упорами 13 и лопаткой устанавливается гарантированный зазор 0,2…0,5 мм.In order to increase the service life, the radial blade 9, which is constantly in contact with the surface of the rotor 1, is equipped with a piston 10, the area of which is calculated in such a way as to ensure the unloading of the blade from gas forces and to ensure its pressing against the surface of the rotor 1 only due to the spring 12 acting on the piston 10, moving in a cylinder 11, mounted on the housing 5. The optimal force of the spring 12 can be adjusted. To absorb the force arising from the inertia of the blade 9 when it is raised under the action of the cam 2 of the rotor 1, two stops 13 with springs 14 are provided, and after lowering the blade 9 on the rotor 1, the force from the spring 14 is not transmitted to the blade 9, since between stops 13 and the blade establishes a guaranteed clearance of 0.2 ... 0.5 mm.

В период пуска двигателя нагрев сжатого воздуха после компрессора 39 происходит с помощью электронагревателя 42, установленного в ресивере 41, обеспечивающего также минимальное падение воздуха при заполнении объема камеры сгорания 15 или 16.During the start-up of the engine, the heating of the compressed air after the compressor 39 occurs using an electric heater 42 installed in the receiver 41, which also ensures a minimum air drop when filling the volume of the combustion chamber 15 or 16.

Как видно из описания конструкции и работы роторно-поршневого двигателя предлагаемые технические решения, а именно:As can be seen from the description of the design and operation of the rotary piston engine, the proposed technical solutions, namely:

- организация воздушного уплотнения ротора в сочетании с процессом сгорания в двух попеременно работающих камерах сгорания с переменным геометрическим объемом позволяют поддерживать оптимальный состав топливовоздушной смеси в зависимости от конкретной нагрузки, обеспечить более полное сгорание топлива и, в конечном итоге, сохранить эффективность работы двигателя как в режиме холостого хода, так и в режиме максимальной нагрузки;- the organization of the rotor air seal in combination with the combustion process in two alternately working combustion chambers with a variable geometric volume allows to maintain the optimal composition of the air-fuel mixture depending on the specific load, to ensure more complete combustion of the fuel and, ultimately, to maintain engine efficiency as in idling, and in maximum load mode;

- разгрузка радиальной лопатки от газовых усилий, минимизация усилия контакта лопатки с ротором двигателя с использованием воздушной смазки обеспечивает существенное снижение износа трущихся деталей и увеличение срока работы двигателя.- unloading of the radial blade from gas forces, minimizing the contact force of the blade with the rotor of the engine using air lubrication provides a significant reduction in the wear of rubbing parts and increase the life of the engine.

Сравнение существенных признаков предложенного технического решения с известными решениями дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применяемость».Comparison of the essential features of the proposed technical solution with known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".

Claims

A rotary piston engine comprising a housing, a rotor with a cylindrical ledge located in the end caps, a combustion chamber, a fuel nozzle, a high pressure air compressor and a regenerative heat exchanger for heating the air after the compressor with exhaust gas heat, characterized in that the cylindrical rotor ledge is made in the form profile cam, and in the groove of the housing there is a frame in the form of two guide plates, inside of which a radial blade is placed, and a top cover, while the top cover is mounted s a spring-loaded piston connected to the blade, and two spring-loaded stops with a gap of 0.2 ... 0.5 mm relative to the upper end of the blade, and in the blade itself and the guide plates, as well as in the end caps and the casing, channels are made for air sealing of the rotor, except In addition, the engine is equipped with two heat-insulated combustion chambers of periodic action, while in each chamber there are intake and exhaust valves equipped with an electromagnet and a servo drive, a fuel nozzle with a pneumatic drive and a piston for changing the geometry chamber, and two receivers are installed on the air supply line from the compressor to the engine: one receiver with an integrated electric heater is installed after the regenerative heat exchanger and connected to the combustion chambers, and the second receiver is installed before the regenerative heat exchanger, and to the compressed air supply line after the second receiver connected pneumatic system in the form of pressure reducing valves, receivers and solenoid valves, which is interconnected with intake and exhaust valves of combustion chambers, pneumatic fuel injector drives, as well as channels for supplying sealing air in the end caps, housing, frame guide plates and radial blade channels.