RU2781726C1 - Rotary piston engine and method of its operation - Google Patents
Rotary piston engine and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781726C1 RU2781726C1 RU2022108348A RU2022108348A RU2781726C1 RU 2781726 C1 RU2781726 C1 RU 2781726C1 RU 2022108348 A RU2022108348 A RU 2022108348A RU 2022108348 A RU2022108348 A RU 2022108348A RU 2781726 C1 RU2781726 C1 RU 2781726C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- rotor
- working
- additional
- main rotor
- Prior art date
Links
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 21
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 15
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 10
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 102200129688 ETFDH F16C Human genes 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Заявленные технические решения устройства и способа его работы относятся к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям или к так называемым «циклоидным роторным двигателям», и могут быть использованы в качестве привода в самых различных областях техники в качестве двигателей внутреннего сгорания.The claimed technical solutions of the device and its method of operation relate to engine building, namely to rotary piston engines or to the so-called "cycloid rotary engines", and can be used as a drive in various fields of technology as internal combustion engines.
Прототипом заявленного устройства является роторно-поршневая машина по патенту на изобретение США: US 2988008 (А) от 13.06.1961, МПК F02B 53/00, F02B 75/02, «Rotary piston machines», автор Felix Wankel - [1], которая состоит из корпуса с одной рабочей полостью двигателя с одним ротором треугольной формы и внутренней двухлучевой эпитрохоидной поверхностью корпуса, а также крышки корпуса, механизма движения основного ротора, окон подвода к двигателю газообразной смеси и выпуска из него отходящих газов и системы зажигания.The prototype of the claimed device is a rotary piston machine according to a US patent: US 2988008 (A) dated 06/13/1961, IPC F02B 53/00, F02B 75/02, "Rotary piston machines", by Felix Wankel - [1], which consists of a housing with one working cavity of the engine with one triangular rotor and an internal two-beam epitrochoid surface of the housing, as well as a housing cover, a mechanism for the movement of the main rotor, windows for supplying a gaseous mixture to the engine and exhausting exhaust gases from it, and an ignition system.
Недостатком прототипа [1] является низкая его удельная мощность.The disadvantage of the prototype [1] is its low power density.
Также известны многочисленные варианты «Роторно-поршневых двигателей», например следующие аналоги:Numerous variants of "Rotor-piston engines" are also known, for example, the following analogues:
- по патенту на изобретение США: US 4019471 (А) от 26.04.1977, МПК F02B 53/10, F02B 75/12, «Fuel injection type rotary piston engines» - [2];- according to the US patent: US 4019471 (A) dated 04/26/1977, IPC F02B 53/10, F02B 75/12, "Fuel injection type rotary piston engines" - [2];
- по патенту на изобретение США: US 4047856 (А) от 13.09.1977, МПК F01C 1/22, F01C 19/12, F01C 21/18, «Fuel injection type rotary piston engines» - [3];- according to the US patent: US 4047856 (A) dated 09/13/1977, IPC F01C 1/22, F01C 19/12, F01C 21/18, "Fuel injection type rotary piston engines" - [3];
- по авторскому свидетельству СССР: SU 1097815 A1 от 15.06.1984, МПК F02B 55/10, «Способ работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания» - [4];- according to the author's certificate of the USSR: SU 1097815 A1 dated 06/15/1984, IPC F02B 55/10, "Method of operation of a rotary piston internal combustion engine" - [4];
- по патенту на изобретение РФ: RU 2546933 С1 от 10.04.2015, МПК F02B 53/10, «Способ работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания» - [5].- according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2546933 C1 dated 10.04.2015, IPC F02B 53/10, "Method of operation of a rotary piston internal combustion engine" - [5].
Вышеуказанные аналоги [2], [3], [4] и [5] также состоят из корпуса с одной рабочей полостью двигателя с одним ротором треугольной формы и внутренней двухлучевой эпитрохоидной поверхностью корпуса, а также крышки корпуса, механизма движения основного ротора, окон подвода к двигателю газообразной смеси и выпуска из него отходящих газов и системы зажигания. Их дополнительные технические решения усовершенствуют те или иные узлы роторно-поршневых двигателей и элементы, и им также как и прототипу [1] присущ такой же недостаток, как низкая удельная мощность.The above analogues [2], [3], [4] and [5] also consist of a housing with one working cavity of the engine with one triangular rotor and an internal two-beam epitrochoid surface of the housing, as well as a housing cover, a main rotor movement mechanism, supply windows to the engine of a gaseous mixture and the release of exhaust gases from it and the ignition system. Their additional technical solutions improve certain components of rotary piston engines and elements, and they, like the prototype [1], have the same disadvantage as low power density.
«Циклоидный роторный двигатель (Варианты)» по патенту на изобретение РФ: RU 2609027 С2 от 30.01.2017, F01C 1/22, F01C 19/00, автор Школьник Александр С. (US) - [6], обобщает все конструктивные решения так, называемых двигателей Ванкеля (Wankel), по геометрии поршней (роторов) и корпусов, однако имеет тот же недостаток, а именно низкую удельную мощность."Cycloidal rotary engine (Variants)" according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2609027 C2 dated 01/30/2017, F01C 1/22, F01C 19/00, author Shkolnik Alexander S. (US) - [6], summarizes all design solutions as follows , called Wankel engines, according to the geometry of pistons (rotors) and housings, however, it has the same drawback, namely low power density.
Общим недостатком роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания по прототипу [1] и аналогам [2], [3], [4] и [5] является сравнительно небольшой рабочий объем полости двигателя (рабочей камеры двигателя) что в итоге приводит к недостаточной удельной мощности таких двигателей внутреннего сгорания (ДВС).A common disadvantage of rotary piston internal combustion engines according to the prototype [1] and analogues [2], [3], [4] and [5] is a relatively small working volume of the engine cavity (engine working chamber), which ultimately leads to insufficient power density such internal combustion engines (ICE).
Недостатки прототипа и аналогов ставят задачу повышения удельной мощности роторно-поршневого двигателя, а именно его одной секции (ступени или одного цилиндра по аналогии с поршневым двигателем).The disadvantages of the prototype and analogues set the task of increasing the specific power of the rotary piston engine, namely its one section (stage or one cylinder, by analogy with a piston engine).
Сущность заявленного устройства: Роторно-поршневой двигатель состоит из корпуса с одной рабочей полостью двигателя - с основным ротором треугольной формы и внутренней двухлучевой эпитрохоидной поверхностью корпуса, а также крышки корпуса, механизма движения основного ротора, окон подвода к двигателю газообразной смеси и выпуска из него отходящих газов и системы зажигания. При этом заявленный роторно-поршневой двигатель конструктивно содержит дополнительные две рабочие полости двигателя в теле основного ротора, а именно в его внутренней объемной выточке с внутренней рабочей трехлучевой поверхностью гипотрохоидной формы. В основном роторе треугольной формы по центру его внутренней объемной выточки имеется дополнительный ротор треугольной формы, который по радиальным размерам в 2-3 раза меньше основного ротора и жестко с ним связан (пластиной), то есть является одной деталью (двойным ротором, образованным основным ротором, дополнительным ротором и их соединяющим элементом в виде плоской пластины). Между внешней поверхностью дополнительного ротора и внутренней поверхностью объемной трехлучевой выточки гипотрохоидной формы основного ротора находится неподвижная фигурная втулка с внешней и внутренней двухлучевыми эпитрохоидными поверхностями соответственно ответными: внутренней рабочей трехлучевой поверхностью основного ротора гипотрохоидной формы - образующие вторую рабочую полость двигателя, и внешней поверхности дополнительного ротора треугольной формы - образующие третью рабочую полость двигателя. Дополнительный рабочий ротор треугольной формы имеет осевое центральное отверстие, снабженное зубчатым венцом (механизма движения двойного ротора), и соединен с основным ротором с одной стороны торца корпуса перегородкой в виде пластины, а с другой торцевой стороны корпуса, на внутренней стороне крышки корпуса жестко закреплена неподвижная фигурная втулка. Окна подвода к двигателю газообразной смеси (состоящей например, из паров бензина в воздухе), установочные места как минимум для трех свечей зажигания (по одной для трех рабочих полостей двигателя, а для более эффективного процесса сгорания топлива в каждой из рабочих полостей могут быть установлены по несколько свечей зажигания), а также окна выпуска отходящих газов из двигателя выполнены в крышке корпуса двигателя.The essence of the claimed device: A rotary piston engine consists of a housing with one working cavity of the engine - with a main rotor of a triangular shape and an internal two-beam epitrochoid surface of the housing, as well as a housing cover, a mechanism for the movement of the main rotor, windows for supplying a gaseous mixture to the engine and releasing outgoing gases from it gases and ignition systems. At the same time, the claimed rotary piston engine structurally contains two additional working cavities of the engine in the body of the main rotor, namely in its internal volume groove with an internal working three-beam surface of a hypotrochoid shape. In the main triangular-shaped rotor in the center of its internal volume recess there is an additional triangular-shaped rotor, which is 2-3 times smaller in radial dimensions than the main rotor and is rigidly connected to it (by a plate), that is, it is one part (double rotor formed by the main rotor , an additional rotor and their connecting element in the form of a flat plate). Between the outer surface of the additional rotor and the inner surface of the volumetric three-beam undercut of the hypotrochoid shape of the main rotor, there is a fixed curly bushing with outer and inner two-beam epitrochoid surfaces, respectively, in response: the inner working three-beam surface of the main rotor of the hypotrochoid shape - forming the second working cavity of the engine, and the outer surface of the additional triangular rotor forms - forming the third working cavity of the engine. An additional triangular-shaped working rotor has an axial central hole equipped with a gear rim (double rotor movement mechanism), and is connected to the main rotor on one side of the housing end face by a partition in the form of a plate, and on the other end side of the housing, on the inside of the housing cover, a stationary curly bushing. Windows for supplying a gaseous mixture to the engine (consisting, for example, of gasoline vapors in the air), mounting points for at least three spark plugs (one for three working cavities of the engine, and for a more efficient process of fuel combustion in each of the working cavities can be installed on several spark plugs), as well as exhaust gas outlets from the engine, are made in the engine housing cover.
Основной ротор, дополнительный ротор и перегородка (соединяющий элемент двух роторов) в виде пластины, соединяющая основной и дополнительный роторы (двойной ротор) могут быть изготовлены (например, фрезерованием или литьем с фрезерованием) из одной заготовки (из цельного материала, например, металла). Также основной и дополнительный роторы могут быть изготовлены (например, фрезерованием или литьем с фрезерованием) из разных заготовок (например, металла), и при этом они жестко соединены друг с другом с одного торца корпуса при помощи отдельной перегородки в виде пластины (с параллельными двумя поверхностями, замкнутой фигурной внешней радиальной поверхностью и внутренним осевым отверстием), внешние края которой повторяют обводы основного ротора, а по центру в пластине выполнено центральное отверстие, совпадающее с центральным отверстием дополнительного ротора (которое также может иметь зубчатый венец для механизма движения двойного ротора).The main rotor, the additional rotor and the baffle (connecting element of two rotors) in the form of a plate connecting the main and additional rotors (double rotor) can be made (for example, by milling or casting with milling) from a single workpiece (from a solid material, for example, metal) . Also, the main and additional rotors can be made (for example, by milling or casting with milling) from different blanks (for example, metal), and at the same time they are rigidly connected to each other from one end of the housing using a separate partition in the form of a plate (with parallel two surfaces, a closed figured outer radial surface and an inner axial hole), the outer edges of which repeat the contours of the main rotor, and in the center there is a central hole in the plate, coinciding with the central hole of the additional rotor (which can also have a ring gear for the mechanism of movement of the double rotor).
В заявленном устройстве механизм движения основного ротора не меняется по сравнению с прототипом и аналогами, так как дополнительный ротор с основным является одной движущейся в корпусе деталью - двойным ротором.In the claimed device, the movement mechanism of the main rotor does not change in comparison with the prototype and analogues, since the additional rotor with the main one is one part moving in the housing - a double rotor.
Сущность заявленного способа работы вышеописанного роторно-поршневого двигателя заключается в том, что организуют цикловую подачу газообразной (горючей) смеси через впускные окна в двигатель, ее сжатие и последующее сжигание с отводом полезной работы при ее расширении при помощи механизма движения ротора (двойного ротора) и выпуск отходящих газов через выпускные окна. При работе организуют цикловую подачу газообразной смеси в двигатель, раздельно к трем рабочим полостям двигателя: первой, второй и третьей, и производят (при вращении двойного ротора) одновременное воспламенение газообразной смеси в рабочих полостях первой и третьей, и после дальнейшего движения основного и дополнительных роторов (двойного ротора) производят воспламенение газообразной смеси во второй рабочей полости, далее организуют цикловой раздельный выпуск отходящих газов от трех рабочих полостей двигателя,The essence of the claimed method of operation of the above-described rotary piston engine lies in the fact that a cyclic supply of a gaseous (combustible) mixture through the inlet windows to the engine is organized, its compression and subsequent combustion with the removal of useful work during its expansion using the mechanism of movement of the rotor (double rotor) and release of exhaust gases through exhaust ports. During operation, a cyclic supply of a gaseous mixture to the engine is organized, separately to three working cavities of the engine: the first, second and third, and (during the rotation of the double rotor) simultaneous ignition of the gaseous mixture in the working cavities of the first and third, and after further movement of the main and additional rotors (double rotor) the gaseous mixture is ignited in the second working cavity, then the cyclic separate exhaust gases from the three working cavities of the engine are organized,
при этом осуществляют отбор механической энергии от сгораемой газообразной смеси:at the same time, mechanical energy is taken from the combustible gaseous mixture:
- в первой рабочей полости при помощи движущейся внешней поверхности основного ротора (треугольной формы);- in the first working cavity with the help of the moving outer surface of the main rotor (triangular shape);
- во второй рабочей полости при помощи движущейся внутренней поверхности основного ротора (движущейся внутренней поверхностью объемной трехлучевой выточки гипотрохоидной формы основного ротора);- in the second working cavity with the help of the moving inner surface of the main rotor (the moving inner surface of the volume three-beam undercut of the hypotrochoid shape of the main rotor);
- в третьей рабочей полости при помощи при помощи движущейся внешней поверхности дополнительного ротора (треугольной формы).- in the third working cavity with the help of an additional rotor (triangular shape) with the help of a moving outer surface.
Технический результат заключается в увеличении удельной мощности роторно-поршневого двигателя. Технический результат достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе с одной рабочей полостью двигателя - с основным ротором треугольной формы и внутренней двухлучевой поверхностью корпуса эпитрохоидной формы, конструктивно созданы дополнительные две рабочие полости двигателя в теле основного рабочего ротора.The technical result consists in increasing the specific power of the rotary piston engine. The technical result is achieved by the fact that in a rotary piston engine with one working cavity of the engine - with a main rotor of a triangular shape and an inner two-beam surface of the body of an epitrochoid shape, two additional working cavities of the engine are structurally created in the body of the main working rotor.
Другими словами, путем создания в одном и том же роторно-поршневом двигателе (в одних и тех же размерах его корпуса), а именно во внутренней объемной выточке (полости) его ротора (основного ротора) выполнены две дополнительные рабочие полости двигателя. При этом одна внутренняя объемная выточка (полость) между внутренней трехлучевой поверхностью гипотрохоидной формы и внешней поверхностью трехугольного дополнительного ротора разделена на две дополнительные рабочие полости двигателя при помощи неподвижной фигурной втулки (установленной на внутренней стороне крышки корпуса) с внешней и внутренней двухлучевыми эпитрохоидными поверхностями. При работе заявленный роторно-поршневой двигатель в одних и тех же размерах его корпуса работает использует не одну рабочую полость, а три рабочие полости. По аналогии с поршневым ДВС - в одном и том, же одноцилиндровом ДВС расположен трехцилиндровый ДВС. И это существенно повышает рабочий объем заявленного роторно-поршневого двигателя, и, следовательно, увеличивает его удельную мощность.In other words, by creating in the same rotary piston engine (in the same dimensions of its body), namely, in the internal volume recess (cavity) of its rotor (main rotor), two additional working cavities of the engine are made. At the same time, one internal volume recess (cavity) between the inner three-beam surface of the hypotrochoid shape and the outer surface of the triangular additional rotor is divided into two additional working cavities of the engine by means of a fixed curly bushing (installed on the inside of the housing cover) with external and internal two-beam epitrochoid surfaces. During operation, the claimed rotary piston engine in the same dimensions of its body operates using not one working cavity, but three working cavities. By analogy with a piston ICE, a three-cylinder ICE is located in the same single-cylinder ICE. And this significantly increases the working volume of the claimed rotary piston engine, and, consequently, increases its specific power.
В то же время широко известны конструкции «Роторно-поршневых двигателей», конструктивно содержащие дополнительные вспомогательные выточки (полости) двигателя в теле ротора (основного), например следующие аналоги:At the same time, the designs of "Rotor-piston engines" are widely known, structurally containing additional auxiliary grooves (cavities) of the engine in the body of the rotor (main), for example, the following analogues:
- по патенту на изобретение РФ: RU 2386046 С2 от 10.04.2010, F02B 55/02, F01C 1/00, F01C 17/06, «Роторно-поршневой трехтактный двигатель внутреннего» - [7];- according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2386046 C2 dated 10.04.2010, F02B 55/02, F01C 1/00, F01C 17/06, "Rotor-piston three-stroke internal engine" - [7];
- по патенту на изобретение РФ: RU 2418180 С1 от 10.05.2011, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/06, F16C3/18, «Роторный двигатель и эксцентриковый вал» - [8];- according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2418180 C1 dated 10.05.2011, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/06, F16C3/18, "Rotor engine and eccentric shaft" - [8];
- по патенту на изобретение РФ: RU 2556838 С1 от 20.07.2015, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/06, «Двигатель внутреннего сгорания» - [9];- according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2556838 C1 dated 07/20/2015, F02B 55/02, F01C 1/22,
- по патенту на изобретение РФ: RU 2634457 С2 от 30.10.2017, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/06, «Двигатель внутреннего сгорания» -[10].- according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2634457 C2 dated 10/30/2017, F02B 55/02, F01C 1/22,
Однако известные по аналогам [7], [8], [9] и [10] дополнительные вспомогательные выточки (полости) двигателя в теле ротора (основного ротора) служат не для создания дополнительных рабочих полостей роторно-поршневых двигателей, предназначенных для преобразования энергии сгорания топливной смеси в механическую энергию а для размещения в этих выточках (полостях) различных механизмов движения ротора (основного).However, known from analogues [7], [8], [9] and [10] additional auxiliary grooves (cavities) of the engine in the body of the rotor (main rotor) do not serve to create additional working cavities of rotary piston engines designed to convert combustion energy fuel mixture into mechanical energy and for placement in these grooves (cavities) of various mechanisms for the movement of the rotor (main).
Введенные в формулу изобретения устройства ограничительные признаки: «Роторно-поршневой двигатель состоящий из корпуса с одной рабочей полостью двигателя - с основным ротором треугольной формы и внутренней двухлучевой эпитрохоидной поверхностью корпуса, а также крышки корпуса, механизма движения основного ротора, окон подвода к двигателю газообразной смеси и выпуска из него отходящих газов и системы зажигания» кратко описывают общие конструктивные особенности прототипа [1], аналогов [2], [3], [4], [5] и заявленного устройства.Restrictive features introduced into the claims of the device: “Rotor-piston engine consisting of a housing with one working cavity of the engine - with a triangular main rotor and an internal two-beam epitrochoid surface of the housing, as well as a housing cover, a main rotor movement mechanism, windows for supplying a gaseous mixture to the engine and the release of exhaust gases from it and the ignition system” briefly describe the general design features of the prototype [1], analogues [2], [3], [4], [5] and the claimed device.
Отличительный признак устройства «он (роторно-поршневой двигатель) конструктивно содержит дополнительные две рабочие полости двигателя в теле основного ротора, а именно в его внутренней объемной выточке с внутренней рабочей трехлучевой поверхностью гипотрохоидной формы», существенно увеличивает рабочий объем роторно-поршневого двигателя дополнительными двумя рабочими полостями, что в итоге приводит увеличению удельной мощности ДВС.A distinctive feature of the device "it (rotary piston engine) structurally contains two additional working cavities of the engine in the body of the main rotor, namely in its internal volumetric recess with an internal working three-beam surface of a hypotrochoid shape", significantly increases the working volume of the rotary piston engine with an additional two working cavities, which ultimately leads to an increase in the specific power of the internal combustion engine.
Последующие отличительные признаки независимого пункта формулы устройства описывают конструктивные особенности устройства, позволяющие создать в нем дополнительные две рабочие полости двигателя в теле основного ротора.The following distinguishing features of the independent claim of the device describe the design features of the device, allowing to create in it two additional working cavities of the engine in the body of the main rotor.
Зависимые пункты (2 и 3) формулы устройства описывают конструктивные особенности двойного ротора, образованного основным, и дополнительным роторами треугольной формы.Dependent claims (2 and 3) of the formula of the device describe the design features of a double rotor formed by the main and additional triangular rotors.
Дополнительно отличительный признак независимого п. 1 устройства «в основном роторе треугольной формы по центру его внутренней объемной выточки имеется дополнительный ротор треугольной формы, который по радиальным размерам в 2-3 раз меньше основного ротора и жестко с ним связан - является одной деталью» показывает допустимые диапазоны радиальных размеров дополнительного ротора относительно радиальных размеров основного ротора, при этом разница по площади торцевой поверхности основного и дополнительного роторов будет составлять от 5 до 25 раз.Additionally, the distinguishing feature of the
При радиальных размерах дополнительного ротора, которые меньше чем в 2 раза основного ротора происходит излишнее утоньшение фигурной втулки, что ведет к недостаточной ее прочности.When the radial dimensions of the additional rotor, which are less than 2 times the main rotor, there is an excessive thinning of the curly bushing, which leads to its insufficient strength.
При радиальных размерах дополнительного ротора, которые больше чем в 3 раза основного ротора происходит переутоньшение вала и уменьшение размеров зубьев шестерни работающей в паре с зубчатым венцом.With the radial dimensions of the additional rotor, which are more than 3 times the main rotor, the shaft is overthinned and the size of the gear teeth working in tandem with the ring gear is reduced.
Автор выбрал, рассчитал и изготовил действующий демонстрационный макет, в котором радиальные размеры дополнительного ротора в 2,5 раз меньше основного ротора. Описание данного демонстрационного макета представлено ниже в описании и в графических материалах.The author chose, calculated and made a working demonstration model, in which the radial dimensions of the additional rotor are 2.5 times smaller than the main rotor. The description of this demo layout is presented below in the description and in the graphic materials.
Введенные в формулу изобретения способа ограничительные признаки: «Способ работы роторно-поршневого двигателя, по п. 1, заключающийся в организации цикловой подачи газообразной (горючей) смеси через впускные окна в двигатель, ее сжатие и последующее сжигание с отводом полезной работы при ее расширении при помощи механизма движения основного ротора и выпуск отходящих газов через выпускные окна» также кратко описывают общие принцип работы прототипа [1], аналогов [2], [3], [4], [5] и заявленного устройства.The restrictive features introduced into the formula of the invention of the method: “The method of operation of a rotary piston engine, according to
Отличительный признак способа «организуют цикловую подачу газообразной смеси в двигатель, раздельно к трем рабочим полостям двигателя: первой, второй и третьей, и производят одновременное воспламенение газообразной смеси в первой и третьей рабочих полостях, и после дальнейшего движения основного и дополнительных роторов производят воспламенение газообразной смеси во второй рабочей полости, далее организуют цикловой раздельный выпуск отходящих газов от трех рабочих полостей двигателя» показывают (объясняют) организацию работы заявленного роторно-поршневого двигателя, а именного цикловую подачу газообразной смеси в двигатель порядок организации воспламенения газообразной смеси в рабочих полостях также организацию циклового выпуска отходящих газов от двигателя.The distinguishing feature of the method is “they organize a cyclic supply of a gaseous mixture to the engine, separately to the three working cavities of the engine: the first, second and third, and simultaneously ignite the gaseous mixture in the first and third working cavities, and after further movement of the main and additional rotors, the gaseous mixture is ignited in the second working cavity, then organize a cyclic separate release of exhaust gases from three working cavities of the engine "show (explain) the organization of the work of the claimed rotary piston engine, and the nominal cyclic supply of a gaseous mixture to the engine, the procedure for organizing the ignition of a gaseous mixture in the working cavities, as well as the organization of a cyclic release exhaust gases from the engine.
Сущность заявленных устройства и способа его работы объясняется приведенными графическими материалами, в том числе и фотографиями изготовленного макета роторно-поршневого двигателя, изготовленного для демонстрации заявленного устройства и способа его работы.The essence of the claimed device and method of its operation is explained by the given graphic materials, including photographs of the manufactured model of a rotary piston engine, made to demonstrate the claimed device and its method of operation.
На фигуре 1 - графическая модель макета роторно-поршневого двигателя.The figure 1 is a graphical model of the layout of the rotary piston engine.
На фигуре 2 - фотография макета роторно-поршневого двигателя с прозрачной (из оргстекла) крышкой корпуса - вид спереди.Figure 2 - photograph of a model of a rotary piston engine with a transparent (plexiglass) housing cover - front view.
На фигуре 3 - фотография макета роторно-поршневого двигателя - вид сзади и сбоку.Figure 3 is a photograph of a model of a rotary piston engine - rear and side views.
На фигуре 4 - чертеж торца заявленного двигателя - в поперечном разрезе неподвижной втулки (по оси вращения двойного ротора).Figure 4 - drawing of the end face of the claimed engine - in cross section of the fixed bushing (along the axis of rotation of the double rotor).
На фигуре 5 - вид (чертеж) крышки двигателя с внешней стороны (при установке ее на двигатель).The figure 5 is a view (drawing) of the engine cover from the outside (when it is installed on the engine).
На фигуре 6 - вид (чертеж) крышки двигателя с внутренней стороны.The figure 6 is a view (drawing) of the engine cover from the inside.
На фигуре 7 - поперечный разрез крышки двигателя с неподвижной фигурной втулкой где: а) крышка двигателя и неподвижная фигурная втулка выполнены раздельно и неподвижно соединены, б) крышка двигателя и неподвижная фигурная втулка представляют собой одну деталь.Figure 7 shows a cross-section of the engine cover with a fixed curly bushing where: a) the engine cover and the fixed curly bushing are made separately and fixedly connected, b) the engine cover and the fixed curly bushing are one piece.
На фигуре 8 - чертеж двойного поршня двигателя, состоящий из основной, дополнительного роторов треугольной формы и соединяющей их пластины (вид спереди).Figure 8 is a drawing of a double piston engine, consisting of a main, additional triangular-shaped rotors and a plate connecting them (front view).
На фигуре 9 - поперечный разрез двойного поршня двигателя, где: а) двойной поршень двигателя состоит выполненных раздельно основного, дополнительного роторов треугольной формы и неподвижно соединяющей их пластины, б) двойной поршень двигателя представляет собой одну деталь.Figure 9 shows a cross-section of a double engine piston, where: a) the double piston of the engine consists of separately made main, additional triangular rotors and a plate fixedly connecting them, b) the double piston of the engine is one piece.
На фигурах 10а), 10б), 10в), и 10г) - схематично показано последовательное движение по часовой стрелке двойного ротора в корпусе двигателя с изменением объема его трех рабочих полостей.Figures 10a), 10b), 10c), and 10d) schematically show the sequential clockwise movement of a double rotor in the engine housing with a change in the volume of its three working cavities.
На фигуре 11 - рабочий контур гипотрохоидной формы.The figure 11 shows the working contour of the hypotrochoid form.
На фигуре 12 - рабочий контур треугольной формы.Figure 12 shows a triangular work path.
На фигуре 13 - рабочий контур эпитрохоидной формы.The figure 13 shows the working contour of the epitrochoid form.
На фигуре 14 - комбинация рабочих контуров треугольной, эпитрохоидной и гипотрохоидной формы.The figure 14 shows a combination of triangular, epitrochoid and hypotrochoid working contours.
На фигурах фиг. 1 - фиг. 14 позициями представлены следующие элементы конструкции заявленного роторно-поршневого двигателя:In the figures of Fig. 1 - fig. 14 positions represent the following design elements of the claimed rotary piston engine:
I - первая основная рабочая полость двигателя; II и III - дополнительные соответственно вторая и третья рабочие полости двигателя (все три полости (I), (II) и (III) на графических материалах обозначены кружком - «о»); 1 - корпус роторно-поршневого двигателя с внутренней двухлучевой эпитрохоидной поверхностью для основного ротора, образующая первую основную рабочую полость (I) двигателя в корпусе (1); 2 - основной ротор треугольной формы; 3 - крышка корпуса (1) (передней, лицевая) - в графических материалах для лучшего восприятия заявленного технического решения выполнена из прозрачного материала; 4 - дополнительная крышка (задняя, тыльная) корпуса (1); 5 - дополнительный ротор треугольной формы; 6 - плоская пластина, соединяющая основной ротор (2) и дополнительный ротор (5) в одну подвижную деталь - двойной ротор; 7 - неподвижная фигурная втулка, разделяющая объем внутренней объемной выточки основного ротора (2) между его внутренней рабочей трехлучевой поверхностью гипотрохоидной формы и дополнительным ротором (5) треугольной формы на дополнительные две рабочие полости (II) и (III) двигателя в теле основного ротора (2); 8 - механизм движения двойного ротора; 9 - коллектор подвода газообразной смеси к рабочем полостям (I), (II) и (III) двигателя; 10 - коллектор отвода отработавших газов от рабочих полостей (I), (II) и (III) двигателя; 11 - Свеча (электрического зажигания сжатой газообразной смеси) первой (I) рабочей полости двигателя; 12 - Свеча второй (II) рабочей полости двигателя; 13 - свеча третьей (III) рабочей полости двигателя; 14, 15 и 16 - резьбовые отверстия соответственно для свечей (11), (12), (13) рабочих полостей (I), (II) и (III) двигателя; 17, 18 и 19 - окна (впускные) подвода к двигателю газообразной (горючей) смеси соответственно к рабочим полостям (I), (II) и (III) двигателя; 20, 21 и 22 - окна выпуска отходящих газов соответственно от рабочих полостей (I), (II) и (III) двигателя.I - the first main working cavity of the engine; II and III - additional, respectively, the second and third working cavities of the engine (all three cavities (I), (II) and (III) on the graphic materials are indicated by a circle - "o"); 1 - housing of a rotary piston engine with an internal two-beam epitrochoid surface for the main rotor, forming the first main working cavity (I) of the engine in the housing (1); 2 - the main rotor of a triangular shape; 3 - housing cover (1) (front, front) - in graphic materials for a better perception of the claimed technical solution is made of a transparent material; 4 - additional cover (rear, back) of the body (1); 5 - additional triangular rotor; 6 - a flat plate connecting the main rotor (2) and the additional rotor (5) into one moving part - a double rotor; 7 - fixed shaped sleeve dividing the volume of the internal volumetric recess of the main rotor (2) between its internal working three-beam surface of the hypotrochoid shape and the additional rotor (5) of the triangular shape into two additional working cavities (II) and (III) of the engine in the body of the main rotor ( 2); 8 - the mechanism of movement of the double rotor; 9 - manifold for supplying a gaseous mixture to the working cavities (I), (II) and (III) of the engine; 10 - manifold exhaust gases from the working cavities (I), (II) and (III) of the engine; 11 - Candle (electric ignition of a compressed gaseous mixture) of the first (I) working cavity of the engine; 12 - Candle of the second (II) working cavity of the engine; 13 - candle of the third (III) working cavity of the engine; 14, 15 and 16 - threaded holes, respectively, for candles (11), (12), (13) of the working cavities (I), (II) and (III) of the engine; 17, 18 and 19 - windows (inlet) for supplying a gaseous (combustible) mixture to the engine, respectively, to the working cavities (I), (II) and (III) of the engine; 20, 21 and 22 - windows for the release of exhaust gases from the working cavities (I), (II) and (III) of the engine, respectively.
Заявленное устройство роторно-поршневого двигателя состоит из корпуса (1) с внутренней двухлучевой эпитрохоидной поверхностью. В корпусе (1) образована первая рабочая полость (I) двигателя - с основным ротором (2) треугольной формы и крышкой (3) корпуса (с лицевой стороны корпуса (1)). С тыльной стороны корпус (1) может быть выполнен с плоской стенкой или же содержать дополнительную крышку (4), что более технологично, и таким образом выполнен макет заявленного роторно-поршневого двигателя. В теле корпуса (1) выполнены продолговатые каналы для системы охлаждения, а также резьбовые отверстия в крепежными элементами для монтажа крышек (цифровыми позициями не обозначены). Основной ротор (2) содержит внутреннюю объемную выточку с внутренней рабочей трехлучевой поверхностью гипотрохоидной формы, в центре которой находится дополнительный ротор (5), который представляет собой уменьшенную в 2-3 раза симметричную копию основного ротора (2).The claimed device of a rotary piston engine consists of a housing (1) with an inner double-beam epitrochoid surface. In the housing (1), the first working cavity (I) of the engine is formed - with the main rotor (2) of a triangular shape and the cover (3) of the housing (on the front side of the housing (1)). On the back side, the housing (1) can be made with a flat wall or contain an additional cover (4), which is more technologically advanced, and thus a model of the claimed rotary piston engine is made. In the body of the housing (1) there are elongated channels for the cooling system, as well as threaded holes in the fasteners for mounting the covers (not marked with numbers). The main rotor (2) contains an internal volumetric groove with an internal working three-beam surface of a hypotrochoid shape, in the center of which there is an additional rotor (5), which is a 2-3 times reduced symmetrical copy of the main rotor (2).
Основной ротор (2) и дополнительный ротор (5) неподвижно (жестко) связаны между собой со стороны дополнительной крышки (4) плоской пластиной (6), и при этом основной ротор (2), дополнительный ротор (5) и плоская пластина (6) являются одной подвижной деталью - двойным ротором, который может быть изготовлен из трех деталей (2), (5), (6), или же может быть изготовлен из одной цельной заготовки (материала), например литьем, и/или на токарно-фрезерных станках. С внутренней стороны на крышке (3) неподвижно (жестко) закреплена неподвижная фигурная втулка (7) с внешней и внутренней двухлучевыми эпитрохоидными поверхностями, и с плоской торцевой свободной поверхностью, которая в собранном виде (заявленного двигателя) образует минимальный зазор с плоской пластиной (6) двойного ротора. При таком конструктивном исполнении в заявленном роторно-поршневом двигателе содержаться дополнительные две рабочие полости (II) и (III) двигателя в теле основного ротора (2), а именно в его внутренней объемной выточке с внутренней рабочей трехлучевой поверхностью гипотрохоидной формы. Внешняя и внутренняя двухлучевые эпитрохоидные поверхности неподвижной фигурной втулки (7) выполнены ответными соответственно: внутренней рабочей трехлучевой поверхности основного ротора гипотрохоидной формы - образующие вторую рабочую полость (II) двигателя, и внешней поверхности дополнительного ротора треугольной формы - образующие третью рабочую полость (III) двигателя. В двойном роторе, а именно в его дополнительном роторе (5) имеется осевое центральное отверстие, снабженное зубчатым венцом механизма (8) движения двойного ротора. Конструктивная детализация механизма (8) может быть различной, широко известна и в настоящей заявке не приведена. Крышки корпуса (3) - лицевая и (4) - дополнительная (тыльная) имеют плоские внутренние поверхности, которые обращены к двойному ротору и в собранном виде (заявленного двигателя) образуют минимальный зазор с торцевыми поверхностями двойного ротора. Крышка корпуса (3) на графических материалах имеет центральное осевое отверстие (цифровой позицией не обозначено), которое служит для опоры вала механизма (8) движения двойного ротора демонстрационного макета роторно-поршневого двигателя. В реальном роторно-поршневом двигателе данное центральное осевое отверстие будет содержать подшипник и снаружи герметизировано. Толщину плоской пластины (6) двойного ротора, состоящего из основного ротора (2) и дополнительного ротора (5) выбирают из значений прочностных характеристик материала двойного ротора, а также от его размеров и характеристик условий движения двойного ротора в самом двигателе. Чем тоньше плоская пластина (6), тем больше удельные объемы двух дополнительных рабочих полостей (II) и (III) двигателя в теле основного ротора (2), и, следовательно, выше эффективность работы заявленного роторно-поршневого двигателя. В конструкции заявленного устройства имеются расположенные на передней крышке (3) корпуса (1) три впускные окна подвода газообразной смеси ко всем рабочим полостям (I, II и III) двигателя, а также три выпускные окна отработанных газов соответственно от рабочих полостей (I, II и III) двигателя. К впускным окнам подсоединен коллектор (9) подвода газообразной смеси к рабочим полостям (I, II и III) двигателя, а к выпускным окнам подсоединен коллектор (10) отвода отработавших газов соответственно от рабочих полостей (I, II и III) двигателя. На фигурах 1, 2 и 3 свеча (11) электрического зажигания сжатой газообразной смеси (далее «свеча») в первой (I) рабочей полости расположена в резьбовом отверстии на радиальной поверхности корпуса (I), а свечи (12) и (13) соответственно рабочих полостей II и III двигателя расположены в резьбовых отверстиях передней крышке (3) корпуса (1).The main rotor (2) and the additional rotor (5) are fixedly (rigidly) connected to each other from the side of the additional cover (4) by a flat plate (6), while the main rotor (2), the additional rotor (5) and the flat plate (6 ) are one moving part - a double rotor, which can be made from three parts (2), (5), (6), or can be made from one solid workpiece (material), for example, by casting, and / or by turning milling machines. On the inside, on the cover (3), a stationary curly bushing (7) is fixed (rigidly) with external and internal two-beam epitrochoid surfaces, and with a flat end free surface, which, when assembled (of the claimed engine), forms a minimum gap with a flat plate (6 ) double rotor. With such a design, the claimed rotary piston engine contains two additional working cavities (II) and (III) of the engine in the body of the main rotor (2), namely, in its internal volume groove with an internal working three-beam surface of a hypotrochoid shape. The outer and inner two-beam epitrochoid surfaces of the fixed curly bushing (7) are made in response, respectively: the inner working three-beam surface of the main rotor of the hypotrochoid shape - forming the second working cavity (II) of the engine, and the outer surface of the additional triangular rotor - forming the third working cavity (III) of the engine . In the double rotor, namely in its additional rotor (5), there is an axial central hole provided with a ring gear of the mechanism (8) of the movement of the double rotor. Structural detailing of the mechanism (8) may be different, it is widely known and is not given in this application. Housing covers (3) - front and (4) - additional (rear) have flat inner surfaces that face the double rotor and when assembled (the claimed engine) form a minimum gap with the end surfaces of the double rotor. The housing cover (3) on the graphic materials has a central axial hole (not indicated by a numerical position), which serves to support the shaft of the mechanism (8) for the movement of the double rotor of the rotary piston engine demonstration model. In a real rotary piston engine, this central axial bore will contain a bearing and be sealed from the outside. The thickness of the flat plate (6) of the double rotor, consisting of the main rotor (2) and the additional rotor (5), is selected from the values of the strength characteristics of the material of the double rotor, as well as from its dimensions and the characteristics of the conditions of movement of the double rotor in the engine itself. The thinner the flat plate (6), the greater the specific volumes of the two additional working cavities (II) and (III) of the engine in the body of the main rotor (2), and, consequently, the higher the efficiency of the claimed rotary piston engine. In the design of the claimed device, there are located on the front cover (3) of the housing (1) three inlet windows for supplying a gaseous mixture to all working cavities (I, II and III) of the engine, as well as three outlet windows for exhaust gases, respectively, from working cavities (I, II and iii) engine. A collector (9) for supplying a gaseous mixture to the working cavities (I, II and III) of the engine is connected to the inlet windows, and a collector (10) for removing exhaust gases from the working cavities (I, II and III) of the engine, respectively, is connected to the outlet windows. In figures 1, 2 and 3, the candle (11) for electric ignition of a compressed gaseous mixture (hereinafter referred to as "candle") in the first (I) working cavity is located in a threaded hole on the radial surface of the housing (I), and candles (12) and (13) accordingly, the working cavities II and III of the engine are located in the threaded holes in the front cover (3) of the housing (1).
В формуле изобретения настоящего изобретения указано «… установочные места как минимум для трех свечей зажигания, … выполнены в крышке корпуса двигателя», что показано на фигурах 5 и 6 графических материалов, где на крышке (3) корпуса (1) двигателя находятся резьбовые отверстия (14), (15), (16) соответственно для сечей (II), (12), (13) рабочих полостей (I, II и III) двигателя. При этом, как вариант устройства, на фигурах 1, 2 и 3 свеча (11) зажигания первой (I) рабочей полости двигателя, находится на радиальной поверхности корпуса (1) макета роторно-поршневого двигателя. Также и окна подвода к первой (I) основной рабочей полости двигателя газообразной смеси и выпуска из него отходящих газов и системы зажигания, могут быть в конструктивных вариантах роторно-поршневого двигателя установлены на радиальной поверхности корпуса (1), что никак не влияет на рабочие процессы заявленного двигателя. Представленный на фигурах 1, 2 и 3 макет роторно-поршневого двигателя установлен на подставке (цифровой позицией не пронумерована), в которой находятся электрические схемы питания макета и его подсветки.The claims of the present invention indicate "... mounting locations for at least three spark plugs, ... are made in the cover of the engine housing", which is shown in figures 5 and 6 of the graphic materials, where there are threaded holes on the cover (3) of the engine housing (1) ( 14), (15), (16) respectively for sections (II), (12), (13) of working cavities (I, II and III) of the engine. At the same time, as a variant of the device, in figures 1, 2 and 3, the spark plug (11) of the first (I) working cavity of the engine is located on the radial surface of the housing (1) of the model of the rotary piston engine. Also, the windows for supplying the gaseous mixture to the first (I) main working cavity of the engine and for exhausting exhaust gases from it and the ignition system can be installed on the radial surface of the housing (1) in the design versions of the rotary piston engine, which does not affect the working processes in any way. declared engine. Presented in figures 1, 2 and 3, the layout of the rotary piston engine is installed on a stand (not numbered with a digital position), in which there are electric circuits for powering the layout and its illumination.
Окна подвода к двигателю газообразной (горючей) смеси (17), (18), (19), а также окна выпуска отходящих газов (20), (21), (22) соответственно к рабочим полостям (I, II и III) двигателя выполнены в крышке (3) корпуса (1) двигателя. К окнам (впускным) (17), (18), (19) подсоединен коллектор (9) подвода газообразной смеси к рабочим полостям (I, II и III) двигателя, а к окнам выпуска (20), (21), (22) подсоединен коллектор (10) отвода отработавших газов от рабочих полостей (I, II и III) двигателя.Windows for supplying gaseous (combustible) mixture to the engine (17), (18), (19), as well as exhaust gas outlet windows (20), (21), (22), respectively, to the working cavities (I, II and III) of the engine made in the cover (3) of the housing (1) of the engine. A manifold (9) for supplying the gaseous mixture to the working cavities (I, II and III) of the engine is connected to the windows (inlet) (17), (18), (19), and to the exhaust windows (20), (21), (22 ) the manifold (10) for removing exhaust gases from the working cavities (I, II and III) of the engine is connected.
Конструктивные решения роторно-поршневых двигателей и их способы работы широко известны, например, по книге Ротопоршневые двигатели. В.С. Бениович, Г.Д. Апазиди, А.М. Бойко, М., «Машиностроение», 1968, 151 с. - [11]. В книге также даны описание разнообразных конструкций и некоторые результаты испытаний роторно-поршневых двигателей (схемы Ванкеля), а также излагаются основы геометрического, кинематического и динамического расчета двигателей этого типа и приводятся рекомендации по выбору их параметров. Однако конструктивных решений, аналогичных заявленным техническим решениям в аналоге [11] нет.The design solutions of rotary piston engines and their methods of operation are widely known, for example, from the book Rotary Piston Engines. V.S. Beniovich, G.D. Apazidi, A.M. Boyko, M., "Engineering", 1968, 151 p. - [eleven]. The book also gives a description of various designs and some test results of rotary piston engines (Wankel schemes), as well as the basics of geometric, kinematic and dynamic calculation of engines of this type and provides recommendations for choosing their parameters. However, there are no constructive solutions similar to the declared technical solutions in analogue [11].
Работа роторно-поршневых двигателей заключается в том, что организуют цикловую подачу газообразной (горючей) смеси через впускные окна в корпус двигателя. Впускные окна по ходу движения двойного ротора перекрываются и подача рабочей смеси прекращается. Рабочий объем постепенно уменьшается, при этом поступившая в него газообразная смесь сжимается. В конце процесса сжатия срабатывает свеча (свечи) зажигания, происходит воспламенение сжатой рабочей смеси с последующим расширением отработанных газов и отводом полезной работы. Далее рабочий объем постепенно увеличиваются и в конце процесса горения - расширения открываются выпускные окна. Рабочий объем постепенно уменьшается и происходит удаление отработанных газов. Далее рабочий цикл повторяется.The operation of rotary piston engines is that they organize a cyclic supply of a gaseous (combustible) mixture through the inlet windows into the engine housing. The inlet windows in the direction of the double rotor are blocked and the supply of the working mixture is stopped. The working volume gradually decreases, while the gaseous mixture that enters it is compressed. At the end of the compression process, the spark plug(s) fires, the compressed working mixture is ignited, followed by expansion of the exhaust gases and removal of useful work. Further, the working volume is gradually increased and at the end of the combustion process - expansions, exhaust windows open. The working volume gradually decreases and exhaust gases are removed. Then the work cycle is repeated.
Способ работы заявленного роторно-поршневого двигателя заключается в том, что организуют цикловую подачу газообразной (горючей) смеси через коллектор (9) и впускные окна (17), (18), (19) в корпус (1) двигателя. Впускные окна (17), (18), (19) по ходу движения двойного ротора перекрываются и подача рабочих смесей прекращается. Рабочие объемы (I), (II) и (III) постепенно уменьшаются, при этом поступившая в них газообразная смесь сжимается. В конце процессов сжатия срабатывают свечи зажигания (11), (12), (13), происходит воспламенение газообразных смесей с последующим горением и расширением. Газообразная смесь в рабочих объемах (I), (II) и (III) сгорает с отводом полезной работы при ее расширении при помощи механизма движения (8) двойного ротора и производят выпуск отходящих газов через выпускные окна (20), (21), (22) и выпускной коллектор (10). Дополнительно при работе заявленного роторно-поршневого двигателя организуют цикловую подачу газообразной смси в двигатель, раздельно к трем рабочим полостям двигателя: первой (I), второй (II) и третьей (III), находящихся в корпусе (1) и производят при вращении двойного ротора одновременное воспламенение газообразной смеси в рабочих полостях первой (I) и третьей (III), и после дальнейшего движения основного (2) и дополнительных роторов (5) - (двойного ротора) производят воспламенение газообразной смеси во второй (II) рабочей полости, далее организуют цикловой раздельный выпуск отходящих газов от трех рабочих полостей двигателя,The method of operation of the claimed rotary piston engine consists in organizing a cyclic supply of a gaseous (combustible) mixture through the manifold (9) and inlet windows (17), (18), (19) into the engine housing (1). The inlet windows (17), (18), (19) are blocked in the direction of the double rotor and the supply of working mixtures is stopped. The working volumes (I), (II) and (III) gradually decrease, while the gaseous mixture that has entered them is compressed. At the end of the compression processes, the spark plugs (11), (12), (13) are fired, the gaseous mixtures are ignited, followed by combustion and expansion. The gaseous mixture in the working volumes (I), (II) and (III) burns out with the removal of useful work when it is expanded using the movement mechanism (8) of the double rotor and the exhaust gases are released through the outlet windows (20), (21), ( 22) and exhaust manifold (10). Additionally, during the operation of the claimed rotary piston engine, a cyclic supply of gaseous mixtures to the engine is organized, separately to the three working cavities of the engine: the first (I), the second (II) and the third (III), located in the housing (1) and is produced during the rotation of the double rotor simultaneous ignition of the gaseous mixture in the working cavities of the first (I) and third (III), and after further movement of the main (2) and additional rotors (5) - (double rotor), the gaseous mixture is ignited in the second (II) working cavity, then they organize cyclic separate release of exhaust gases from three working cavities of the engine,
при этом осуществляют отбор механической энергии от сгораемой газообразной смеси:at the same time, mechanical energy is taken from the combustible gaseous mixture:
- в первой (I) рабочей полости при помощи движущейся внешней поверхности основного ротора (2) треугольной формы;- in the first (I) working cavity with the help of a moving outer surface of the main rotor (2) of a triangular shape;
- во второй (II) рабочей полости при помощи движущейся внутренней поверхности основного ротора (2) - движущейся его внутренней поверхностью объемной трехлучевой выточки гипотрохоидной формы (основного ротора (20));- in the second (II) working cavity with the help of the moving inner surface of the main rotor (2) - its moving inner surface of the three-beam undercut of the hypotrochoid shape (the main rotor (20));
- в третьей (III) рабочей полости при помощи при помощи движущейся внешней поверхности дополнительного ротора (5) треугольной формы.- in the third (III) working cavity with the help of an additional triangular rotor (5) by means of a moving outer surface.
Далее рабочие циклы заявленного роторно-поршневого двигателя повторяются.Further, the operating cycles of the claimed rotary piston engine are repeated.
На фигурах 10а), 10б), 10в), и 10г) вершины основного ротора (2) треугольной формы обозначены A1, B1 и C1, а вершины дополнительного ротора (5) треугольной формы обозначены соответственно А2, В2 и C2, что позволяет повысить восприятие последовательного движения (по часовой стрелке) двойного ротора в корпусе двигателя и процессы изменения объема его трех рабочих полостей.In figures 10a), 10b), 10c), and 10d) the tops of the main rotor (2) of a triangular shape are designated A 1 , B 1 and C 1 , and the tops of the additional rotor (5) of a triangular shape are respectively A 2 , B 2 and C 2 , which makes it possible to increase the perception of the sequential movement (clockwise) of the double rotor in the engine housing and the processes of changing the volume of its three working cavities.
Рабочий контур гипотрохоидной формы внутренней объемной выточке основного ротор (2) треугольной формы представлен на фигуре 11. Рабочий контур гипотрохоидной формы содержит: А, В, С - вершины рабочего контура; О - центр малой окружности; d - центр большой окружности; r - радиус малой окружности; R - радиус большой окружности; (х, у) - неподвижная система координат; (х1, y1) - плавающая система координат.The working contour of the hypotrochoid form of the internal volumetric recess of the main rotor (2) of the triangular shape is shown in figure 11. The working contour of the hypotrochoid form contains: A, B, C - tops of the working contour; About - the center of a small circle; d - the center of a large circle; r is the radius of the small circle; R is the radius of the great circle; (x, y) - fixed coordinate system; (x 1 , y 1 ) - floating coordinate system.
Координаты точек рабочего контура гипотрохоидной формы по оси X определяются по формуле:The coordinates of the points of the working contour of the hypotrochoid form along the X axis are determined by the formula:
где: с - параметр формы; n - число вершин, n=4; Ф - угол построения координат, град; R - радиус большой окружности.where: с - form parameter; n - number of vertices, n=4; Ф - angle of construction of coordinates, deg; R is the radius of the great circle.
Координаты точек рабочего контура гипотрохоидной формы по оси Y определяются по формуле:The coordinates of the points of the working contour of the hypotrochoid shape along the Y axis are determined by the formula:
Двойной ротор состоит из основного ротора треугольной формы с вершинами A1, В1, C1 и дополнительного ротора треугольной формы с вершинами А2, В2, С2.The double rotor consists of a main triangular rotor with vertices A 1 , B 1 , C 1 and an additional triangular shaped rotor with vertices A 2 , B 2 , C 2 .
Рабочий контур треугольной формы представлен на фигуре 12. Рабочий контур треугольной формы содержит: А, В, С - вершины рабочего контура, O1 - центр большой окружности; R - радиус большой окружности; O1A - производящий радиус; Ф - угол построения координат; (х, у) - неподвижная система координат.The working contour of a triangular shape is shown in figure 12. The working contour of a triangular shape contains: A, B, C - vertices of the working contour, O 1 - the center of a large circle; R is the radius of the great circle; O 1 A - generating radius; Ф - angle of construction of coordinates; (x, y) - fixed coordinate system.
Координаты точек рабочего контура треугольной формы по оси X определяются по формуле:The coordinates of the points of the working contour of a triangular shape along the X axis are determined by the formula:
Координаты точек рабочего контура треугольной формы по оси Y определяются по формуле:The coordinates of the points of the working contour of a triangular shape along the Y axis are determined by the formula:
где: с - параметр формы; n - число вершин, (n=3); Ф - угол построения координат, град; R - радиус большой окружности.where: с - form parameter; n - number of vertices, (n=3); Ф - angle of construction of coordinates, deg; R is the radius of the great circle.
В объемной внутренней выточке основного ротор (2) между рабочим контуром гипотрохоидной формы и дополнительным ротором (5) треугольной формы находится неподвижная фигурная втулка (7), образующая внутренний рабочий контур эпитрохоидной формы.In the volumetric inner groove of the main rotor (2) between the working contour of the hypotrochoid shape and the additional rotor (5) of the triangular shape there is a fixed curly bushing (7), which forms the inner working contour of the epitrochoid shape.
Рабочий контур эпитрохоидной формы представлен на фигуре 13. Рабочий контур эпитрохоидной формы содержит: А - вершина рабочего контура; О - центр малой окружности; O1 - центр большой окружности; r - радиус малой окружности; R - радиус большой окружности; (х, у) - неподвижная система координат; (х1, у1) - плавающая система координат; OO1 - эксцентриситет.The working contour of the epitrochoid form is shown in figure 13. The working contour of the epitrochoid form contains: A - the top of the working contour; About - the center of a small circle; O 1 - the center of a large circle; r is the radius of the small circle; R is the radius of the great circle; (x, y) - fixed coordinate system; (x 1 , y 1 ) - floating coordinate system; OO 1 - eccentricity.
Координаты точек рабочего контура эпитрохоидной формы по оси X и Y определяются по формулам (1) и (2), где: n - число вершин, n=3.The coordinates of the points of the working contour of the epitrochoid shape along the X and Y axes are determined by the formulas (1) and (2), where: n is the number of vertices, n=3.
Комбинация рабочих контуров треугольной, эпитрохоидной и гипотрохоидной формы образует три независимых рабочих секции, в которых размещаются по три рабочие полости (I), (II) и (III).The combination of triangular, epitrochoid and hypotrochoid working contours forms three independent working sections, in which three working cavities (I), (II) and (III) are placed.
Комбинация рабочих контуров треугольной, эпитрохоидной и гипотрохоидной формы представлена на фигуре 14. Комбинация рабочих контуров треугольной, эпитрохоидной и гипотрохоидной формы содержит: А, В, С - вершины рабочего контура; О - центр малой окружности; O1 - центр большой окружности; r - радиус малой окружности; R - радиус большой окружности; (х, у) - неподвижная система координат; (х1, у1) - плавающая система координат; Ф - угол построения координат, град.The combination of triangular, epitrochoid and hypotrochoid working contours is shown in figure 14. The combination of triangular, epitrochoid and hypotrochoid working contours contains: A, B, C - working contour vertices; About - the center of a small circle; O 1 - the center of a large circle; r is the radius of the small circle; R is the radius of the great circle; (x, y) - fixed coordinate system; (x 1 , y 1 ) - floating coordinate system; Ф - angle of construction of coordinates, deg.
Удельная мощность Ne заявленного роторно-поршневого двигателя определяется по формуле:Specific power N e of the claimed rotary piston engine is determined by the formula:
где ε - степень сжатия; ηн - коэффициент наполнения рабочей камеры; ρв - плотность воздуха; α - коэффициент избытка воздуха; 
Рабочий объем Vn роторно-поршневого двигателя определяется по формуле:The working volume V n of a rotary piston engine is determined by the formula:
где: V1 - объем рабочей полости (I) двигателя, см3; V2 - объем рабочей полости (II) двигателя, см3; V3 - объем рабочей полости (III) двигателя, см3. Пример. Рабочий объем Vn роторно-поршневого двигателя составляет:where: V 1 - the volume of the working cavity (I) of the engine, cm 3 ; V 2 - the volume of the working cavity (II) of the engine, cm 3 ; V 3 - the volume of the working cavity (III) of the engine, cm 3 . Example. The working volume V n of the rotary piston engine is:
Vn=0,00290+0,000437+0,000422=0,003759, см3 V n \u003d 0.00290 + 0.000437 + 0.000422 \u003d 0.003759, cm 3
Удельная мощность роторно-поршневого двигателя Ne 3 составляет:The specific power of the rotary piston engine N e 3 is:
Полезный прирост удельной мощности Δ роторно-поршневого двигателя определяется по формуле:The useful increase in specific power Δ of a rotary piston engine is determined by the formula:
где Ne 1 - удельная мощность роторно-поршневого двигателя с одной рабочей секцией.where N e 1 is the specific power of a rotary piston engine with one working section.
Полезный прирост удельной мощности Δ роторно-поршневого двигателя составляет:The useful increase in specific power Δ of a rotary piston engine is:
Заявленный роторно-поршневой двигатель позволяет увеличить удельную мощность на 30% путем комбинации рабочих контуров треугольной, эпитрохоидной и гипотрохоидной формы.The claimed rotary piston engine makes it possible to increase the specific power by 30% by combining triangular, epitrochoid and hypotrochoid working circuits.
Таким образом, заявленные роторно-поршневой двигатель и способ его работы в совокупности ограничительных и отличительных признаков пунктов формулы изобретения, с увеличенной удельной мощностью, достигаемой путем конструктивного решения, а именно использованием двойного ротора являются новыми для роторно-поршневых двигателей, и, следовательно, соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed rotary piston engine and the method of its operation, in the aggregate of restrictive and distinctive features of the claims, with increased power density achieved by a constructive solution, namely the use of a double rotor, are new for rotary piston engines, and, therefore, corresponds to criterion "novelty".
Совокупность признаков пунктов формулы изобретения заявленных технических решений, в частности выполнение в одном корпусе, а именно в его роторе треугольной формы внутренней объемной выточки для создания двух дополнительных рабочих полостей не известны ранее и данные технические решения не следуют из общеизвестных правил конструирования роторно-поршневых двигателей (Ванкеля), что доказывает соответствие критерию «изобретательский уровень».The set of features of the claims of the claimed technical solutions, in particular, the implementation in one housing, namely in its rotor of a triangular shape of an internal volumetric recess to create two additional working cavities, is not previously known and these technical solutions do not follow from the well-known rules for the design of rotary piston engines ( Wankel), which proves compliance with the criterion of "inventive step".
Конструктивная реализация заявляемых технических решений с приведенной в материалах заявки совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленная применимость».The constructive implementation of the proposed technical solutions with the set of features given in the application materials does not present any structural, technical and technological difficulties, which implies compliance with the criterion of "industrial applicability".
ЛитератураLiterature
1. Патент США: US 2988008 (А) от 13.06.1961, МПК F02B 53/00, F02B 75/02, «Rotary piston machines)), автор Felix Wankel - прототип.1. US patent: US 2988008 (A) dated 06/13/1961, IPC F02B 53/00, F02B 75/02, "Rotary piston machines)), author Felix Wankel - prototype.
2. Патент США: US 4019471 (А) от 26.04.1977, МПК F02B 53/10, F02B 75/12, «Fuel injection type rotary piston engines)).2. US patent: US 4019471 (A) dated 04/26/1977, IPC F02B 53/10, F02B 75/12, “Fuel injection type rotary piston engines)).
3. Патент США: US 4047856 (А) от 13.09.1977, МПК F01C 1/22, F01C 19/12, F01C 21/18, «Fuel injection type rotary piston engines)).3. US patent: US 4047856 (A) dated 09/13/1977,
4. Авторское свидетельство СССР: SU 1097815 A1 от 15.06.1984, МПК F02B 55/10, «Способ работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания».4. USSR author's certificate: SU 1097815 A1 dated 06/15/1984, IPC F02B 55/10, "Method of operation of a rotary piston internal combustion engine."
5. Патент РФ: RU 2546933 С1 от 10.04.2015, МПК F02B 53/10, «Способ работы роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания».5. RF patent: RU 2546933 C1 dated 04/10/2015, IPC F02B 53/10, "Method of operation of a rotary piston internal combustion engine".
6. Патент РФ: RU 2609027 С2 от 30.01.2017, F01C 1/22, F01C19/00, «Циклоидный роторный двигатель (Варианты)», автор Школьник Александр С. (US).6. RF patent: RU 2609027 C2 dated 01/30/2017,
7. Патент РФ: RU 2386046 С2 от 10.04.2010, F02B 55/02, F01C 1/00, F01C 17/06, «Роторно-поршневой трехтактный двигатель внутреннего».7. RF patent: RU 2386046 C2 dated 04/10/2010, F02B 55/02,
8. Патент РФ: RU 2418180 С1 от 10.05.2011, F02B 55/02, F01C1/22, F01C 17/06, F16C 3/18, «Роторный двигатель и эксцентриковый вал».8. RF patent: RU 2418180 C1 dated 05/10/2011, F02B 55/02, F01C1/22,
9. Патент РФ: RU 2556838 С1 от 20.07.2015, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/06, «Двигатель внутреннего сгорания».9. RF patent: RU 2556838 C1 dated 07/20/2015, F02B 55/02,
10. Патент РФ: RU 2634457 С2 от 30.10.2017, F02B 55/02, F01C 1/22, F01C 17/06, «Двигатель внутреннего сгорания».10. RF patent: RU 2634457 C2 dated 10/30/2017, F02B 55/02,
11. Книга: Ротопоршневые двигатели. B.C. Бениович, Г.Д. Апазиди, A.M. Бойко, М., «Машиностроение», 1968, 151 с.11. Book: Rotary piston engines. B.C. Beniovich, G.D. Apazidi, A.M. Boyko, M., "Engineering", 1968, 151 p.
Claims (15)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781726C1 true RU2781726C1 (en) | 2022-10-17 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1968113A (en) * | 1930-08-02 | 1934-07-31 | Comstock & Wescott | Rotary engine or the like |
| DE633784C (en) * | 1935-03-21 | 1936-08-06 | Rene Joseph Louis Moineau | Device that can be used as a pump, motor or transmission element or the like |
| FR2719874A1 (en) * | 1994-05-10 | 1995-11-17 | Flamme Jean M | Volumetric fluid gear pump |
| RU2140018C1 (en) * | 1998-05-13 | 1999-10-20 | Бродов Михаил Ефимович | Method of conversion of motion in positive-displacement machine and positive-displacement machine for realization of this method |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1968113A (en) * | 1930-08-02 | 1934-07-31 | Comstock & Wescott | Rotary engine or the like |
| DE633784C (en) * | 1935-03-21 | 1936-08-06 | Rene Joseph Louis Moineau | Device that can be used as a pump, motor or transmission element or the like |
| FR2719874A1 (en) * | 1994-05-10 | 1995-11-17 | Flamme Jean M | Volumetric fluid gear pump |
| RU2140018C1 (en) * | 1998-05-13 | 1999-10-20 | Бродов Михаил Ефимович | Method of conversion of motion in positive-displacement machine and positive-displacement machine for realization of this method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3693601A (en) | Rotary engine | |
| US4971002A (en) | Rotary internal combustion engine | |
| US3699929A (en) | Rotary combustion engine | |
| US4702206A (en) | Rotary positive displacement machine | |
| US3902465A (en) | Rotary engine | |
| US3621820A (en) | Rotary internal combustion engine | |
| US3799706A (en) | Rotor assembly for a rotary machine | |
| RU2781726C1 (en) | Rotary piston engine and method of its operation | |
| US10920589B2 (en) | Six-stroke rotary-vane internal combustion engine | |
| US2812748A (en) | Rotary internal combustion engine | |
| US3823694A (en) | Rotary piston engine having alternately used external combustion chambers | |
| US3877442A (en) | 4-Stroke displacement gas turbine engine or pump | |
| US3877852A (en) | Rotary engine drain pump arrangement | |
| US20040255898A1 (en) | Tri-vane rotary engine | |
| JPH1068301A (en) | Vane rotation type volume changing device and internal combustion engine using the device | |
| US4658779A (en) | Internal combustion engine of three rotation piston | |
| RU2753705C2 (en) | Rotary-piston internal combustion engine | |
| US3751193A (en) | Rotary engine with intermeshed disks incorporating adjustable gear structure | |
| US20200123901A1 (en) | Six-stroke rotary-vane internal combustion engine | |
| RU2158830C2 (en) | Internal combustion engine | |
| JPH03151523A (en) | Rotary machine | |
| CN100572772C (en) | Circular arc tooth cycloid rotor engine | |
| RU2539412C1 (en) | Rotary two-chamber internal combustion engine | |
| US11066986B2 (en) | Internal combustion engine | |
| US3784337A (en) | Oil seal arrangement for rotary engine |