RU2630717C1 - Rotary-vane engine, method of blades rotating in it, method of air cooling of its blade and method of diffusion combustion of fuel in it - Google Patents
Rotary-vane engine, method of blades rotating in it, method of air cooling of its blade and method of diffusion combustion of fuel in it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630717C1 RU2630717C1 RU2016109002A RU2016109002A RU2630717C1 RU 2630717 C1 RU2630717 C1 RU 2630717C1 RU 2016109002 A RU2016109002 A RU 2016109002A RU 2016109002 A RU2016109002 A RU 2016109002A RU 2630717 C1 RU2630717 C1 RU 2630717C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- blade
- fuel
- rotary vane
- prechamber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
- F01C1/07—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them having crankshaft-and-connecting-rod type drive
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания с неравномерным вращением рабочих органов.The invention relates to rotary internal combustion engines with uneven rotation of the working bodies.
Известен двигатель внутреннего сгорания (патент SU 494884, приоритет от 21.03.1973), содержащий неподвижный корпус с выполненной в нем кольцевой камерой, рабочие органы установлены на двух соосных валах, имеется механизм периодического изменения скорости вращения валов. Каналы и окна газообмена расположены на поверхности камеры. Вспомогательные камеры воспламенения с источником зажигания выполнены в полом корпусе и соединены каналом с рабочей камерой. Канал разделен перегородкой на два участка: передний и задний.A known internal combustion engine (patent SU 494884, priority dated 03/21/1973), comprising a fixed housing with an annular chamber made therein, working bodies are mounted on two coaxial shafts, there is a mechanism for periodically changing the speed of rotation of the shafts. Gas exchange channels and windows are located on the surface of the chamber. Auxiliary ignition chambers with an ignition source are made in a hollow housing and are connected by a channel to the working chamber. The channel is divided by a partition into two sections: front and rear.
Вспомогательная камера используется для впрыска факела горящих газов из вспомогательной камеры в рабочую камеру, для турболизации в ней заряда и обеспечения быстрого и полного сгорания смеси.The auxiliary chamber is used to inject a torch of burning gases from the auxiliary chamber into the working chamber, to turbolize the charge in it and to ensure quick and complete combustion of the mixture.
Недостатки конструкции в больших тепловых потерях и трудности охлаждения рабочих органов.Design flaws in large heat losses and difficulties in cooling the working bodies.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2198307, приоритет от 26.07.2000), содержащий цилиндр с четырьмя секторными поршнями, попарно закрепленными на соосных валах, механизм преобразования движения и камеру сгорания, вынесенную за пределы полости цилиндра и выполненную в форме трубки. Секторные поршни имеют радиальные и торцевые уплотнения. Двигатель снабжен объединенной системой жидкостного охлаждения и смазки.Known rotary piston internal combustion engine (patent RU 2198307, priority from 07.26.2000), containing a cylinder with four sector pistons, pairwise mounted on coaxial shafts, a motion conversion mechanism and a combustion chamber, carried outside the cylinder cavity and made in the form of a tube. Sector pistons have radial and mechanical seals. The engine is equipped with a combined liquid cooling and lubrication system.
Недостатки такого двигателя - сложность создания компрессии, малая эффективность охлаждения секторных поршней, большие механические потери уплотнительного контура.The disadvantages of such an engine are the difficulty of creating compression, the low cooling efficiency of sector pistons, and the large mechanical losses of the sealing circuit.
Недостатки роторно-лопастного двигателя хорошо известны - это и низкий ресурс механизма связи лопастей, и большие механические потери, создаваемые уплотнительным контуром и трудность охлаждения рабочих органов.The disadvantages of the rotor-vane engine are well known - this is a low resource of the linking mechanism of the blades, and large mechanical losses created by the sealing circuit and the difficulty of cooling the working bodies.
Снизить механические потери можно созданием компрессии с применением бесконтактного уплотнения, однако соосная конструкция с попарно закрепленными на соосных валах секторными поршнями не позволяет создать малый зазор между корпусом камеры и рабочим органом.Mechanical losses can be reduced by creating compression using a non-contact seal, however, the coaxial design with sector pistons pairwise mounted on the coaxial shafts does not allow creating a small gap between the camera body and the working body.
Известны роторно-лопастные двигатели с секторными поршнями на соосных валах (патент RU 2031248, приоритет от 18.09.1992, патент US 7721701, приоритет от 12.01.2007 и патент RU 2175720, приоритет от 27.01.1999). Такое соосное расположение валов не устраняет вышеизложенные недостатки.Known rotary vane engines with sector pistons on coaxial shafts (patent RU 2031248, priority from 09/18/1992, patent US 7721701, priority from 12.01.2007 and patent RU 2175720, priority from 01/27/1999). This coaxial arrangement of the shafts does not eliminate the above disadvantages.
Несоосная установка лопастей (патент RU 2467175, приоритет от 18.01.2011) на подшипниках качения позволяет максимально уменьшить зазор бесконтактного уплотнения примерно до 20 микрон и уменьшить механические потери, но бесконтактное уплотнение не устраняет другие недостатки, которые связаны с применением цикла Отто или Дизеля.The misaligned installation of the blades (patent RU 2467175, priority 01/18/2011) on rolling bearings allows to minimize the clearance of the non-contact seal to about 20 microns and reduce mechanical losses, but the non-contact seal does not eliminate other disadvantages associated with the use of the Otto or Diesel cycle.
Применение этих циклов создаст большие утечки рабочего тела через зазоры бесконтактного уплотнения, а большие динамические нагрузки снизят ресурс роторно-лопастного двигателя.The use of these cycles will create large leaks of the working fluid through the gaps of the non-contact seal, and large dynamic loads will reduce the life of the rotary vane engine.
Задача по увеличению ресурса механизма связи лопастей может решаться, и увеличением мощности планетарной передачи и кривошипно-шатунного механизма (патент US 7721701, приоритет от 12.01.2007, патент RU 2467175, приоритет от 18.01.2011) и применением вспомогательной камеры воспламенения (патент SU 494884, приоритет от 21.03.1973 и патент RU 2198307, приоритет от 26.07.2000), поскольку применение такой камеры снижает динамические нагрузки на механизм связи лопастей.The task of increasing the resource of the linking mechanism of the blades can be solved by increasing the power of the planetary gear and crank mechanism (patent US 7721701, priority from 01/12/2007, patent RU 2467175, priority from 01/18/2011) and using an auxiliary ignition chamber (patent SU 494884 , priority from 03/21/1973 and patent RU 2198307, priority from 07/26/2000), since the use of such a camera reduces the dynamic load on the communication mechanism of the blades.
За прототип принят роторно-лопастной двигатель (патент RU 2467175, приоритет от 18.01.2011), имеющий полый корпус, две пары лопастей, делящие камеру на четыре камеры переменного объема, рычаги, жестко связанные с валами лопастей, сателлитные шестерни, связанные с помощью кривошипно-шатунного механизма с соответствующим рычагом, причем механизм связи лопастей выполняется двумя установленными с двух торцов камеры планетарными механизмами, водила которых неподвижно соединяются друг с другом, в каждом планетарном механизме имеется один рычаг, шатун и сателлитная шестерня, имеющая внутреннее зацепление с неподвижным внешним центральным колесом, количество зубьев которого в два раза больше количества зубьев сателлитной шестерни.A rotary vane engine (patent RU 2467175, priority date 01/18/2011), having a hollow body, two pairs of blades dividing the chamber into four chambers of variable volume, levers rigidly connected to the shaft of the blades, satellite gears connected by a crank, was adopted as a prototype - a connecting rod mechanism with a corresponding lever, and the blade communication mechanism is performed by two planetary mechanisms installed from two ends of the chamber, the carriers of which are motionlessly connected to each other, in each planetary mechanism there is one lever, a connecting rod satellite gear having internal engagement with a stationary outer central wheel, the number of teeth of which is twice the number of teeth of the satellite gears.
В таком роторно-лопастном двигателе не решены задачи по охлаждению лопасти и увеличению ресурса механизма связи лопастей.In such a rotary-vane engine, the problems of cooling the blade and increasing the resource of the linking mechanism of the blades have not been solved.
Применяемые терминыApplicable Terms
Асимметричное вращение лопастей задается относительными размерами деталей механизма связи лопастей и заключается в неравенстве двух объемов рабочей камеры. Один объем образуется в рабочей камере при повороте выходного вала по часовой стрелке из положения «мертвая точка» на острый угол, например 15 градусов, и другой объем образуется в рабочей камере при повороте выходного вала против часовой стрелки из положения «мертвая точка» на тот же острый угол. Направление вращения, при котором в рабочей камере образуется больший объем названо «прямым», соответственно, противоположное направление, названо «обратным». Определение этих направлений вращения по относительному положению деталей приводится далее в описании.The asymmetric rotation of the blades is determined by the relative dimensions of the parts of the mechanism of communication of the blades and is the inequality of the two volumes of the working chamber. One volume is formed in the working chamber when the output shaft is rotated clockwise from the dead center position to an acute angle, for example 15 degrees, and another volume is formed in the working chamber when the output shaft is rotated counterclockwise from the output shaft from the dead center position to the same sharp corner. The direction of rotation, in which a larger volume is formed in the working chamber, is called “direct”, respectively, the opposite direction is called “reverse”. The determination of these directions of rotation by the relative position of the parts is given further in the description.
Диффузионное горение - горение неперемешанных газо-, паровоздушных смесей с воздухом. Для возникновения диффузионного горения необходимо, чтобы топливо было нагрето источником зажигания до температуры воспламенения, таким источником нагрева в роторно-лопастном двигателе является канал предкамеры и элемент накаливания, имеющийся внутри предкамеры.Diffusion combustion - combustion of unmixed gas, vapor-air mixtures with air. For diffusion combustion to occur, it is necessary that the fuel be heated by the ignition source to the ignition temperature, such a heat source in the rotary vane engine is the prechamber channel and the incandescent element inside the prechamber.
Запирающий элемент - запирающий элемент воздушного клапана, создаваемого рабочей поверхностью лопасти, названной запорной поверхностью. Запирающий элемент предназначен для перекрытия движения газов через окна газообмена.The locking element is the locking element of the air valve created by the working surface of the blade, called the locking surface. The locking element is designed to block the movement of gases through the gas exchange windows.
Компрессия определяется максимальным давлением сжатия в рабочей камере.Compression is determined by the maximum compression pressure in the working chamber.
Лопасть - вращающийся рабочий орган роторно-лопастного двигателя, выполненный в виде секторного поршня. Поверхность лопасти, подверженная непосредственному воздействию рабочего тела, названа рабочей. Лопасть имеет фронтальную, тыльную и запорную рабочие поверхности. Фронтальная поверхность, при вращении лопасти, первой достигает грань окна, соответственно, тыльная поверхность достигает грань окно позднее. Запорная поверхность наиболее удалена от оси вращения лопасти и является запирающим элементом воздушного клапана. Лопасть, в зависимости от разности плеч рычагов, двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов, называется опорной или лидирующей. Лидирующая лопасть имеет большее плечо рычага, большую скорость вращения. Лидирующая лопасть после выхода из мертвой точки имеет большую скорость вращения, чем опорная лопасть.A blade is a rotating working body of a rotary vane engine made in the form of a sector piston. The surface of the blade, subject to the direct influence of the working fluid, is called working. The blade has frontal, back and locking working surfaces. When the blade rotates, the front surface first reaches the window face, respectively, the rear surface reaches the window face later. The locking surface is farthest from the axis of rotation of the blade and is a locking element of the air valve. The blade, depending on the difference in the shoulders of the levers of two planetary crank mechanisms, is called the supporting or leading one. The leading blade has a larger lever arm, a higher rotation speed. After leaving the dead center, the leading blade has a higher rotation speed than the supporting blade.
Лидирующая лопасть - смотри «лопасть».Leading vane - see “vane”.
Мертвая точка - положение рабочей камеры, в котором действие сил рабочего тела не вызывают вращения выходного вала. Этот термин заимствован из описания поршневого двигателя. Для описания рабочего процесса введено понятие верхней и нижней мертвой точки. В нижней мертвой точке рабочая камера находится между впускным и выпускным окном и имеет минимальный объем. Положение верхней мертвой точки диаметрально противоположно нижней мертвой точке.Dead point - the position of the working chamber, in which the action of the forces of the working fluid does not cause rotation of the output shaft. This term is borrowed from the description of the piston engine. To describe the workflow, the concept of upper and lower dead center is introduced. At the bottom dead center, the working chamber is located between the inlet and outlet windows and has a minimum volume. The position of top dead center is diametrically opposite to bottom dead center.
Многотопливный двигатель - двигатель, обладающий свойством многотопливности, т.е. способности работать помимо основного топлива, например бензина, также на дизельном топливе, керосине и других видах жидкого и газообразного топлива.A multi-fuel engine is an engine with the property of multi-fuel, i.e. the ability to work in addition to the main fuel, such as gasoline, also on diesel fuel, kerosene and other types of liquid and gaseous fuels.
Нижняя мертвая точка - смотри «мертвая точка».Bottom Dead Point - see “Dead Point”.
Обратное вращение лопастей или обратное направление вращения лопастей - смотри определение «Асимметричное вращение лопастей».Reverse rotation of the blades or the reverse direction of rotation of the blades - see the definition of "Asymmetric rotation of the blades".
Окна и каналы газообмена - отверстие или вырез в камере, через которое происходит движение газов внутрь или наружу рабочей камеры.Windows and gas exchange channels - a hole or cutout in the chamber through which gases move in or out of the working chamber.
Опорная лопасть - смотри «лопасть».Support blade - see “blade”.
Предкамера - камера сгорания, расположенная вне полости рабочей камеры и предназначенная для сгорания основной массы топлива.The pre-chamber is a combustion chamber located outside the cavity of the working chamber and intended for combustion of the bulk of the fuel.
Прямое вращение лопастей или прямое направление вращения лопастей - смотри «Асимметричное вращение лопастей».Direct rotation of the blades or the direct direction of rotation of the blades - see "Asymmetric rotation of the blades".
Сектор верхней мертвой точки - сектор камеры, в котором рабочая камера находится в положении верхней мертвой точки.Top Dead Center sector is the camera sector in which the working camera is in top dead center position.
Сектор нижней мертвой точки - сектор камеры, в котором, рабочая камера, находящаяся в положении нижней мертвой точки.The sector of the bottom dead center is the sector of the chamber in which the working chamber is in the position of the bottom dead center.
Сектор сжатия - сектор половины камеры, разделенной пополам границей, проходящей через мертвые точки и включающий впускное окно. В этом секторе осуществляется впуск и сжатие свежей порции воздуха.The compression sector is the sector of half the camera, divided in half by a border passing through the blind spots and including the inlet window. In this sector, the intake and compression of a fresh portion of air is carried out.
Сектор расширения - сектор половины камеры, не относящийся к сектору сжатия. В этом секторе осуществляется догорание топлива, рабочий ход и выпуск отработанных газов.Expansion sector - a sector of half the camera, not related to the compression sector. In this sector, the combustion of fuel, the stroke and the exhaust gas are carried out.
Четырехтактный цикл в роторно-лопастном двигателе включает четыре четырехтактных цикла за один полный оборот выходного вала. Циклы впуска и сжатия воздуха, рабочий ход и выпуск отработанных газов производятся в четырех вращающихся рабочих камерах одновременно.The four-stroke cycle in a rotary vane engine includes four four-stroke cycles in one full revolution of the output shaft. Air intake and compression cycles, stroke and exhaust gas are produced in four rotating working chambers simultaneously.
Сущность роторно-лопастного двигателяRotary vane motor essence
Две пары лопастей, выполненные на двух полых валах, делят камеру на четыре рабочих камеры переменного объема. Камера имеет каналы и окна газообмена. Механизм связи лопастей выполнен неподвижным соединением водил двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов, установленных с торцов камеры. Предкамера вынесена за пределы камеры. Форсунка установлена в предкамере. Соединительный канал соединяет предкамеру с рабочей камерой и делится перегородкой на участок впуска и выпуска. Имеется бесконтактное уплотнение, в виде зазора, свеча накаливания с элементом накаливания. Предкамера теплоизолированная, выполняется каналом, в виде дуги, огибающей перегородку. Запирающий элемент воздушного клапана выполнен наиболее удаленной от оси вращения лопасти рабочей поверхностью лопасти, с возможностью перекрытия окон газообмена. Расстояние между окнами газообмена предкамеры выполняется с возможностью перекрытия этих окон, при повороте выходного вала из мертвой точки минимум на 8 и максимум на 20 градусов.Two pairs of blades made on two hollow shafts divide the chamber into four working chambers of variable volume. The camera has channels and gas exchange windows. The blade communication mechanism is made by a fixed connection of two planetary crank mechanisms mounted from the ends of the chamber. The pre-camera is moved outside the camera. The nozzle is installed in the pre-chamber. A connecting channel connects the prechamber to the working chamber and is divided by a partition into an inlet and outlet section. There is a non-contact seal, in the form of a gap, a glow plug with a glow element. The pre-chamber is thermally insulated, performed by the channel, in the form of an arc enveloping the partition. The locking element of the air valve is made farthest from the axis of rotation of the blade by the working surface of the blade, with the possibility of overlapping gas exchange windows. The distance between the gas exchange windows of the prechamber is made with the possibility of overlapping these windows when turning the output shaft from the dead point by at least 8 and a maximum of 20 degrees.
Кроме того, степень сжатия не менее 40.In addition, the compression ratio is not less than 40.
Кроме того, вращение выходного вала и лопастей направлено от сектора верхней мертвой точки в направлении окна выпуска предкамеры и перегородки.In addition, the rotation of the output shaft and the blades is directed from the sector of the top dead center in the direction of the outlet window of the chamber and the partition.
Кроме того, окно выпуска предкамеры расположено в секторе расширения, напротив запирающего элемента лидирующей лопасти, находящейся в верхней мертвой точке.In addition, the pre-chamber exhaust window is located in the expansion sector, opposite the locking element of the leading blade located at top dead center.
Кроме того, элемент накаливания является частью внутренней поверхности канала предкамеры, он находится на участке впуска и изгиба, и имеет поверхность вихреобразования, выполненную рядами шипов или ребер.In addition, the incandescent element is part of the inner surface of the prechamber channel, it is located in the inlet and bend section, and has a vortex formation surface made of rows of spikes or ribs.
Кроме того, свеча накаливания выполняется с возможностью принудительного накала элемента накаливания.In addition, the glow plug is configured to force the glow element to be forced.
Кроме того, окно впуска предкамеры находится в секторе сжатия и включает минимум половину сектора верхней мертвой точки.In addition, the pre-chamber inlet window is located in the compression sector and includes at least half of the top dead center sector.
Кроме того, рабочая поверхность лопасти, наиболее удаленная от оси вращения является запорной поверхностью, все окна газообмена выполнены напротив запорной поверхности.In addition, the working surface of the blade farthest from the axis of rotation is a locking surface, all gas exchange windows are made opposite the locking surface.
Кроме того, имеется масляное наружное охлаждение камеры, маслом планетарных кривошипно-шатунных механизмов, с возможностью исключения проникновения масла в камеру.In addition, there is oil external cooling of the chamber, by the oil of planetary crank mechanisms, with the possibility of eliminating the penetration of oil into the chamber.
Кроме того, имеется бесконтактное уплотнение в виде зазора между поверхностями валов лопастей.In addition, there is a non-contact seal in the form of a gap between the surfaces of the shaft of the blades.
Кроме того, ширина камеры сужается с удалением от оси вращения лопасти.In addition, the width of the chamber narrows with distance from the axis of rotation of the blade.
Кроме того, лопасть, в основном полая, имеет центральное несущее ребро, облегченное вырезами и ребра жесткости.In addition, the blade, mainly hollow, has a central bearing rib, facilitated by cuts and stiffeners.
Кроме того, центры масс планетарных кривошипно-шатунных механизмов расположены максимально диаметрально, с возможностью взаимного уравновешивания.In addition, the centers of mass of planetary crank mechanisms are located as diametrically as possible, with the possibility of mutual balancing.
Сущность способа вращения лопастей в роторно-лопастном двигателе, имеющем асимметричное вращение лопастей, в том, что вращение лопастей осуществляется в прямом направлении, а именно от верхней мертвой точки к перегородке и противоположно указанию угла, образованного шарнирным соединением рычага с шатуном.The essence of the method of rotation of the blades in a rotary vane engine having an asymmetric rotation of the blades is that the blades rotate in the forward direction, namely from the top dead center to the partition and is opposite to the indication of the angle formed by the articulated connection of the lever with the connecting rod.
Кроме того, углы шарнирных соединений рычага с шатуном, двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов направлены одинаково, а именно оба угла направлены против часовой стрелки или оба угла направлены по часовой стрелке.In addition, the angles of the articulated joints of the lever with the connecting rod, two planetary crank mechanisms are directed in the same way, namely, both angles are directed counterclockwise or both angles are directed clockwise.
Сущность способа воздушного охлаждения лопасти, имеющей фронтальную, тыльную, запорную поверхности, центральное несущее ребро и ребра жесткости, заключается в наружном охлаждении запорной поверхности опорной лопасти потоком воздуха, поступающим в рабочую камеру через впускной канал и внутренним охлаждением лопасти проточным потоком воздуха, нагнетаемым внутрь полости лопасти, через два окна входа, и выходящим из полости лопасти через два окна выхода, окна выполнены в торцевой поверхности камеры, в секторе сжатия и примыкают к сектору нижней мертвой точки.The essence of the method of air cooling of a blade having a front, rear, locking surface, a central bearing rib and stiffening ribs consists in external cooling of the locking surface of the supporting blade by the air flow entering the working chamber through the inlet channel and by internal cooling of the blade by a flowing air stream injected into the cavity blades, through two entrance windows, and leaving the cavity of the blade through two exit windows, the windows are made in the end surface of the chamber, in the compression sector and are adjacent to the sector izhney ground.
Сущность способа диффузионного горения топлива в роторно-лопастном двигателе, имеющем четыре четырехтактных цикла, за один полный оборот выходного вала, в секторе сжатия производится впуск воздуха через впускное окно, сжатие воздуха и вытеснение воздуха в предкамеру через окно впуска, в предкамере производится впрыск топлива и его самовоспламенение, в секторе расширения производится перепуск рабочего тела из предкамеры в рабочую камеру через окно выпуска, расширение рабочего тела и выпуск отработанных газов через выпускное окно, в том, что вытеснение воздуха в предкамеру через окно впуска сопровождается диффузионным горением топлива в предкамере и нагревом элемента накаливания, перекрытие окон предкамеры производится при повороте выходного вала из мертвой точки, минимум на 8 и максимум на 20 градусов, при этом топливо продолжает горение в замкнутом объеме предкамеры, открытие окна выпуска проходит в положении перекрытия запорной поверхности опорной лопасти перегородкой.The essence of the method of diffusion combustion of fuel in a rotary vane engine having four four-cycle cycles, for one full revolution of the output shaft, in the compression sector, air is admitted through the inlet window, air is compressed and air is displaced into the prechamber through the inlet window, fuel is injected into the prechamber and self-ignition, in the expansion sector, the working fluid is transferred from the pre-chamber to the working chamber through the exhaust window, the working fluid is expanded and the exhaust gases are released through the exhaust window, including that the displacement of air in the prechamber through the inlet window is accompanied by diffusion combustion of fuel in the prechamber and the glow element is heated, the prechamber windows are closed when the output shaft turns from the dead point by a minimum of 8 and a maximum of 20 degrees, while the fuel continues to burn in a closed volume of the prechamber , the opening of the exhaust window takes place in the overlapping position of the locking surface of the supporting blade by a partition.
Кроме того, впрыск топлива форсункой осуществляется на участке от впуска до изгиба канала предкамеры.In addition, fuel injection by the nozzle is carried out in the area from the inlet to the bend of the prechamber channel.
Кроме того, впрыск топлива форсункой осуществляется на последнем этапе сжатия воздуха, до поворота выходного вала в мертвую точку.In addition, fuel injection by the nozzle is carried out at the last stage of air compression, before the output shaft turns to a dead point.
Кроме того, в процессе запуска роторно-лопастного двигателя свеча накаливания совершает нагрев элемента накаливания до температуры, не ниже температуры самовоспламенения топлива, после запуска роторно-лопастного двигателя свеча накаливания отключается от источника электропитания и самовоспламенение топлива осуществляется от воздействия высокой температуры канала предкамеры и элемента накаливания.In addition, during the start-up of the rotor-vane engine, the glow plug heats the incandescent element to a temperature not lower than the temperature of self-ignition of the fuel, after the start of the rotor-vane engine, the glow plug is disconnected from the power supply and self-ignition of the fuel is carried out by the high temperature of the prechamber channel and the glow element .
Кроме того, открытие окна выпуска проходит в положении перекрытия запорной поверхности опорной лопасти перегородкой, при повороте выходного вала не менее чем на 3 градуса.In addition, the opening of the exhaust window takes place in the overlapping position of the locking surface of the supporting blade by a partition, when the output shaft is turned by at least 3 degrees.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении ресурса роторно-лопастного двигателя, повышении эффективности сгорания топлива, упрощении механизма создания компрессии, снижении механических потерь на трение, повышении эффективности охлаждения лопасти, упрощении механизма охлаждения лопасти, снижении термической напряженности лопасти и роторно-лопастного двигателя, снижении вибрации, обеспечении работы двигателя на топливе с низкой детонационной стойкостью и создании многотопливного двигателя.The problem to which the invention is directed is to increase the resource of a rotary vane engine, increase the efficiency of fuel combustion, simplify the mechanism of creating compression, reduce mechanical friction losses, increase the cooling efficiency of the blade, simplify the cooling mechanism of the blade, reduce the thermal stress of the blade and rotor blade engine, reducing vibration, ensuring the operation of the engine on fuel with low detonation resistance and the creation of a multi-fuel engine.
Такая высокая степень сжатия, не менее 40, позволяет переместить большую часть воздуха из рабочей камеры в предкамеру при относительно низкой компрессии.Such a high compression ratio, not less than 40, allows you to move most of the air from the working chamber to the prechamber with relatively low compression.
Такая теплоизолированная предкамера, элементы накаливания и поверхность вихреобразования создают условия для равномерного смешивания воздуха с топливом в предкамере, при температуре, превышающей температуру воспламенения топлива, что обеспечивает диффузионное горение части топлива, даже с низкой детонационной стойкостью, повышает эффективность сгорания топлива и позволяет создать многотопливный двигатель.Such a heat-insulated pre-chamber, incandescent elements and a vortex-forming surface create conditions for uniform mixing of air with fuel in the pre-chamber, at a temperature higher than the ignition temperature of the fuel, which ensures diffusion combustion of part of the fuel, even with low detonation resistance, increases the efficiency of fuel combustion and allows the creation of a multi-fuel engine .
Такое сгорание топлива в замкнутом объеме предкамеры, выполненной в виде дуги, огибающей перегородку, повышает эффективность сгорания топлива, поскольку остаточные газы от предыдущего цикла оттесняются воздухом в направлении окна выпуска, сгорание происходит при высокой температуре, до 2000°С, и давлении порядка 4 мПа, за промежуток времени, соответствующий повороту выходного вала из мертвой точки, минимум на 8 и максимум на 20 градусов. За такой короткий промежуток времени топливо практически полностью сгорает в предкамере благодаря высокой температуре и давлению.Such combustion of fuel in a closed chamber volume made in the form of an arc enveloping the baffle increases the fuel combustion efficiency, since the residual gases from the previous cycle are displaced by air in the direction of the exhaust window, combustion occurs at a high temperature, up to 2000 ° C, and a pressure of about 4 MPa , for a period of time corresponding to the rotation of the output shaft from the dead point, at least 8 and a maximum of 20 degrees. In such a short period of time, fuel almost completely burns out in the pre-chamber due to high temperature and pressure.
Такое расстояние между окнами газообмена предкамеры снижает термическую напряженность лопасти, поскольку обеспечивает практически полное сгорание топлива в замкнутом объеме предкамеры, где горячие газы имеют малую площадь теплового воздействия на лопасть.Such a distance between the pre-chamber gas exchange windows reduces the thermal tension of the blade, since it provides almost complete combustion of fuel in the closed chamber volume, where hot gases have a small area of thermal influence on the blade.
Такое открытие окна выпуска в положении перекрытия запорной поверхности опорной лопасти перегородкой при повороте выходного вала не менее чем на 3 градуса снижает термическую напряженность лопасти.Such opening of the exhaust window in the overlapping position of the locking surface of the support blade by a partition while turning the output shaft by at least 3 degrees reduces the thermal stress of the blade.
Такая конструкция предкамеры и такое асимметричное и прямое вращение лопастей снижает термическую напряженность лопасти и роторно-лопастного двигателя, поскольку обеспечивает более быстрое снижение давления рабочего тела, в начале рабочего хода, по сравнению с вращением лопастей в противоположном направлении.This design of the prechamber and such an asymmetric and direct rotation of the blades reduces the thermal stress of the blade and the rotor-blade engine, since it provides a faster decrease in the pressure of the working fluid at the beginning of the working stroke, compared with the rotation of the blades in the opposite direction.
Такая конструкция механизма связи лопастей, имеющего шестерни и кривошипно-шатунный механизм большой мощности, и такой рабочий процесс с относительно низким давлением рабочего тела в рабочей камере и более плавным изменением этого давления приводит к значительному снижению нагрузок на механизм связи лопастей и позволяет увеличить ресурс роторно-лопастного двигателя.This design of the blade coupling mechanism having gears and a crank mechanism of high power, and such a working process with a relatively low pressure of the working fluid in the working chamber and a smoother change in this pressure leads to a significant reduction in the loads on the blade coupling mechanism and allows to increase the life of the rotor blade motor.
Такое бесконтактное уплотнение, в виде зазора, упрощает механизм создания компрессии, имеет низкую утечку газов и снижает механические потери на трение в уплотнительном контуре.Such a non-contact seal, in the form of a gap, simplifies the compression mechanism, has a low gas leakage and reduces mechanical friction losses in the sealing circuit.
Такая низкая утечка газов из предкамеры через зазоры бесконтактного уплотнения, при давлении в предкамере, порядка 4 мПа объясняется относительно маленьким периметром зазоров в окнах предкамеры и кратковременностью такого высокого давления.Such a low leakage of gases from the prechamber through the gaps of the non-contact seal, at a pressure in the prechamber of about 4 MPa, is explained by the relatively small perimeter of the gaps in the prechamber windows and the short duration of such high pressure.
Такая низкая утечка газов из рабочей камеры, через зазоры бесконтактного объясняется значительно меньшим максимальным давлением рабочего тела в рабочей камере и прямым вращением лопастей, обеспечивающим более быстрое снижение давления рабочего тела, в начале рабочего хода лопасти.Such a low leakage of gases from the working chamber through the contactless gaps is explained by the significantly lower maximum pressure of the working fluid in the working chamber and direct rotation of the blades, which provides a more rapid decrease in the pressure of the working fluid at the beginning of the working stroke of the blade.
Такой способ воздушного охлаждения лопасти позволяет эффективно охлаждать лопасть и упрощает механизм охлаждения лопасти.This method of air cooling of the blade allows efficient cooling of the blade and simplifies the cooling mechanism of the blade.
Такое максимально диаметральное расположение центров масс планетарных кривошипно-шатунных механизмов снижает вибрацию.Such a maximally diametrical arrangement of the centers of mass of planetary crank mechanisms reduces vibration.
На Фиг. 1 представлено устройство роторно-лопастного двигателя с неподвижным соединением водил двух планетарных, кривошипно-шатунных механизмов, установленных с торцов камеры. Каналы и окна газообмена не показаны.In FIG. 1 shows a rotary vane engine device with a fixed connection of two planetary crank mechanisms mounted from the ends of the chamber. Gas exchange channels and windows are not shown.
На Фиг. 2 представлена схема камеры с лопастями в мертвой точке. Пунктирные полуокружности отмечают сектор сжатия (C1) и сектор расширения (С2). Стрелки указывают направление вращения лопастей, движение воздуха, рабочего тела и отработанных газов. Черные круги отмечают расположение окон входа и выхода в камере. Свеча накаливания не показана, поскольку может выполняться в одном корпусе с элементом накаливания. Отмечено два возможных положения форсунки, используемой для впрыска топлива на участке от впуска до изгиба канала предкамеры. Теплоизолированный слой предкамеры отмечен неметаллической штриховкой.In FIG. 2 is a diagram of a camera with paddles at a dead center. Dotted semicircles mark the compression sector (C1) and the expansion sector (C2). The arrows indicate the direction of rotation of the blades, the movement of air, working fluid and exhaust gases. Black circles indicate the location of the entry and exit windows in the camera. The glow plug is not shown, because it can be performed in one housing with the glow element. Two possible positions of the nozzle used for fuel injection in the section from the inlet to the bend of the precamera channel are noted. The heat-insulated layer of the precamera is marked by non-metallic hatching.
На Фиг. 3 представлено сечение лопасти и камеры сечением, проходящим через два окна входа и два окна выхода в торцевых поверхностях камеры. Стрелки указывают движение проточного потока воздуха, используемого для внутреннего охлаждения лопасти. Камера представлена в виде трапеции, имеющей сужение ширины с удалением от оси вращения лопасти.In FIG. 3 shows a section of a blade and a chamber with a section passing through two entrance windows and two exit windows in the end surfaces of the chamber. The arrows indicate the movement of the flow of air used for internal cooling of the blade. The camera is presented in the form of a trapezoid having a narrowing of the width with distance from the axis of rotation of the blade.
На Фиг. 4 представлена схема положения лопастей в мертвой точке (0°), угол между радиусами через центр лопастей, далее - между лопастями равен 34°3', стрелкой отмечено направление вращения лопастей. Указано максимальное значение углов поворота выходного вала, соответственно, для окна впуска (γ<20°) и перегородки (δ<20°).In FIG. 4 shows a diagram of the position of the blades at the dead point (0 °), the angle between the radii through the center of the blades, then between the blades is 34 ° 3 ', the arrow indicates the direction of rotation of the blades. The maximum value of the rotation angles of the output shaft is indicated, respectively, for the inlet window (γ <20 °) and the partition (δ <20 °).
На Фиг. 5 представлена схема положения деталей и шарнирных соединений двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов в мертвой точке с неуравновешенными центрами масс. Окружности и эллипсы отмечают траектории подвижных шарнирных соединений. (0°) - означает положение мертвой точки.In FIG. 5 is a diagram of the position of parts and articulated joints of two planetary crank mechanisms at the dead center with unbalanced centers of mass. Circles and ellipses mark the trajectories of movable articulated joints. (0 °) - means the dead center position.
На Фиг. 6 представлена схема положения деталей и шарнирных соединений двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов в мертвой точке с уравновешенными центрами масс. Диаметральное расположение сателлитных шестерен отмечено пунктирной линией. Асимметричное вращение лопастей при диаметральном расположении сателлитных шестерен сохраняется при неизменности углов α и β на Фиг. 4 и Фиг. 5, при этом угол схождения лопастей не меняется и равен 34°3'. Направление вращения лопастей указано стрелкой. (0°) -значает положение мертвой точки.In FIG. 6 is a diagram of the position of parts and articulated joints of two planetary crank mechanisms at the dead center with balanced centers of mass. The diametrical arrangement of the satellite gears is indicated by a dashed line. The asymmetric rotation of the blades at the diametrical arrangement of the satellite gears is maintained while the angles α and β in FIG. 4 and FIG. 5, while the angle of convergence of the blades does not change and is equal to 34 ° 3 '. The direction of rotation of the blades is indicated by the arrow. (0 °) - means the dead center position.
На Фиг. 7 представлен график изменения объема рабочей камеры при прохождении ею мертвой точки. График отражает асимметричность вращения (См. термин «Асимметричное вращение»). График определяет изменение объема (V) рабочей камеры через каждые 5 градусов поворота выходного вала (горизонтальная шкала). Значение «0» - соответствует положению рабочей камеры в мертвой точке. Отрицательный интервал значений, от «-25» градусов до «0» означает сжатие воздуха в секторе сжатия, положительный интервал, от «0» до «20» означает расширение рабочего тела в секторе расширения.In FIG. 7 is a graph of the change in the volume of the working chamber when it passes the dead center. The graph reflects the asymmetry of rotation (See the term “Asymmetric rotation”). The graph determines the change in the volume (V) of the working chamber every 5 degrees of rotation of the output shaft (horizontal scale). The value "0" - corresponds to the position of the working chamber at the dead point. A negative range of values, from “-25” degrees to “0” means air compression in the compression sector, a positive interval, from “0” to “20” means the expansion of the working fluid in the expansion sector.
Динамика изменения этого объема в секторе сжатия показана на Фиг. 8 - Фиг. 13, а в секторе расширения Фиг. 14 - Фиг. 19. Для удобства сравнения объемов рабочие камеры с равным углом поворота выходного вала относительно мертвой точки находятся в одном ряду.The dynamics of this volume in the compression sector is shown in FIG. 8 - FIG. 13, and in the expansion sector of FIG. 14 - FIG. 19. For the convenience of comparing volumes, working chambers with an equal angle of rotation of the output shaft relative to the dead point are in the same row.
На Фиг. 8 рабочая камера находится в секторе сжатия, выходной вал в 5 градусах от мертвой точки.In FIG. 8, the working chamber is in the compression sector, the output shaft is 5 degrees from the dead center.
На Фиг. 9 рабочая камера находится в секторе сжатия, выходной вал в 10 градусах от мертвой точки.In FIG. 9, the working chamber is located in the compression sector, the output shaft is 10 degrees from the dead center.
На Фиг. 10 рабочая камера находится в секторе сжатия, выходной вал в 15 градусах от мертвой точки.In FIG. 10, the working chamber is in the compression sector, the output shaft is 15 degrees from the dead center.
На Фиг. 11 рабочая камера находится в секторе сжатия, выходной вал в 20 градусах от мертвой точки.In FIG. 11, the working chamber is located in the compression sector, the output shaft is 20 degrees from the dead center.
На Фиг. 12 рабочая камера находится в секторе сжатия, выходной вал в 25 градусах от мертвой точки.In FIG. 12, the working chamber is in the compression sector, the output shaft is 25 degrees from the dead center.
На Фиг. 13 рабочая камера находится в секторе сжатия, выходной вал в 30 градусах от мертвой точки.In FIG. 13, the working chamber is located in the compression sector, the output shaft is 30 degrees from the dead center.
На Фиг. 14 рабочая камера находится в секторе расширения, выходной вал в 5 градусах от мертвой точки.In FIG. 14, the working chamber is in the expansion sector, the output shaft is 5 degrees from the dead center.
На Фиг. 15 рабочая камера находится в секторе расширения, выходной вал в 10 градусах от мертвой точки.In FIG. 15 the working chamber is located in the expansion sector, the output shaft is 10 degrees from the dead center.
На Фиг. 16 рабочая камера находится в секторе расширения, выходной вал в 15 градусах от мертвой точки.In FIG. 16, the working chamber is in the expansion sector, the output shaft is 15 degrees from the dead center.
На Фиг. 17 рабочая камера находится в секторе расширения, выходной вал в 20 градусах от мертвой точки.In FIG. 17 the working chamber is in the expansion sector, the output shaft is 20 degrees from the dead center.
На Фиг. 18 рабочая камера находится в секторе расширения, выходной вал в 25 градусах от мертвой точки.In FIG. 18, the working chamber is in the expansion sector, the output shaft is 25 degrees from the dead center.
На Фиг. 19 рабочая камера находится в секторе расширения, выходной вал в 30 градусах от мертвой точки.In FIG. 19, the working chamber is in the expansion sector, the output shaft is 30 degrees from the dead center.
На Фиг. 20 вид планетарного кривошипно-шатунного механизма в сборке.In FIG. 20 is a view of the planetary crank mechanism in the assembly.
На Фиг. 21 индикаторная диаграмма отражает зависимость изменения давления газов в предкамере (штрих - пунктирная линия) и в рабочей камере (основная линия) от угла поворота выходного вала при прохождении выходным валом мертвой точки. Точки 1-6 отделяют основные рабочие процессы.In FIG. 21, the indicator diagram reflects the dependence of the change in gas pressure in the prechamber (dash - dashed line) and in the working chamber (main line) on the angle of rotation of the output shaft when the output shaft passes the dead center. Points 1-6 separate the main work processes.
На Фиг. 22 схема определения направленности углов в шарнирных соединениях двух планетарных кривошипно-шатунных механизмах. Направление углов определяется стрелками, направленными внутрь угла, образованного шарнирным соединением рычага с шатуном. В примере оба угла направлены против часовой стрелки и указывают обратное направление.In FIG. 22 is a diagram for determining the directivity of angles in articulated joints of two planetary crank mechanisms. The direction of the angles is determined by arrows pointing inward to the angle formed by the articulation of the lever with the connecting rod. In the example, both angles are counterclockwise and indicate the opposite direction.
Роторно-лопастной двигатель включает полый корпус 1 (Фиг. 1). Четыре лопасти 2 выполнены в виде секторных поршней и делят камеру на четыре рабочие камеры переменного объема. Пара лопастей выполняется одной деталью с полым валом, названным валом лопасти.The rotary vane engine includes a hollow body 1 (Fig. 1). Four
Механизм связи лопастей, выполняется неподвижным соединением водил 7, двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов. Водило 7 в примере представлено двумя, жестко соединяемыми между собой деталями 7 и 8, соединение выполнено болтами 11.The communication mechanism of the blades is performed by a fixed connection of the
Водило 7 и выходной вал выполняются одной деталью. Валы детали 8 жестко соединяются между собой, например, посредством шлицевого соединения.Drove 7 and the output shaft are made in one piece. The shafts of the
Планетарный кривошипно-шатунный механизм имеет кривошип 4, сателлитную шестерню 3, шатун 5, неподвижное, внешнее, центральное колесо 6 внутреннего зацепления и рычаг 9. Шарнирные соединения могут иметь вкладыш 13.The planetary crank mechanism has a
Вал рычага 9 и вал лопасти жестко соединяются между собой, лопасть устанавливается на подшипник качения 10. Внешнее центральное колесо 6 жестко крепится в крышке 12.The
Камера имеет каналы и окна газообмена. Впускной канал 14 и окно (Фиг. 2) используются для впуска в рабочую камеру воздуха. Выпускной канал 15 и окно и используются для выпуска отработанных газов.The camera has channels and gas exchange windows. The
Запирающий элемент воздушного клапана выполнен наиболее удаленной от оси 17 вращения лопасти рабочей поверхностью лопасти, названной запорной поверхностью. Запирающий элемент выполнен с возможностью перекрытия окон газообмена, выполненных в камере, напротив запорной поверхности.The locking element of the air valve is made farthest from the axis of rotation of the
Компрессия в рабочей камере создается бесконтактным уплотнением в виде зазора не менее 15 микрон. Такой зазор имеется между поверхностью лопасти и камеры, а также и между поверхностями валов лопасти. Меньшее значение зазора может привести к его засорению и закоксованности.Compression in the working chamber is created by a non-contact seal in the form of a gap of at least 15 microns. Such a gap exists between the surface of the blade and the chamber, as well as between the surfaces of the shaft of the blade. A lower clearance value can lead to clogging and coking.
Предкамера выполняется каналом в виде дуги. Канал огибает перегородку 22 и разделяется на участок впуска, изгиба и выпуска. Изгибом назван средний участок канала предкамеры, включающий изгиб канала.The pre-chamber is performed by a channel in the form of an arc. The channel goes around the
Окно впуска 18 предкамеры принадлежит участку впуска, находится в секторе сжатия (C1), примыкает к сектору верхней мертвой точки и включает минимум половину этого сектора.The
Окно выпуска 19 принадлежит участку выпуска предкамеры, расположено в секторе расширения (С2), напротив запирающего элемента лидирующей лопасти, находящейся в верхней мертвой точке.The
Расстояние между окном впуска 18 и окном выпуска 19 предкамеры выполняется с возможностью перекрытия этих окон, при повороте выходного вала из мертвой точки минимум на 8 и максимум на 20 градусов.The distance between the
Минимальное значение поворота выходного вала, равное 8 градусам определяется периодом задержки самовоспламенения топлива и минимальным интервалом временем, необходимого для сгорания как можно большей массы топлива в замкнутом объеме предкамеры. Открытие окна выпуска 19 при повороте выходного вала менее чем на 8 градусов ухудшает условия горения.The minimum value of the rotation of the output shaft, equal to 8 degrees, is determined by the period of delay in the self-ignition of the fuel and the minimum time interval necessary for the combustion of the largest possible mass of fuel in the closed chamber volume. Opening the
Максимальное значение поворота выходного вала, равное 20 градусам, определяется минимальным давлением рабочего тела в рабочей камере. Такое давление создается в результате выравнивания давления между предкамерой и рабочей камерой, после открытия окна выпуска 19. Дальнейшее увеличение максимального значения поворота выходного вала ведет к недопустимому снижению мощности двигателя.The maximum value of the rotation of the output shaft, equal to 20 degrees, is determined by the minimum pressure of the working fluid in the working chamber. Such pressure is created as a result of equalization of pressure between the prechamber and the working chamber, after opening the
Таким образом, интервал значений от 8 до 20 градусов определяет приемлемые условия горения топлива при сохранении мощности двигателя на приемлемом уровне. Этот интервал значений образован объединением двух множеств значений, одно из которых выполняется для вращения лопастей в прямом направлении, а другое в обратном, поэтому максимальное значение при вращении лопастей, например, в прямом направлении будет меньше, чем для вращения лопастей в обратном направлении.Thus, the range of values from 8 to 20 degrees determines the acceptable conditions for fuel combustion while maintaining engine power at an acceptable level. This range of values is formed by the union of two sets of values, one of which is performed for rotation of the blades in the forward direction, and the other in the opposite, therefore, the maximum value during rotation of the blades, for example, in the forward direction will be less than for rotation of the blades in the opposite direction.
Теплоизоляция предкамеры показана на Фиг. 2 слоем 21, этот слой изолирует поверхности предкамеры от воздействия высокой температуры рабочего тела.The thermal insulation of the prechamber is shown in FIG. 2 by
В предкамере установлена минимум одна форсунка 23 и свеча накаливания.At least one
Впрыск топлива форсункой 23 осуществляется на участке от впуска до изгиба канала предкамеры.Fuel injection by the
В многотопливном роторно-лопастном двигателе применяется более одной форсунки, каждая из которых специализирована для впрыска применяемого вида топлива.In a multi-fuel rotary vane engine, more than one nozzle is used, each of which is specialized for the injection of the type of fuel used.
Свеча накаливания выполняется с возможностью принудительного накала, элемента накаливания 20, для чего прилегает к элементу накаливания или выполняется в корпусе элемента накаливания.The glow plug is made with the possibility of forced glow of the
Свеча накаливания применяется, в основном, в процессе запуска роторно-лопастного двигателя для накала элемента накаливания 20.The glow plug is used mainly in the process of starting the rotary vane engine for the
Элемент накаливания 20 является частью внутренней поверхности канала предкамеры 16, находится на участке впуска и изгиба, и имеет поверхность вихреобразования, выполненную, например, рядами шипов или ребер.The
Роторно-лопастной двигатель имеет степень сжатия не менее 40 и масляное наружное охлаждение камеры, маслом планетарных кривошипно-шатунных механизмов. При степени сжатия менее 40 большая часть сжатого воздуха останется в рабочей камере и не сможет участвовать в процессе горения поэтому такой роторно-лопастной двигатель не может быть мощным и эффективным.The rotary vane engine has a compression ratio of at least 40 and oil-cooled external cooling of the chamber, the oil of the planetary crank mechanisms. When the compression ratio is less than 40, most of the compressed air will remain in the working chamber and will not be able to participate in the combustion process, therefore, such a rotor-blade engine cannot be powerful and efficient.
Исключение проникновения масла в рабочую камеру создается установкой манжеты-сальника между валами лопастей или установкой двух манжет-сальников в зазоры, между выходным валом и валом лопасти.An exception to the penetration of oil into the working chamber is created by installing a gasket-cuff between the shafts of the blades or installing two cuffs-glands in the gaps, between the output shaft and the shaft of the blade.
Ширина камеры сужается с удалением от оси 17 (Фиг. 3) вращения лопасти.The width of the chamber narrows with distance from the axis 17 (Fig. 3) of rotation of the blade.
В поверхности камеры сектора сжатия, напротив запорной поверхности лидирующей лопасти, находящейся в нижней мертвой точке, выполняется секторальное углубление 24 (Фиг. 2), в виде увеличенного зазора. Секторальное углубление 24 переходит во впускной канал 14, примыкающий к стенке 25, разделяющей впускной 14 и выпускной 15 канал.In the chamber surface of the compression sector, opposite the locking surface of the leading blade located at bottom dead center, a sectoral recess 24 (Fig. 2) is made in the form of an enlarged gap.
Стенка 25 расположена в секторе сжатия (C1), напротив сектора нижней мертвой точки. Поверхность стенки, принадлежащая к выпускному каналу, находится на границе, отделяющей сектор сжатия (С1) от сектора расширения (С2).
Лопасть 2, в основном полая, имеет центральное несущее ребро 26 (Фиг. 3), облегченное вырезами и ребра жесткости 27, причем торец лопасти, расположенный напротив вала лопасти, имеет пересекающиеся ребра жесткости 28.The
Вращение лопастей в камере производится в направлении от сектора верхней мертвой точки к окну выпуска 19 (Фиг. 2).The rotation of the blades in the chamber is made in the direction from the sector of the top dead center to the exhaust window 19 (Fig. 2).
Вращение вала и лопастей выполняется в прямом направлении. Углы (α) и (β) (Фиг. 22) шарнирных соединений рычага 9 с шатуном 5 двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов направлены одинаково, например, или оба угла направлены против по часовой стрелке, или оба угла направлены против часовой стрелки.The rotation of the shaft and the blades is performed in the forward direction. The angles (α) and (β) (Fig. 22) of the articulated joints of the
Стрелки 32, направленные внутрь шарнирного соединения рычага 9 с шатуном 5 указывают обратное направление вращения вала и лопастей, относительно оси 17. Вращение в прямом направлении осуществляется в противоположную сторону, по стрелке 33.
Механизм связи лопастей выполняется с возможностью асимметричного вращения лопастей.The blade coupling mechanism is configured to rotate the blades asymmetrically.
Центры масс планетарных кривошипно-шатунных механизмов располагаются диаметрально, с возможностью их взаимного уравновешивания. Такое уравновешивание выполняется в основном уравновешиванием масс их сателлитных шестерен.The centers of mass of the planetary crank mechanisms are located diametrically, with the possibility of their mutual balancing. Such balancing is carried out mainly by balancing the masses of their satellite gears.
Лопасть имеет воздушное охлаждение.The blade has air cooling.
Охлаждение лопасти осуществляется способом наружного охлаждения запорной поверхности и внутренним охлаждением проточным потоком воздуха.The blade is cooled by external cooling of the locking surface and internal cooling by a flowing air stream.
Наружное охлаждение запорной поверхности опорной лопасти осуществляется потоком воздуха, поступающим в рабочую камеру через впускной канал 14 (Фиг. 2), впускное окно и секторальное углубление 24.External cooling of the locking surface of the supporting blade is carried out by the air flow entering the working chamber through the inlet channel 14 (Fig. 2), the inlet window and the
Внутреннее охлаждение лопасти выполняется проточным потоком воздуха, нагнетаемым внутрь полости лопасти 2. Поток проходит через два окна входа 30 (Фиг. 2, Фиг. 3) и выходит из полости лопасти через два окна выхода 31. Окно входа 30 и окно выхода 31 выполнены в торцевой поверхности камеры, в секторе сжатия (C1), и обе пары окон примыкают к сектору нижней мертвой точки.Internal cooling of the blade is carried out by a flowing air flow, injected into the cavity of the
Рабочий процесс состоит из четырех четырехтактных циклов, за один полный оборот выходного вала. В секторе сжатия (Фиг. 2) производится впуск воздуха через впускной канал 14 и впускное окно, сжатие воздуха и вытеснение воздуха в предкамеру 16 через окно впуска 18. В секторе расширения (С2) производится перепуск рабочего тела из предкамеры 16 в рабочую камеру через окно выпуска 19, расширение рабочего тела и выпуск отработанных газов через выпускное окно и выпускной канал 15.The workflow consists of four four-cycle cycles, for one full revolution of the output shaft. In the compression sector (Fig. 2), air is introduced through the
В процессе впуска воздуха производится наружное охлаждение запорной поверхности лопасти.In the process of air intake, external cooling of the locking surface of the blade is performed.
Сжатие воздуха (точки 1-2, основная линия, Фиг. 21) проходит при повышенном давлении остаточных газов, оставшихся в предкамере от предыдущего цикла (точки 1-2, штрих-пунктирная линия).Compression of air (points 1-2, the main line, Fig. 21) takes place at an increased pressure of the residual gases remaining in the pre-chamber from the previous cycle (points 1-2, dash-dotted line).
Впрыск топлива форсункой 23 осуществляется на этапе сжатия воздуха, до поворота выходного вала в верхнюю мертвую точку (0°).Fuel injection by the
Перепуск воздуха (точки 2-3) сопровождается оттеснением остаточных газов в участок выпуска, самовоспламенением топлива в предкамере 16 и диффузионным горением части топлива.Air bypass (points 2-3) is accompanied by the displacement of residual gases into the exhaust area, self-ignition of the fuel in the pre-chamber 16 and diffusion combustion of part of the fuel.
В верхней мертвой точке (точка 3) окна предкамеры перекрыты, и дальнейшее горение топлива проходит в замкнутом объеме предкамеры на протяжении поворота выходного вала примерно на 10 градусов (точки 3-4) от верхней мертвой точки.At the top dead center (point 3), the pre-chamber windows are closed, and further fuel combustion takes place in the closed volume of the pre-chamber during the rotation of the output shaft by about 10 degrees (points 3-4) from the top dead center.
Открытие окна выпуска 19 (точки 4-5) сопровождается выравниванием давления газов рабочей камеры и предкамеры 16.Opening the exhaust window 19 (points 4-5) is accompanied by equalization of the gas pressure of the working chamber and the pre-chamber 16.
Основная масса перепускаемого рабочего тела переходит в рабочую камеру, не нагревая запорную поверхность опорной лопасти, поскольку эта поверхность перекрыта перегородкой 22 (Фиг. 15, Фиг. 16) на протяжении не менее 3 градусов поворота выходного вала. В противном случае нагрев запорной поверхности может негативно повлиять на работоспособность двигателя.The bulk of the bypassed working fluid passes into the working chamber without heating the locking surface of the support blade, since this surface is blocked by a partition 22 (Fig. 15, Fig. 16) for at least 3 degrees of rotation of the output shaft. Otherwise, heating of the locking surface may adversely affect engine performance.
Рабочий ход (точки 5-6) проходит при относительно низком давлении и температуре рабочего тела, поэтому нагрев лопастей идет менее интенсивно.The working stroke (points 5-6) takes place at a relatively low pressure and temperature of the working fluid, so the blades are heated less intensely.
Работа роторно-лопастного двигателя более эффективна в прямом направлении, для которого в начале рабочего хода давление рабочего тела снижается более интенсивно (Фиг. 7), шкала значений от 0 до 20.The operation of the rotary vane engine is more efficient in the forward direction, for which at the beginning of the working stroke the pressure of the working fluid decreases more intensively (Fig. 7), the scale of values is from 0 to 20.
Такое прямое направление вращения лопастей применяется, если топливо имеет малое время диффузионного сгорания и соответствует повороту выходного вала на угол от 8 до 15 градусов, в противном случае вращение вала необходимо осуществлять в противоположном, обратном направлении.Such a direct direction of rotation of the blades is used if the fuel has a short diffusion combustion time and corresponds to a rotation of the output shaft by an angle of 8 to 15 degrees, otherwise the shaft must be rotated in the opposite, opposite direction.
Нагрев элемента накаливания осуществляется до температуры, превышающей температуру самовоспламенения топлива.The glow element is heated to a temperature exceeding the fuel auto-ignition temperature.
Диффузионное горение топлива в потоке воздуха поддерживает высокую температуру элемента накаливания и высокую турбулентность газов в предкамере.Diffuse combustion of fuel in an air stream maintains a high temperature of the glow element and high turbulence of gases in the pre-chamber.
Большая турбулентность препятствует возникновению детонации, даже при применении низкооктанового топлива.Greater turbulence prevents detonation, even when using low-octane fuel.
Свеча накаливания нагревает элемент накаливания в процессе запуска роторно-лопастного двигателя. После запуска свеча накаливания отключается от источника электропитания и самовоспламенение топлива осуществляется от воздействия высокой температуры канала предкамеры и элемента накаливания.The glow plug heats the glow element during the start of the rotary vane engine. After starting, the glow plug is disconnected from the power supply and self-ignition of the fuel is carried out from the high temperature of the precamera channel and the glow element.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109002A RU2630717C1 (en) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | Rotary-vane engine, method of blades rotating in it, method of air cooling of its blade and method of diffusion combustion of fuel in it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109002A RU2630717C1 (en) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | Rotary-vane engine, method of blades rotating in it, method of air cooling of its blade and method of diffusion combustion of fuel in it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2630717C1 true RU2630717C1 (en) | 2017-09-12 |
Family
ID=59893997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016109002A RU2630717C1 (en) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | Rotary-vane engine, method of blades rotating in it, method of air cooling of its blade and method of diffusion combustion of fuel in it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630717C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995015429A1 (en) * | 1993-12-02 | 1995-06-08 | David Beryle Wittry | Improved rotary engine with variable compression ratio |
| EA000883B1 (en) * | 1995-09-19 | 2000-06-26 | Энджин Технолоджис Рона Ричардса Рт Лтд. | Rotary internal combustion engines |
| RU2003121011A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-10 | Михаил Петрович Репринцев (RU) | ROTARY MACHINE |
| US20090047160A1 (en) * | 2006-01-17 | 2009-02-19 | Andrzej Dec | Rotary Scissors Action Machine |
| RU2467175C2 (en) * | 2011-01-18 | 2012-11-20 | Валерий Владиславович Гридин | Four-stroke vaned-rotor ice |
| RU2013146206A (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-27 | Валерий Владиславович Гридин | MULTI-THREADED ROTARY-VEOUS INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SEPARATED FOUR-STROKE CYCLE AND EXTERNAL COMPRESSION Ignition (OPTIONS) |
-
2016
- 2016-03-14 RU RU2016109002A patent/RU2630717C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995015429A1 (en) * | 1993-12-02 | 1995-06-08 | David Beryle Wittry | Improved rotary engine with variable compression ratio |
| EA000883B1 (en) * | 1995-09-19 | 2000-06-26 | Энджин Технолоджис Рона Ричардса Рт Лтд. | Rotary internal combustion engines |
| RU2003121011A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-10 | Михаил Петрович Репринцев (RU) | ROTARY MACHINE |
| US20090047160A1 (en) * | 2006-01-17 | 2009-02-19 | Andrzej Dec | Rotary Scissors Action Machine |
| RU2467175C2 (en) * | 2011-01-18 | 2012-11-20 | Валерий Владиславович Гридин | Four-stroke vaned-rotor ice |
| RU2013146206A (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-27 | Валерий Владиславович Гридин | MULTI-THREADED ROTARY-VEOUS INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SEPARATED FOUR-STROKE CYCLE AND EXTERNAL COMPRESSION Ignition (OPTIONS) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10968820B2 (en) | Method of combusting fuel in a rotary internal combustion engine with pilot subchamber and ignition element | |
| US9353680B2 (en) | Rotary internal combustion engine with pilot subchamber | |
| RU2570542C2 (en) | Hybrid internal combustion engine | |
| US4072132A (en) | Rotary internal combustion engine | |
| US8567178B2 (en) | Positive displacement rotary vane engine | |
| US5352295A (en) | Rotary vane engine | |
| US9896990B2 (en) | Internal combustion engine with port communication | |
| US8033264B2 (en) | Rotary engine | |
| US3757748A (en) | Rotating combustion engine | |
| RU2407899C1 (en) | Rotary piston ice | |
| US6210135B1 (en) | Internal combustion rotary engine | |
| US20120134860A1 (en) | "turbomotor" rotary machine with volumetric expansion and variants thereof | |
| RU2630717C1 (en) | Rotary-vane engine, method of blades rotating in it, method of air cooling of its blade and method of diffusion combustion of fuel in it | |
| US5524586A (en) | Method of reducing emissions in a sliding vane internal combustion engine | |
| CN112119202A (en) | Asymmetric rotary engine with six-phase thermodynamic cycle | |
| RU2730202C1 (en) | Rodless rotary internal combustion engine | |
| RU2013629C1 (en) | Engine | |
| RU2333372C2 (en) | Karphidov rotor engine | |
| US11255258B2 (en) | Internal combustion engine having adjustable linking of its engine units | |
| RU2068106C1 (en) | Method of operation of rotary internal combustion engine and rotary internal combustion engine | |
| JPS5849692B2 (en) | ninenkikan | |
| RU2168034C2 (en) | Rotary piston engine | |
| RU2048651C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2425233C1 (en) | Rotary-piston internal combustion engine | |
| TR201402776A2 (en) | Internal combustion sliding track rotary engine with eccentric rotor and its cycle. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190315 |