RU2685175C1 - Rotary detonation internal combustion engine - Google Patents
Rotary detonation internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685175C1 RU2685175C1 RU2018112875A RU2018112875A RU2685175C1 RU 2685175 C1 RU2685175 C1 RU 2685175C1 RU 2018112875 A RU2018112875 A RU 2018112875A RU 2018112875 A RU2018112875 A RU 2018112875A RU 2685175 C1 RU2685175 C1 RU 2685175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working
- section
- combustion
- combustion chamber
- fuel
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 238000005474 detonation Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 37
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 19
- 238000013022 venting Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 14
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- F02B53/04—Charge admission or combustion-gas discharge
- F02B53/08—Charging, e.g. by means of rotary-piston pump
-
- 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
- F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
- F01C11/002—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle
- F01C11/004—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle and of complementary function, e.g. internal combustion engine with supercharger
-
- 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
- F02B55/00—Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
- F02B55/14—Shapes or constructions of combustion chambers
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
Область техники: Изобретение относится к сфере двигателестроения, а именно к области роторных двигателей внутреннего сгорания.The field of technology: The invention relates to the field of engine, namely to the field of rotary internal combustion engines.
Уровень техники: В настоящее время наиболее широко в качестве стационарных энергоустановок и силовых приводов транспортных средств используются поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные двигатели (ГТД) и паровые турбины. Классические поршневые ДВС двухтактного и четырехтактного цикла известны с 60-х и 70-х годов XIX века (С. Балдин, «Двигатели внутреннего горения», Прага, Имка-пресс, 1923 г). Подвижный цилиндрический поршень совершает линейные возвратно-поступательные движения внутри неподвижного цилиндра. Поршень соединен шатуном с коленчатым валом. При горении предварительно сжатой смеси паров топлива и воздуха в герметично замкнутом пространстве между поршнем и цилиндром за счет повышения давления горячих газов осуществляется одновременное с процессом горения линейное рабочее движение поршня, которое кривошипно-шатунным механизмом превращается во вращательное движение коленвала. Поршневые двигатели с объемным расширением рабочей камеры (в которых на сегодняшний момент степень сжатия равна степени расширения) характеризуются недостаточно высокими начальными параметрами давления и температуры рабочих газов в процессе сгорания сильно сжатой рабочей смеси. Чем сильнее сжимается 1 ВС, тем быстрее и лучше она сгорает. Но сжимать ТВС удается только до определенного предела, после которого появляется взрывоподобное сгорание ТВС, называемое детонацией. При детонации возникают огромные механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма и цилиндрово-поршневой группы, приводящие к их механическому разрушению. Плюс к этому получается в 2 раза большая температура рабочих газов, от которой сгорает смазка с трущихся поверхностей деталей, происходит их оплавление, заклинивание или прогар. Ясно, что детонационное сгорание если и возможно, то только в каком-то отдельном, замкнутом до определенного момента объеме, прочность и термостойкость которого позволяет выдержать такие нагрузки и отсутствуют подвижные детали, требующие смазки. Однозначно, поршневой ДВС не может претендовать на определение «эффективный двигатель» по конструктивным признакам. Но он не в состоянии претендовать на это и по показателю параметров рабочего тела как в результате сгорания ТВС, так и на выходе из двигателя, потому что во всех существующих ныне конструкциях двигателей внутреннего сгорания на выхлоп идут газы при температуре от 800 до 1100 С°. По этой причине тепловой баланс современного поршневого двигателя внутреннего сгорания в среднем варианте конструктивного исполнения получается таким: 30% - тепло, переводимое в полезную работу; 30% - тепло, отводимое во вне через систему охлаждения; 40% - тепло, отводимое во вне с выпуском отработавших газов горения. Т.е. средний термодинамический КПД современных двигателей внутреннего сгорания не превышает 30-35%. И если варианты по снижению температуры выходящих газов периодически появляются, то вариантов по увеличению начального давления рабочего тела нет - мешает детонация.BACKGROUND: Currently, piston internal combustion engines (ICE), gas turbine engines (GTE) and steam turbines are used most widely as stationary power plants and power drives of vehicles. The classic reciprocating piston internal combustion engines of a two-stroke and four-cycle cycle have been known since the 60s and 70s of the 19th century (S. Baldin, “Internal combustion engines”, Prague, Imka-press, 1923). The movable cylindrical piston performs linear reciprocating motion inside the stationary cylinder. The piston is connected to the crankshaft by a connecting rod. When burning a precompressed mixture of fuel vapor and air in a hermetically closed space between the piston and the cylinder, by increasing the pressure of hot gases, the linear working movement of the piston simultaneously with the combustion process, which turns into a rotational motion of the crankshaft, takes place simultaneously with the combustion process. Piston engines with volumetric expansion of the working chamber (in which at present the compression ratio is equal to the expansion ratio) are characterized by insufficiently high initial parameters of pressure and temperature of working gases in the process of combustion of highly compressed working mixture. The more 1 sun is compressed, the faster and better it burns. But it is possible to compress fuel assemblies only up to a certain limit, after which an explosive combustion of fuel assemblies, called detonation, appears. When detonation, there are huge mechanical loads on the parts of the crank mechanism and cylinder-piston group, leading to their mechanical destruction. Plus, this results in 2 times the high temperature of the working gases, from which the lubricant from the rubbing surfaces of the parts burns, melts, seizes or burns out. It is clear that, if possible, detonation combustion is possible only in a separate volume closed to a certain moment, the strength and heat resistance of which allows such loads to be sustained and there are no moving parts requiring lubrication. Definitely, a piston internal combustion engine cannot claim to be defined as an “efficient engine” by design features. But he is not in a position to claim this in terms of the parameters of the working fluid both as a result of the combustion of fuel assemblies and at the engine outlet, because in all existing designs of internal combustion engines, gases emit at the exhaust at a temperature of 800 to 1100 ° C. For this reason, the heat balance of a modern reciprocating internal combustion engine in the average design version is obtained as follows: 30% is the heat transferred to useful work; 30% - heat removed to the outside through the cooling system; 40% - the heat removed to the outside with the release of exhaust gases from combustion. Those. average thermodynamic efficiency of modern internal combustion engines does not exceed 30-35%. And if options to reduce the temperature of the outgoing gases periodically appear, then there are no options to increase the initial pressure of the working fluid — detonation prevents.
«При детонационном сгорании сжатой и перегретой ТВС происходят сложные процессы во время которых образуются разные виды чередующегося пламени». (С. Соколик, Сгорание в транспортных поршневых двигателях. Изд. АН СССР, 1951 г, стр 37). Скорость распространения пламени увеличивается с 20-40 до 2000 м/сек при температуре до 4000 гр. С."During detonation combustion of a compressed and overheated fuel assembly, complex processes occur during which different types of alternating flames are formed." (S. Sokolik, Combustion in transport piston engines. Ed. USSR Academy of Sciences, 1951, p 37). The speed of flame propagation increases from 20-40 to 2000 m / s at temperatures up to 4000 g. WITH.
Известно, что при высокой (порядка 2000 гр С) температуре можно успешно сжигать даже очень бедную ТВС, даже при сравнительно небольшом ее сжатии и топливе невысокого качества. «Детонационное горение дает заметно больше энергии тепла и давления рабочих газов, чем обычное медленное горение», www.rotor-motor.ru. «Детонация-двигатель».It is known that at a high (about 2000 g C) temperatures, even very poor fuel assemblies can be successfully burned, even with a relatively small amount of compression and low quality fuel. “Detonation burning gives noticeably more energy of heat and pressure of working gases, than usual slow burning”, www.rotor-motor.ru. "Detonation engine".
По законам термодинамики, тепловой двигатель, чтобы иметь высокий термодинамический КПД, должен наиболее эффективно использовать энергию горения топлива, чтобы получить как можно более высокие начальные параметры рабочего тела (давление и температуру) и низкие конечные такие параметры на выходе из ДВС.According to the laws of thermodynamics, a heat engine, in order to have a high thermodynamic efficiency, must most effectively use the energy of burning fuel in order to obtain the highest possible initial parameters of the working fluid (pressure and temperature) and low final parameters at the exit of the internal combustion engine.
Таким образом получается, что при проектировании теплового двигателя мы должны стремиться к получению в нем мгновенного, взрывного сгорания ТВС для получения наиболее высоких начальных параметров рабочего тела.Thus, it turns out that when designing a heat engine, we must strive to obtain in it an instantaneous, explosive combustion of fuel assemblies to obtain the highest initial parameters of the working fluid.
Но как, конструктивно, поставить детонацию на службу эффективности ДВС?But how, constructively, to put detonation at the service of the efficiency of the engine?
Из сказанного выше вытекает ответ. Нужно сжигать ТВС в высокотемпературной, высокопрочной, не имеющей подвижных трущихся частей (не нуждающихся в смазке) и запирающейся на время горения, камере сгорания. Вариант конструктивного решения этой важнейшей инженерной задачи предлагается впервые.From the above, the answer follows. It is necessary to burn fuel assemblies in a high-temperature, high-strength, not having moving parts (not needing lubrication) and a combustion chamber that is locked during the burning time. The variant of the constructive solution of this most important engineering problem is proposed for the first time.
Ближайшим аналогом, по конструктивным особенностям, предлагаемого в качестве изобретения Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, является роторный двигатель Уайдла. Совпадающими существенными признаками между заявляемым изобретением и рассматриваемым ближайшим аналогом, является наличие в их конструкции двух секций с лопаточными роторами, закрепленными на одном общем валу, одна из которых служит только для всасывания, сжатия и подачи ТВС в КС, а другая секция превращает энергию рабочего тела во вращательное движение рабочего вала.The closest analogue, in terms of design features, proposed as an invention of the Rotary Detonation Internal Combustion Engine, is the Wydl rotary engine. The matching essential features between the claimed invention and the closest analogue under consideration are the presence in their construction of two sections with blade rotors fixed on one common shaft, one of which serves only for suction, compression and supply of fuel assemblies to the CS, and the other section converts the energy of the working fluid in the rotational movement of the working shaft.
Отличительными существенными признаками является то, что в двигателе Уайдла КС представляет собой канал в стенке между секциями, ограниченный ближайшими лопатками секций, а в заявляемом Роторном Детонационном Двигателе Внутреннего Сгорания стенка между секциями выполнена в виде еще одной неподвижной секции, в которой выполняется прочная, выдерживающая механические и температурные нагрузки взрывного сгорания ТВС, со стенками или покрытием этих стенок, материалом, выдерживающим длительно температуру до 4000 гр С, камера сгорания, которая соединена каналами с боковыми секциями, а каналы имеют возможность перекрываться клапанами впуска и выпуска по принципу действия лепестковых, т.е. под действием разности давлений (или управляемых). Кроме них в КС должен быть еще один управляемый клапан, который служит для стравливания избыточного давления рабочего тела из КС в атмосферу непосредственно перед впуском свежей порции ТВС в КС.Distinctive essential features is that in the Uaydla engine, the CS is a channel in the wall between the sections, bounded by the nearest section blades, and in the claimed Rotary Detonation Internal Combustion Engine, the wall between the sections is designed as another stationary section, in which a strong, withstanding mechanical and temperature loads of explosive combustion of fuel assemblies, with walls or coating of these walls, with a material that can withstand temperatures up to 4000 g C for a long time, a combustion chamber that channels connected to the side sections and the channels have an opportunity to overlap inlet and exhaust valves according to the principle of operation of flap, i.e. under the action of pressure difference (or controlled). In addition to them, there should be another controlled valve in the CS, which serves to release the overpressure of the working fluid from the CS to the atmosphere just before the fresh portion of the fuel assembly flows into the CS.
Такая отдельная, прочная, высокотемпературная КС необходима, по теории теплового двигателя, для получения максимально высоких начальных параметров рабочего тела (давления и температуры газов горения), что ведет к КПД, стремящемуся к максимальному значению из-за максимально высокого значения давления рабочего тела. Такая КС приводит к получению не только существенно увеличенного давления рабочего тела, к чему мы стремимся в первую очередь, но при этом получаем и сверхвысокую температуру рабочего тела, которая будет помехой для длительной и безаварийной работы ДВС.Such a separate, durable, high-temperature CS is necessary, according to the theory of the heat engine, to obtain the highest possible initial parameters of the working fluid (pressure and temperature of the combustion gases), which leads to efficiency tending to the maximum value due to the highest pressure of the working fluid. Such a CS results in not only significantly increased pressure of the working fluid, to which we strive first and foremost, but at the same time, we obtain an extremely high temperature of the working fluid, which will interfere with the long-term and trouble-free operation of the internal combustion engine.
Для безаварийной работы двигателя из-за высокой температуры, а также для получения еще большего КПД, в таком Роторном Детонационном Двигателе Внутреннего Сгорания есть возможность и необходимость применения охлаждения уже полностью сгоревшей рабочей смеси в КС и сильно перегретого рабочего тела, впрыском воды в рабочую секцию перед выстрелом очередной порции рабочего тела по принципу, описанному в Патенте на изобретение RU 2491431 «Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания».For trouble-free operation of the engine due to high temperature, as well as to obtain even greater efficiency, in such a Rotary Detonation Internal-Combustion Engine there is the possibility and necessity of using cooling of the already completely burned working mixture in the CS and the highly overheated working fluid by injecting water into the working section before a shot of the next portion of the working fluid according to the principle described in Patent for invention RU 2491431 "Method of operation of a rotary internal combustion engine".
Таким образом, применяя в Роторном Детонационном Двигателе Внутреннего Сгорания детонационную КС, охлаждение водой рабочего тела и поверхностей деталей рабочей секции с целью перевода внутренней энергии рабочего тела в потенциальную энергию давления водяного пара, при температуре парогазовой среды на выходе из двигателя стремящейся к температуре окружающей среды, реально получить КПД, стремящийся к 100%.Thus, applying a detonation CS in the Rotary Internal-Combustion Engine of the Rotary Engine, cooling the working fluid and surfaces of the working section with water to convert the internal energy of the working fluid into the potential energy of the water vapor pressure at the temperature of the vapor-gas medium leaving the engine tending to the ambient temperature, really get efficiency, striving for 100%.
Сущность изобретения.The essence of the invention.
Задачей изобретения, которая реализована в этой конструкции, является создание высокоэффективной конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, с КПД более 50%, в котором появляется возможность просто, с минимальными затратами и с предельно малым усложнением конструкции, встроить в технологический цикл двигателя отдельную, детонационную, высокотемпературную, запираемую на время горения ТВС камеру сгорания, повышая начальные параметры рабочего тела для более эффективной работы теплового ДВС.The objective of the invention, which is implemented in this design, is the creation of a highly efficient design of a rotary internal combustion engine, with an efficiency of more than 50%, in which it is possible to simply, with minimal cost and with extremely small complication of the design, integrate a detonation, high-temperature engine into the technological cycle. The combustion chamber locked at the time of combustion of the fuel assembly, increasing the initial parameters of the working fluid for more efficient operation of the thermal internal combustion engine.
Особенность изобретения - именно возможность изготовления и встраивания в конструкцию роторного двигателя отдельной, запираемой, высокотемпературной КС любых размеров и формы, из любого, доступного для этих параметров рабочего тела, материала или материала покрытия стенок для полного и эффективного сжигания поступающего топлива.A feature of the invention is precisely the possibility of manufacturing and embedding in the design of a rotary engine a separate, lockable, high-temperature CS of any size and shape, from any working body available for these parameters, material or wall coating material for complete and efficient combustion of the incoming fuel.
Техническим результатом применения такого инженерного решения является максимальное упрощение конструкции всего ДВС, технологии изготовления КС, в которой возможно эффективное сжигание очень бедной ТВС с получением максимально высоких параметров рабочего тела и КПД Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, повышения удельной мощности, экономичности и экологичности ДВС. При этом, впервые в рабочий цикл ДВС удается включить процесс детонационного сжигания ТВС, который всегда в истории двигателестроения был бичом ДВС, его бедой, от которой старались избавиться всеми способами. Предлагаемое техническое решение позволит извлечь в разы большую энергию из скрытой в топливе энергии химических связей, сведет к нулю выброс несгоревших вредных веществ.The technical result of the application of such an engineering solution is to maximally simplify the design of the entire ICE, CS manufacturing technology, in which it is possible to effectively burn very poor fuel assemblies with obtaining the highest possible parameters of the working fluid and efficiency of the Rotary Detonation Internal Combustion Engine, increasing the specific power, efficiency and environmental compatibility of the ICE. At the same time, for the first time in the working cycle of an internal combustion engine, it is possible to include the process of detonation combustion of fuel assemblies, which in the history of engine-building has always been a scourge of the internal combustion engine, its misfortune, which they tried to get rid of by all means. The proposed technical solution will allow extracting much more energy from the chemical bonds hidden in the fuel energy, will reduce to zero the emission of unburned harmful substances.
Таким образом, конструкция Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, состоящего из трех секций, в промежуточной секции которого располагается камера сгорания, запираемая на время горения ТВС клапанами, изготовленная из материала, выдерживающего механические нагрузки и высокую температуру, возникающие при детонационном сгорании ТВС, позволяет получить значительное увеличение начальных параметров рабочего тела (давления рабочих газов).Thus, the design of a rotary detonation internal combustion engine, consisting of three sections, in the intermediate section of which is a combustion chamber that is locked during the combustion of the fuel assembly valves, made of a material that can withstand mechanical loads and high temperatures resulting from the detonation combustion of fuel assemblies, allows to obtain significant an increase in the initial parameters of the working fluid (working gas pressure).
Для достижения еще большего эффекта работы теплового двигателя и для безаварийной работы ДВС необходимо и возможно применить охлаждение рабочей секции изнутри впрыскиванием необходимого количества воды, скажем, на одну из лопаток рабочей секции для получения паровой фазы рабочего цикла и внутреннего охлаждения рабочей секции двигателя (паровая фаза), тогда как на другую лопатку будут воздействовать газы горения. Т.е. на один оборот рабочего вала такого ДВС будет 1 такт в 180 градусов от воздействия сгоревшего топлива и 1 такт 180 градусов паровой фазы от испарения воды от горячих стенок рабочей секции.To achieve even greater effect of the heat engine and for trouble-free operation of the internal combustion engine, it is necessary and possible to apply cooling of the working section from the inside by injecting the required amount of water, say, one of the blades of the working section to obtain the vapor phase of the operating cycle and internal cooling of the working section of the engine (steam phase) while the other blade will be affected by the combustion gases. Those. for one revolution of the working shaft of such an internal combustion engine there will be 1 cycle of 180 degrees from the effects of burned fuel and 1 cycle of 180 degrees of the vapor phase from evaporation of water from the hot walls of the working section.
Есть возможность использовать в этом ДВС другой вариант подачи воды в рабочую секцию описанный в изобретения RU 2491431 «Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания», т.е. подача воды в рабочую секцию до момента входа в нее очередной порции раскаленного рабочего тела под большим давлением из КС, но уже под каждую из двух лопаток рабочей секции или 2 раза за 1 оборот рабочего вала.It is possible to use in this internal combustion engine another option for supplying water to the working section described in the invention RU 2491431 “Method of operation of a rotary internal combustion engine”, i.e. water supply to the working section until the next portion of the hot working medium enters it under high pressure from the CS, but already under each of the two blades of the working section or 2 times per 1 turn of the working shaft.
В. СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯB. INFORMATION CONFIRMING THE POSSIBILITY OF CARRYING OUT THE INVENTION
Реализация, заявленного изобретением, конструкции Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, возможна к осуществлению через применение известных и новых материалов и технологий их обработки для возможности изготовления КС, в которой возможно использовать детонационное сгорание ТВС.The implementation, claimed by the invention, of the design of a rotary detonation internal combustion engine is possible to be implemented through the use of known and new materials and processing technologies for the possibility of manufacturing a CS in which it is possible to use detonation combustion of fuel assemblies.
Принцип работы и сама работа крайних секций этого Д ВС известна в механике достаточно давно и успешно применяется в пневмомашинах, например пневматический инструмент, компрессоры.The principle of operation and the work itself of the extreme sections of this BC is known in mechanics for a long time and has been successfully used in pneumatic machines, for example, pneumatic tools, compressors.
Реализация практического исполнения предлагаемой встраиваемой в конструкцию роторного двигателя КС, возможна на условиях применения известных на сегодняшний день технологиях и современных материалов, например керамики.The implementation of the practical implementation of the proposed KS built-in rotary engine is possible on the terms of application of currently known technologies and modern materials, such as ceramics.
На прилагаемых к данному разделу патентной заявки чертежах представлены продольный разрез (Фиг. 1) и три сечения двигателя (Фиг. 2) по трем его секциям (входной, камеры сгорания и рабочей) с элементами: рабочим валом (элемент 1), насаженными на него роторами входной (элемент 2) и рабочей (элемент 12) секций, с установленными в роторах лопатками, соответственно, входной (элемент 14) и рабочей (элемент 11) секций. Корпуса секций входной (элемент 15), рабочей (элемент 13) и КС (элемент 16) разделены между собой стенками (элемент 3 и 9). В корпусе камеры сгорания выполнена непосредственно сама КС (элемент 5), которая имеет 3 клапана: впускной (элемент 4), выпускной (элемент 10). стравливающий (элемент 8) и свеча зажигания (элемент 7). На рабочем валу имеется кулачок (элемент 6), управляющий стравливающим клапаном. Впуск ТВС во входную секцию через впускное отверстие (элемент 17), а выпуск отработавших газов и пара из рабочей секции через выпускные отверстия (элементы 18 и 19). Вода в рабочую секцию подается через форсунку (элемент 20).The drawings attached to this section of the patent application show a longitudinal section (Fig. 1) and three sections of the engine (Fig. 2) in its three sections (inlet, combustion chamber and working) with elements: a working shaft (element 1) mounted on it input rotors (element 2) and working (element 12) sections, with blades installed in the rotors, respectively, input (element 14) and working (element 11) sections. The sections of the entrance (element 15), working (element 13) and CS (element 16) are separated by walls (
В такой конструкции двигателя, заявляемого изобретением, Роторный Детонационный Двигатель Внутреннего Сгорания, рабочий процесс может протекать по двум вариантам, следующим образом.In this design of the engine, claimed by the invention, Rotary Detonation Internal Combustion Engine, the workflow can proceed in two ways, as follows.
Работа двигателя по первому варианту: на 1 полный оборот рабочего вала - 1 такт 180 градусов поворота рабочего вала - сжигание ТВС и 1 такт 180 градусов поворота рабочего вала - паровой фазы.Engine operation in the first embodiment: for 1 full revolution of the working shaft - 1 stroke 180 degrees of rotation of the working shaft - burning fuel assembly and 1 cycle 180 degrees of rotation of the working shaft - vapor phase.
При работе двигателя поворачивается рабочий вал вместе с роторами секций и находящимися в них лопатками. Лопатка входной секции начинает сжимать ТВС, всасываемую через впускное отверстие. Ее давление повышается, открывается впускной клапан и ТВС загоняется в КС, где происходит ее воспламенение разрядом свечи зажигания. КС, в этот момент заперта всеми тремя клапанами, а ее температура порядка 2000 гр. С, поэтому смесь сгорает взрывоподобно. Давление в КС резко поднимается, впускной клапан закрывается и открывается выпускной клапан. Рабочие газы выстреливаются в рабочую секцию и, через лопатку рабочей секции, приводят во вращение ротор рабочей секции с рабочим валом. На подходе к КС второй лопатки, в КС кулачком на рабочем валу открывается стравливающий клапан и избыточное давление в рабочей секции закрывает выпускной клапан, остаточное давление из КС стравливается в атмосферу, а ТВС со второй лопатки входной секции загоняется в КС. В это самое время в рабочей секции эту верхнюю точку проходит вторая лопатка и сюда впрыскивается порция воды через форсунку, которая, испаряясь от нагретых деталей рабочей секции увеличивает давление в рабочей секции, закрывается выпускной клапан КС, давление пара приводит во вращение ротор рабочей секции и охлаждает детали рабочей секции. Отработавшие газы и пар из рабочей секции выбрасываются в атмосферу через выходное отверстие, а при дальнейшем движении лопатки, через второе выходное отверстие.When the engine is working, the working shaft rotates together with the rotors of the sections and the blades located in them. The paddle of the inlet section begins to compress the fuel assembly sucked through the inlet. Its pressure rises, the intake valve opens and the fuel assembly is driven into the CS, where it is ignited by discharge of the spark plug. The COP, at this moment is locked with all three valves, and its temperature is about 2000 grams. C, therefore, the mixture burns explosively. The pressure in the CS rises abruptly, the inlet valve closes and the exhaust valve opens. Working gases are fired into the working section and, through the blade of the working section, rotate the working section of the working section with the working shaft. On the approach to the CS of the second blade, in the COP the bleed valve opens on the working shaft and the overpressure in the working section closes the exhaust valve, the residual pressure from the CS is released into the atmosphere, and the fuel assembly from the second blade of the inlet section is forced into the CS. At this very time, in the working section this top point passes through the second blade and a portion of water is injected through the nozzle, which evaporates from the heated parts of the working section increases the pressure in the working section, closes the discharge valve KS, vapor pressure rotates the rotor of the working section and cools details of the working section. The exhaust gases and steam from the working section are emitted into the atmosphere through the outlet, and with further movement of the blade, through the second outlet.
Работа двигателя по второму варианту: на 1 оборот рабочего вала два такта сжигания ТВС в КС по 180 градусов поворота рабочего вала. С использованием изобретения RU 2491431 «Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания», наиболее предпочтительна.The engine operation according to the second variant: for 1 revolution of the working shaft, two strokes of combustion of fuel assemblies in the CS 180 degrees of rotation of the working shaft. Using the invention RU 2491431 "Method of operation of a rotary internal combustion engine", is most preferred.
При работе двигателя поворачивается рабочий вал вместе с роторами секций и находящимися в них лопатками. Лопатка входной секции начинает сжимать ТВС, всасываемую через впускное отверстие. Ее давление повышается и под его действием открывается впускной клапан и ТВС загоняется в КС, где происходит ее воспламенение разрядом свечи зажигания. КС, в этот момент заперта всеми тремя клапанами, а ее температура порядка 2000 гр. С, поэтому смесь сгорает взрывоподобно. В этот момент в рабочей секции происходит впрыск порции воды в рабочую секцию через форсунку, за рабочую лопатку, где давление невелико или есть разрежение. В КС поджигается ТВС и давление в КС резко поднимается, впускной клапан закрывается и открывается выпускной клапан. Рабочие газы выстреливаются в рабочую секцию и приводят во вращение ротор рабочей секции с рабочим валом. На подходе второй лопатки входной секции к КС открывается стравливающий клапан, и избыточное давление в рабочей секции закрывает выпускной клапан, а остаточное давление из КС стравливается в атмосферу, ТВС со второй лопатки загоняется в освободившуюся КС, а стравливающий «лапан закрывается. В этот момент в рабочую секцию поступает очередная порция воды, в КС поджигается ТВС, поступившая в КС со второй лопатки входной секции и процесс повторяется, т.е. в рабочую секцию поступает давление из КС, испаряется поступившая вода, еще больше увеличивается давление парогазовой смеси и вращает рабочий вал. Отработавшие газы и пар из рабочей секции выбрасываются в атмосферу через выходные отверстия.When the engine is working, the working shaft rotates together with the rotors of the sections and the blades located in them. The paddle of the inlet section begins to compress the fuel assembly sucked through the inlet. Its pressure rises and under its action the inlet valve opens and the fuel assembly is driven into the compressor station, where it is ignited by discharge of the spark plug. The COP, at this moment is locked with all three valves, and its temperature is about 2000 grams. C, therefore, the mixture burns explosively. At this moment, a portion of water is injected into the working section through the nozzle into the working section, over the working blade, where the pressure is low or there is a vacuum. In the CS, the fuel assembly is ignited and the pressure in the compressor station rises abruptly, the inlet valve closes and the exhaust valve opens. Working gases are fired into the working section and rotate the rotor of the working section with the working shaft. At the approach of the second blade of the inlet section to the CS, the bleed valve opens, and the overpressure in the working section closes the exhaust valve, and the residual pressure from the CS is released into the atmosphere, the fuel assembly from the second blade is driven into the released CS, and the bleed valve closes. At this moment, the next portion of water enters the working section, the fuel assembly is set on fire in the CS, which entered the CS from the second blade of the inlet section and the process repeats, i.e. pressure from the CS comes to the working section, the incoming water evaporates, the pressure of the vapor-gas mixture increases even more and rotates the working shaft. Exhaust gases and steam from the working section are released into the atmosphere through outlets.
Таким образом, отдельная «горячая» КС способствует быстрому и полному сгоранию ТВС, а роторная конструкция данного ДВС приводит к его конструктивному упрощению, позволяет ввести в рабочий цикл паровую фазу, увеличить максимальные обороты и мощность двигателя, улучшить экономичность и экологичность. Кроме этого, такой ДВС будет иметь высокий крутящий момент из-за относительного большого плеча действия силы давления рабочего тела, при малых габаритах и большой диапазон рабочих оборотов за счет уменьшения оборотов холостого хода и увеличения максимально допустимых оборотов..Thus, a separate “hot” CS contributes to the rapid and complete combustion of fuel assemblies, and the rotary design of this internal combustion engine leads to its constructive simplification, allows you to enter the vapor phase into the working cycle, increase the maximum speed and engine power, improve efficiency and environmental friendliness. In addition, such an internal combustion engine will have a high torque due to the relative large leverage of the pressure force of the working fluid, with small dimensions and a large range of operating revolutions due to a decrease in idling revolutions and an increase in the maximum allowable revolutions ..
Главная особенность изобретения - конструктивные особенности и расположение отдельной, запирающейся на время горения рабочей смеси, не имеющей сопряженных вращающихся деталей, камеры сгорания в отдельной секции, в которой ее можно выполнить из любого материала, любой формы для обеспечения возможности детонационного сгорания сильно обедненной ТВС.The main feature of the invention is the design features and the location of a separate, lockable for the burning time of the working mixture that does not have associated rotating parts, the combustion chamber in a separate section in which it can be made of any material, of any shape to allow detonation combustion of a highly lean fuel assembly.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112875A RU2685175C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Rotary detonation internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112875A RU2685175C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Rotary detonation internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685175C1 true RU2685175C1 (en) | 2019-04-18 |
Family
ID=66168588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018112875A RU2685175C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Rotary detonation internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2685175C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2723266C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-06-09 | Елена Николаевна Городовикова | Rotary internal combustion engine |
| CN113167172A (en) * | 2019-09-27 | 2021-07-23 | 阿列克谢·米海洛维奇·奥勒尔 | Rotor type internal combustion engine and method of operating the same |
| RU2754834C1 (en) * | 2020-09-07 | 2021-09-07 | Юрий Тимофеевич Санько | Rotary detonation engine |
| RU2826039C1 (en) * | 2024-02-22 | 2024-09-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническая и торгово-промышленная фирма "ТЕХНОПОДЗЕМЭНЕРГО" (ООО "Техноподземэнерго") | Energy-safe combined power plant |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1340387A (en) * | 1970-05-15 | 1973-12-12 | Hyvarinen M J | Rotary piston internal combustion engine |
| DE2417074A1 (en) * | 1974-04-08 | 1975-10-23 | Wuerth Gustav | Twin rotary piston engine - has two pistons with nose projections on main shaft, and two pistons with corresponding grooves on an auxiliary shaft |
| DE102004023370A1 (en) * | 2004-05-12 | 2004-10-21 | Hans-Hermann Bruns | Rotary piston engine with joint and cranked movement raises and lowers piston off and back onto support bearing in response to gas and spring pressure affording synchronous movement. |
| WO2008106886A1 (en) * | 2007-03-04 | 2008-09-12 | Jinsong Zhou | A twin screw type internal combustion engine |
| RU2491431C2 (en) * | 2011-11-16 | 2013-08-27 | Игорь Юрьевич Исаев | Method of rotary engine operation |
-
2018
- 2018-04-09 RU RU2018112875A patent/RU2685175C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1340387A (en) * | 1970-05-15 | 1973-12-12 | Hyvarinen M J | Rotary piston internal combustion engine |
| DE2417074A1 (en) * | 1974-04-08 | 1975-10-23 | Wuerth Gustav | Twin rotary piston engine - has two pistons with nose projections on main shaft, and two pistons with corresponding grooves on an auxiliary shaft |
| DE102004023370A1 (en) * | 2004-05-12 | 2004-10-21 | Hans-Hermann Bruns | Rotary piston engine with joint and cranked movement raises and lowers piston off and back onto support bearing in response to gas and spring pressure affording synchronous movement. |
| WO2008106886A1 (en) * | 2007-03-04 | 2008-09-12 | Jinsong Zhou | A twin screw type internal combustion engine |
| RU2491431C2 (en) * | 2011-11-16 | 2013-08-27 | Игорь Юрьевич Исаев | Method of rotary engine operation |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2723266C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-06-09 | Елена Николаевна Городовикова | Rotary internal combustion engine |
| CN113167172A (en) * | 2019-09-27 | 2021-07-23 | 阿列克谢·米海洛维奇·奥勒尔 | Rotor type internal combustion engine and method of operating the same |
| RU2754834C1 (en) * | 2020-09-07 | 2021-09-07 | Юрий Тимофеевич Санько | Rotary detonation engine |
| RU2826039C1 (en) * | 2024-02-22 | 2024-09-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническая и торгово-промышленная фирма "ТЕХНОПОДЗЕМЭНЕРГО" (ООО "Техноподземэнерго") | Energy-safe combined power plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2178090C2 (en) | Method of operation of internal combustion engine | |
| KR101321558B1 (en) | Double piston cycle engine | |
| US7556014B2 (en) | Reciprocating machines | |
| US7937943B2 (en) | Heat engines | |
| RU2685175C1 (en) | Rotary detonation internal combustion engine | |
| US7273023B2 (en) | Steam enhanced double piston cycle engine | |
| RU2373408C2 (en) | Method of operating thermal engine and its design | |
| US3487816A (en) | Rotary engine | |
| EP0137622B1 (en) | Improvements in or relating to engines | |
| US3040530A (en) | Rotary external combustion engine | |
| US20140190446A1 (en) | Fixed vane rotary abutment engine | |
| GB2145152A (en) | Rotary valve i.c. engine | |
| EP1230472B1 (en) | Z-engine | |
| RU2392444C2 (en) | Filatov filat mechanism | |
| RU2491431C2 (en) | Method of rotary engine operation | |
| WO1999031363A1 (en) | Orbital internal combustion engine | |
| CN113167172A (en) | Rotor type internal combustion engine and method of operating the same | |
| RU2435975C2 (en) | Menshov internal combustion engine | |
| RU2028476C1 (en) | Rotor-blade internal combustion engine | |
| RU2351779C2 (en) | Method of thermal engine operation and thermal engine | |
| KR20080038273A (en) | Steam enhanced double piston cycle engine | |
| RU2680913C1 (en) | Spherical internal combustion engine | |
| RU2275518C1 (en) | Internal combustion engine-revenuer | |
| RU2609272C2 (en) | Two-rotor engine “eight” | |
| RU2078958C1 (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200410 |