RU2643274C1

RU2643274C1 - Rotary internal combustion engine

Info

Publication number: RU2643274C1
Application number: RU2016146620A
Authority: RU
Inventors: Борис Яппарович Альмухаметов; Елена Николаевна Городовикова; Сергей Сэмович Машуров; Владимир Николаевич Чижухин
Original assignee: ЗАО "Аэрокосмический мониторинг и технологии"
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-01-31

Abstract

FIELD: engine building.

SUBSTANCE: invention relates to engine building. Essence of the invention consists in the fact that the rotary internal combustion engine contains the same type of eccentric rotors that perform the functions of a compressor, gas generator, and an actuating unit. In the gas generator, a fuel-air mixture is prepared, it is burned, and the working gases are fed to an actuating unit having a mechanical coupling with a power take-off shaft. In this case, the gas generator and the actuating unit form sections, the sections are divided into working and service sections, and each working section serves to drive its propelling device. Service section serves to drive a compressor that pumps air into the receiver. To start the engine, compressed air is supplied from the receiver to the gas generators of the working and service sections. Control of the rotor speed of the gas generator and the achievement of the required power of the actuating unit is carried out by changing the amount of compressed air supplied from the receiver. To enable or disable the working or service sections, the supply of compressed air to or from the corresponding rotary gas generator is switched on or off. Invention makes it possible to create an environmentally friendly rotary engine with high specific power, high efficiency and a long life.

EFFECT: technical result consists in higher engine efficiency.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению.The invention relates to engine building.

Известна тепловая машина по патенту US 7314035 B2, кл. F02B 53/04, опубл. 01.01.2008. В данном патенте четыре технологических такта ДВС выполняются парными компонентами: турбиной и компрессором. В основе их конструкции лежат стандартные планочные роторы. Сжатие атмосферного воздуха происходит в роторном компрессоре. Образование топливно-воздушной смеси и ее зажигание происходит в камере сгорания, внешней по отношению к роторному компрессору и роторной турбине. Заключительная фаза сгорания и образование рабочего тела происходит в роторной турбине. Обороты роторного компрессора, роторной турбины и камеры сгорания механически синхронизированы. За один оборот ротора компрессора и ротора турбины образуются два рабочих тела. Парные роторные компоненты в данном патенте используются для исключения редукционных концентрических валов из стандартной схемы газотурбинного двигателя. Привод роторного компрессора механический от штатной осевой турбины.Known heat engine according to patent US 7314035 B2, class. F02B 53/04, publ. 01/01/2008. In this patent, four ICE technological cycles are performed by paired components: a turbine and a compressor. Their design is based on standard platen rotors. The atmospheric air is compressed in a rotary compressor. The formation of the fuel-air mixture and its ignition takes place in a combustion chamber external to the rotary compressor and rotor turbine. The final phase of combustion and the formation of a working fluid occurs in a rotary turbine. The rotations of the rotary compressor, rotor turbine and combustion chamber are mechanically synchronized. For one revolution of the compressor rotor and turbine rotor, two working bodies are formed. Paired rotor components in this patent are used to exclude reduction concentric shafts from the standard scheme of a gas turbine engine. The rotary compressor drive is mechanical from a standard axial turbine.

Основная техническая проблема существующих четырехтактных ДВС заключается в том, что в их конструкциях необходимость согласования работы агрегатов, выполняющих четыре технологических такта, приводит к существенному усложнению всей конструкции ДВС в целом и, как следствие, низкому КПД четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.The main technical problem of the existing four-stroke ICEs is that in their designs the need to coordinate the operation of units that perform four technological cycles leads to a significant complication of the entire design of the internal combustion engine as a whole and, as a result, low efficiency of four-stroke internal combustion engines.

Изобретение направлено на устранение основной проблемы четырехтактных ДВС и на создание роторного двигателя, в котором стандартные технологические такты выполняются в отдельных роторных агрегатах, связанных между собою только по газовому тракту. Техническим результатом изобретения является создание экологически чистого роторного двигателя с высокой удельной мощностью, высоким КПД и ресурсом.The invention is aimed at eliminating the main problem of four-stroke internal combustion engines and at creating a rotary engine in which standard technological cycles are performed in separate rotary units, interconnected only by the gas path. The technical result of the invention is the creation of an environmentally friendly rotary engine with high specific power, high efficiency and resource.

Указанная проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что роторный двигатель внутреннего сгорания содержит однотипные планочные роторы, выполняющие функции компрессора, газогенератора, исполнительного агрегата, в роторном газогенераторе происходит подготовка топливно-воздушной смеси, ее зажигание и образование рабочих газов, которые подаются из роторного газогенератора в роторный исполнительный агрегат, роторный исполнительный агрегат имеет механическую связь с валом отбора мощности, при этом роторный газогенератор и исполнительный агрегат образуют секции, секции делятся на рабочие и сервисные секции, каждая рабочая секция служит для привода своего движителя, сервисная секция служит для привода роторного компрессора, роторный компрессор закачивает сжатый воздух в ресивер, для запуска роторного двигателя необходимо подать сжатый воздух с ресивера на роторные газогенераторы рабочих и сервисной секций, ротор газогенератора имеет две планки, что позволяет подготовить и зажечь четыре порции рабочего тела равного объема за один оборот ротора газогенератора, управление оборотами ротора газогенератора и достижение требуемой мощности исполнительного агрегата осуществляется благодаря изменению количества сжатого воздуха, подаваемого с ресивера, что позволяет увеличивать или снижать обороты ротора газогенератора и тем самым регулировать его производительность, для включения или выключения рабочих или сервисной секций достаточно включить или отключить подачу сжатого воздуха на соответствующий роторный газогенератор.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the rotary internal combustion engine contains the same type of rotor rotors that perform the functions of a compressor, gas generator, executive unit, the fuel-air mixture is prepared in the rotary gas generator, it is ignited and the working gases are generated, which are supplied from a rotary gas generator to a rotary actuator, the rotor actuator has a mechanical connection with the power take-off shaft, while the rotor gas the generator and the executive unit form sections, the sections are divided into working and service sections, each working section serves to drive its propeller, the service section serves to drive a rotary compressor, the rotary compressor pumps compressed air into the receiver, to start the rotary engine it is necessary to supply compressed air from the receiver on the rotary gas generators of the working and service sections, the gas generator rotor has two slats, which allows you to prepare and light four servings of the working fluid of equal volume per rotor revolution and the gas generator, the control of the rotor speed of the gas generator and the achievement of the required power of the actuating unit is carried out by changing the amount of compressed air supplied from the receiver, which allows you to increase or decrease the speed of the rotor of the gas generator and thereby control its performance, to turn the working or service sections on or off, just turn on or turn off the compressed air supply to the corresponding rotary gas generator.

На фиг. 1 изображена схема роторного двигателя внутреннего сгорания по настоящему изобретению. По этой схеме может быть выполнен ДВС любого назначения и мощности.In FIG. 1 is a diagram of a rotary internal combustion engine of the present invention. According to this scheme, ICE of any purpose and power can be performed.

Фиг. 2 показаны проекции ротора газогенератора и конструкция планок.FIG. 2 shows the projection of the rotor of the gas generator and the design of the slats.

Фиг. 3 Чертеж секции. Однотипные планочные роторы с эксцентричным расположением ротора и серповидной внутренней полостью выполняют функции газогенератора и исполнительного агрегата. Газогенератор является двупланочным ротором, исполнительный агрегат - однопланочным ротором.FIG. 3 Section drawing. The same type of rotor rotors with an eccentric location of the rotor and a crescent-shaped internal cavity serve as a gas generator and an executive unit. The gas generator is a two-plane rotor, the executive unit is a single-plane rotor.

Роторный двигатель отличается от прототипа тем, что в нем вместо камеры сгорания используется роторный газогенератор; между компрессором и газогенераторами стоит ресивер для сжатого воздуха. Роторный двигатель состоит из двух пар агрегатов, работа которых не синхронизирована друг с другом. Первая пара агрегатов включает сервисную секцию, служащую приводом роторного компрессора; отвечает за поддержание давления сжатого воздуха в ресивере в заданных пределах. Вторая пара состоит из рабочей секции, исполнительный агрегат которой служит приводом движителя.The rotary engine differs from the prototype in that it uses a rotary gas generator instead of a combustion chamber; between the compressor and gas generators there is a receiver for compressed air. A rotary engine consists of two pairs of units whose operation is not synchronized with each other. The first pair of units includes a service section serving as the drive of a rotary compressor; responsible for maintaining the pressure of the compressed air in the receiver within the specified limits. The second pair consists of a working section, the executive unit of which serves as the drive of the mover.

Роторный двигатель работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается компрессором и подается в ресивер, фиг 1. Сжатый воздух из ресивера является приводом для роторных газогенераторов сервисной и рабочей секций. Включение и выключение газогенератора сервисной секции и соответственно включение и выключение компрессора определяется задачей поддержания давления сжатого воздуха в ресивере в заданных пределах. Когда требуется подать мощность на движитель, сжатый воздух из ресивера подается на газогенератор рабочей секции. Газогенератор выполняет функции: смесеобразования, зажигания подготовленной рабочей смеси и образования рабочего тела. Приводом газогенератора служит сжатый воздух из ресивера. Сжатый воздух из ресивера поступает во внутреннюю полость газогенератора, туда же впрыскивается топливо с топливного насоса через инжектор. Зажигание воздушно-топливной смеси от свечи зажигания приводит к образованию рабочего тела. Готовые рабочие тела непрерывно подаются в расширительную камеру исполнительного агрегата. Исполнительный агрегат механически связан с валом отбора мощности и передает суммарную энергию рабочих тел для привода любых исполнительных механизмов. Количество рабочих тел, которые закачиваются в одну расширительную камеру исполнительного агрегата, определяется только энергией, которая требуется в данный момент для поворота ротора исполнительного агрегата.Rotary engine operates as follows. Atmospheric air is compressed by a compressor and fed to the receiver, Fig 1. Compressed air from the receiver is the drive for the rotary gas generators of the service and working sections. Turning on and off the gas generator of the service section and, accordingly, turning on and off the compressor is determined by the task of maintaining the pressure of the compressed air in the receiver within the specified limits. When it is necessary to supply power to the propulsion device, compressed air from the receiver is supplied to the gas generator of the working section. The gas generator performs the functions of: mixture formation, ignition of the prepared working mixture and the formation of a working fluid. The gas generator is driven by compressed air from the receiver. Compressed air from the receiver enters the internal cavity of the gas generator, fuel is also injected from the fuel pump through the injector. Ignition of the air-fuel mixture from the spark plug leads to the formation of a working fluid. Ready-made working fluids are continuously fed into the expansion chamber of the actuating unit. The executive unit is mechanically connected to the power take-off shaft and transfers the total energy of the working fluid to drive any actuator. The number of working fluids that are pumped into one expansion chamber of the actuating unit is determined only by the energy that is currently required to rotate the rotor of the actuating unit.

Работа секции газогенератор - исполнительный агрегат осуществляется следующим образом. Газогенератор (1) имеет две планки, расположенные под углом 90° относительно друг друга. За один оборот ротора (2) газогенератора на 360° последовательно образуются четыре рабочих тела постоянного объема. Особая конструкция планок (3), фиг. 2, позволяет им свободно передвигаться в радиальном направлении внутри ротора газогенератора, сохраняя угол 90° между собою. Приводом газогенератора служит сжатый воздух из ресивера. Входное отверстие (4) для подачи сжатого воздуха калибруется таким образом, чтобы объем поступающего сжатого воздуха в камеру газогенератора был постоянен при любых оборотах ротора газогенератора. Оперативное изменение оборотов ротора газогенератора происходит за счет изменения объема сжатого воздуха, подаваемого из ресивера на вход газогенератора. Давление сжатого воздуха, поступающего из ресивера, передается на планку ротора газогенератора и вращает ротор газогенератора. При вращении ротора газогенератора по часовой стрелке, когда планка пересекает впускное отверстие между планками газогенератора, отсекается объем сжатого воздуха, определяемый размерами внутренней полости газогенератора. При этом давление сжатого воздуха из ресивера продолжает вращать ротор газогенератора. Когда планка пересекает отверстие для впрыска топлива с инжектора (5), в камеру впрыскивается необходимое количество топлива. При дальнейшем вращении ротора газогенератора происходит перемешивание топлива с воздухом в камере и образование топливно-воздушной смеси. Когда планка пересекает отверстие для установки свечи зажигания (6), происходит зажигание топливно-воздушной смеси в камере (7). После пересечения планкой границы отверстия выхода (8) для подачи рабочего тела в камеру исполнительного агрегата (9) рабочее тело подается в расширительную камеру исполнительного агрегата. В конструкции газогенератора предусмотрено устройство, предотвращающее вращение ротора газогенератора в обратную сторону. Объем расширительной камеры исполнительного агрегата всегда больше объема выпускной камеры газогенератора. При вращении ротора (10) исполнительного агрегата происходит постоянное увеличение объема расширительной камеры. В исполнительном агрегате происходит преобразование энергии суммарного рабочего тела, поступающего с роторного газогенератора во вращение вала отбора мощности движителя. Когда планка (11) ротора исполнительного агрегата пересекает входное отверстие (12) для подачи рабочего тела с газогенератора, во внутреннюю полость (13) исполнительного агрегата начинают закачиваться рабочие тела, генерируемые газогенератором. Суммарный объем рабочих тел, закачиваемых с газогенератора в расширительную камеру исполнительного агрегата, определяется только мощностью, которая требуется для вращения оси исполнительного агрегата и производства необходимой работы.The operation of the gas generator - executive unit is as follows. The gas generator (1) has two slats located at an angle of 90 ° relative to each other. For one revolution of the rotor (2) of the gas generator through 360 °, four working bodies of constant volume are successively formed. The special design of the strips (3), FIG. 2, allows them to move freely in the radial direction inside the rotor of the gas generator, while maintaining an angle of 90 ° between each other. The gas generator is driven by compressed air from the receiver. The inlet (4) for supplying compressed air is calibrated so that the volume of incoming compressed air into the chamber of the gas generator is constant at any speed of the rotor of the gas generator. The operational change in the rotor speed of the gas generator is due to a change in the volume of compressed air supplied from the receiver to the inlet of the gas generator. The pressure of the compressed air coming from the receiver is transmitted to the bar of the rotor of the gas generator and rotates the rotor of the gas generator. When the rotor rotates the gas generator clockwise, when the strip crosses the inlet between the strip of the gas generator, cut off the volume of compressed air, determined by the size of the internal cavity of the gas generator. At the same time, the pressure of the compressed air from the receiver continues to rotate the rotor of the gas generator. When the bar crosses the fuel injection hole from the injector (5), the required amount of fuel is injected into the chamber. With further rotation of the rotor of the gas generator, fuel is mixed with air in the chamber and a fuel-air mixture is formed. When the bar crosses the hole for installing the spark plug (6), the fuel-air mixture ignites in the chamber (7). After the bar crosses the border of the outlet opening (8) to supply the working fluid to the chamber of the actuating unit (9), the working fluid is supplied to the expansion chamber of the actuating unit. The design of the gas generator provides a device that prevents the rotation of the rotor of the gas generator in the opposite direction. The volume of the expansion chamber of the executive unit is always greater than the volume of the exhaust chamber of the gas generator. When the rotor (10) of the actuator rotates, a constant increase in the volume of the expansion chamber occurs. In the executive unit, the energy of the total working fluid coming from the rotary gas generator is converted into rotation of the propeller shaft. When the bar (11) of the rotor of the actuating unit crosses the inlet (12) for supplying the working fluid from the gas generator, the working bodies generated by the gas generator begin to pump into the internal cavity (13) of the actuating unit. The total volume of working fluid pumped from the gas generator into the expansion chamber of the actuating unit is determined only by the power that is required to rotate the axis of the actuating unit and performing the necessary work.

Claims

A rotary internal combustion engine, in which the standard working cycles of four-stroke internal combustion engines are carried out in units that are interconnected only by gas, while the units are of the same type with the eccentric arrangement of the rotor and the crescent-shaped internal cavity, which perform the functions of a compressor, a gas generator, an executive unit, which differs the fact that in the rotary gas generator is the preparation of the fuel-air mixture, its ignition and the formation of working gases that are supplied from the rotor about the gas generator to the rotary actuator, the rotor actuator has a mechanical connection with the power take-off shaft, the rotor gas generator and the actuator form sections, the sections are divided into working and service sections, each working section serves to drive its propulsion unit, the service section serves to drive the rotary compressor , the rotary compressor pumps compressed air into the receiver, to start the rotary engine, compressed air is supplied from the receiver to the rotary gas generators of the working and service sections, the gas generator rotor has two blades, which allows you to prepare and light four servings of an equal volume working fluid per revolution of the gas generator rotor, control the gas generator rotor speed and achieve the required power of the actuator by changing the amount of compressed air supplied from the receiver to increase or decrease the gas generator rotor speed and regulating its performance, to turn on or off the working or service sections enable or disable the supply of compressed air into the corresponding rotary gas generator.