RU2823078C1

RU2823078C1 - Device for inlet of fuel and air into combustion chamber of rotary vane internal combustion engine

Info

Publication number: RU2823078C1
Application number: RU2022112159A
Authority: RU
Inventors: Руслан Тимихович Бекоев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РОСПУСКОНАЛАДКА"
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2024-07-18

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to engine building. Fuel and air inlet device to combustion chamber of rotary vane internal combustion engine includes fuel mixture combustion chamber (6), fuel mixture compression area (4) formed between side part of compressor rotor blade (3), drive rotor blade (2) end part and internal combustion engine power module housing (1), fuel injector (7), ignition plug (8) and ignition coil (14). Device is made in the form of a self-contained module fixed on housing (1) of the power module by means of a threaded connection and is additionally equipped with an inlet check valve (9). Fuel is fed directly into combustion chamber (6) by means of fuel injector (7) by means of high-pressure pump (10) operating under action of force acting on the side of driven rotating eccentric (11).

EFFECT: increased efficiency of ICE operation due to increased efficiency of fuel mixture combustion.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для впуска топлива и воздуха в камеру сгорания преимущественно в роторно-лопастных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to engine building and can be used for injecting fuel and air into the combustion chamber mainly in rotary-blade internal combustion engines (ICE).

Известно устройство для впуска топлива и воздуха в камеру сгорания, принятое в качестве прототипа, включающее камеру сжатия топлива, образующуюся между боковой частью лопасти компрессорного ротора, торцевой частью лопасти ведущего ротора и корпусом силового модуля двигателя внутреннего сгорания, камеру сгорания, топливную форсунку и свечу зажигания, (см. описание патента US 2674982 (А), МПК F01C 3/02, 13.04.1954).A device is known for injecting fuel and air into the combustion chamber, adopted as a prototype, including a fuel compression chamber formed between the side part of the compressor rotor blade, the end part of the drive rotor blade and the housing of the power module of the internal combustion engine, a combustion chamber, a fuel injector and a spark plug , (see description of patent US 2674982 (A), IPC F01C 3/02, 04/13/1954).

Известное устройство имеет два типа роторов - ведущий и компрессорный, на которые установлены соответствующие лопасти, вращающиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом лопасти разных роторов поочередно являются газовыми затворами по отношению друг к другу и с возможностью поочередного образования камер сжатия и область сгорания топливной смеси.The known device has two types of rotors - drive and compressor, on which corresponding blades are installed, rotating in mutually perpendicular planes. In this case, the blades of different rotors alternately act as gas valves in relation to each other and with the possibility of alternately forming compression chambers and a combustion area of the fuel mixture.

Воздух в камеру сгорания поступает в виде готовой топливной смеси, сжимаясь, при этом, посредством компрессорного ротора в его области и далее, после зажигания топливная смесь, в виде сгораемых газов, расширяется (рабочий ход) в области ведущего ротора. Таким образом, в обоих случаях процесс сжатия и рабочий ход происходит физически в разных объемах (пространствах) в отличие от классических ДВС.Air enters the combustion chamber in the form of a finished fuel mixture, being compressed by means of a compressor rotor in its area and then, after ignition, the fuel mixture, in the form of combustible gases, expands (power stroke) in the area of the drive rotor. Thus, in both cases, the compression process and the working stroke occur physically in different volumes (spaces), in contrast to classical internal combustion engines.

Недостатком известного устройства является то, что поступающее в ДВС топливо перемешивается с воздухом еще на стадии впуска воздуха в пространство между лопастями, после чего поступает в камеру сгорания уже в виде топливной смеси, которая не имеет возможности сжиматься без детонационного эффекта в пространстве, которое не имеет ограничения со стороны торцевой (рабочей) поверхности лопасти ведущего ротора. Поэтому когда топливная смесь, сжатая до детонационного значения давления, будет поступать в пространство, которое ограничивается торцевой (рабочей) поверхностью лопасти ведущего ротора, ее давление и температура будет резко падать, и зажигание будет происходить при низком давлении, что понижает эффективность сгорания топливной смеси. При этом камера сгорания должна иметь относительно больший объем, поскольку при равном количестве и равной температуре воздуха, объем больше там, где давление меньше, вследствие чего в большем объеме будет оставаться большее количество отработанных газов после процесса рабочего хода.The disadvantage of the known device is that the fuel entering the internal combustion engine is mixed with air at the stage of air inlet into the space between the blades, after which it enters the combustion chamber in the form of a fuel mixture, which cannot be compressed without detonation in a space that does not have restrictions from the end (working) surface of the main rotor blade. Therefore, when the fuel mixture, compressed to the detonation pressure value, enters the space limited by the end (working) surface of the driving rotor blade, its pressure and temperature will drop sharply, and ignition will occur at low pressure, which reduces the combustion efficiency of the fuel mixture. In this case, the combustion chamber must have a relatively larger volume, since with an equal amount and equal air temperature, the volume is larger where the pressure is lower, as a result of which a larger amount of exhaust gases will remain in a larger volume after the power stroke process.

Другим недостатком известного устройства является то, что при данной схеме работы машины, лопасти, вращающиеся в перпендикулярных плоскостях, должны иметь хорошую герметичность в месте их контакта, иначе сжимаемое газообразное рабочее тело, воздух или топливная смесь, будет покидать сжимаемую область (объем) через место контакта.Another disadvantage of the known device is that with this scheme of operation of the machine, the blades rotating in perpendicular planes must have good tightness at the point of their contact, otherwise the compressed gaseous working fluid, air or fuel mixture, will leave the compressed area (volume) through the place contact.

Обеспечить хорошую герметичность в месте контакта очень сложно и до настоящего времени на практике не предложен эффективный способ обеспечения соответствующей герметичности. Следовательно, если через место контакта будет выходить топливная смесь, то будет иметь место потеря топлива, что значительно повлияет на экономичность и мощность ДВС.It is very difficult to ensure good tightness at the contact point, and so far no effective method has been proposed in practice to ensure adequate tightness. Consequently, if the fuel mixture escapes through the contact point, there will be a loss of fuel, which will significantly affect the efficiency and power of the internal combustion engine.

Потеря воздуха теоретически не значительна и не влияет на эффективность работы ДВС.The loss of air is theoretically not significant and does not affect the efficiency of the internal combustion engine.

Еще одним недостатком известного устройства является то, что после процесса рабочего хода отработанные газы, находящиеся под избыточным давлением, поступают в область, откуда в камеру сгорания поступает свежая порция воздуха, то есть из области компрессорного ротора. При этом свежая порция воздуха перемешивается с уже сгоревшими газами, образуя при этом не качественную топливную смесь.Another disadvantage of the known device is that after the working stroke process, the exhaust gases, which are under excess pressure, enter the area from where a fresh portion of air enters the combustion chamber, that is, from the area of the compressor rotor. In this case, a fresh portion of air is mixed with already burned gases, forming a poor-quality fuel mixture.

Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД работы ДВС за счет повышения эффективности сгорания топливной смеси. Повышение эффективности обеспечивается тем, что воздух и топливо поступают в камеру сгорания отдельно и смешиваются уже в камере сгорания, и, следовательно, через место контактов лопастей будет выходить чистый воздух без топлива, поскольку его (топлива) в сжимаемом воздухе еще нет. Так же на повышение эффективности влияет наличия обратного клапана препятствующего поступления сгоревших газов в область сжатия, поскольку воздух и топливо поступают в камеру сгорания отдельно и смешиваются уже в камере сгорания.The technical task and result of the proposed invention is to increase the efficiency of the internal combustion engine by increasing the combustion efficiency of the fuel mixture. The increase in efficiency is ensured by the fact that air and fuel enter the combustion chamber separately and are mixed already in the combustion chamber, and, therefore, clean air without fuel will come out through the blade contacts, since there is no fuel in the compressed air yet. Also, increasing efficiency is influenced by the presence of a check valve that prevents the flow of burnt gases into the compression area, since air and fuel enter the combustion chamber separately and are mixed in the combustion chamber.

Технический результат достигается тем, что устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания включает камеру сгорания топливной смеси, область сжатия воздуха, причем область сжатия воздуха образована между боковой частью лопасти компрессорного ротора, торцевой частью лопасти ведущего ротора и корпусом силового модуля двигателя внутреннего сгорания, топливный инжектор-форсунку, свечу зажигания и катушку зажигания, при этом устройство выполнено в виде автономного модуля, закрепленного на корпусе силового модуля посредством резьбового соединения и дополнительно оснащено впускным обратным клапаном, причем топливо поступает непосредственно в камеру сгорания при помощи топливного инжектора с помощью насоса высокого давления, работающего под действием силы, действующей со стороны приводного вращающегося эксцентрика.The technical result is achieved in that the device for injecting fuel and air into the combustion chamber of a rotary-blade internal combustion engine includes a combustion chamber of the fuel mixture, an air compression area, and the air compression area is formed between the side part of the compressor rotor blade, the end part of the drive rotor blade and the power housing internal combustion engine module, a fuel injector nozzle, a spark plug and an ignition coil, wherein the device is made in the form of an autonomous module mounted on the power module body by means of a threaded connection and is additionally equipped with an inlet check valve, and the fuel enters directly into the combustion chamber using a fuel valve injector using a high-pressure pump operating under the force exerted by a rotating eccentric drive.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически показано устройство впрыскивания топлива.The invention is illustrated by a drawing, which schematically shows a fuel injection device.

Внутри корпуса 1 силового модуля ДВС, содержащего впускные отверстия для входа воздуха из атмосферы, установлены рабочие и компрессорные роторы, на которых закреплены лопасти 2 ведущего ротора и лопасти 3 компрессорного ротора (впускные отверстия, ведущий и компрессорный роторы на чертеже не показаны). Между боковой частью лопасти 2 ведущего ротора, торцевой частью лопасти 3 компрессорного ротора и корпусом 1 силового модуля ДВС образуется область сжатия 4. На корпусе силового модуля 1 установлено устройство впрыска 5, представляющая собой автономный модуль закрепленное посредством резьбового соединения (резьбовое соединение на чертеже не показано), внутри которого расположена камера сгорания 6.Inside the housing 1 of the internal combustion engine power module, containing inlet openings for the entry of air from the atmosphere, working and compressor rotors are installed, on which the blades 2 of the driving rotor and the blades 3 of the compressor rotor are fixed (the inlet openings, the driving and compressor rotors are not shown in the drawing). A compression area 4 is formed between the side part of the drive rotor blade 2, the end part of the compressor rotor blade 3 and the housing 1 of the internal combustion engine power module. An injection device 5 is installed on the power module housing 1, which is an autonomous module secured by a threaded connection (the threaded connection is not shown in the drawing ), inside which the combustion chamber 6 is located.

Устройство впрыска 5 содержит топливную форсунку 7 и свечу 8 зажигания. Так же в корпусе устройства впрыска 5 установлен впускной обратный клапан 9.The injection device 5 contains a fuel injector 7 and a spark plug 8. An inlet check valve 9 is also installed in the body of the injection device 5.

Топливо в топливный форсунка 7, под большим давлением поступает посредством насоса высокого давления 10. Насос высокого давления 10 работает под действием силы, действующей со стороны приводного вращающегося эксцентрика 11, скорость вращения которого находится в прямой зависимости от скорости вращения лопасти 2 ведущего ротора (привод эксцентрика на чертеже не показан). В насос высокого давления топливо поступает при помощи насоса низкого давления 12, который в свою очередь питается из топливного бака 13. Свеча зажигания 8 активируется посредством катушки зажигания 14 и контролируется центральным компьютером 15.Fuel is supplied to the fuel injector 7 under high pressure by means of a high-pressure pump 10. The high-pressure pump 10 operates under the influence of the force acting from the driving rotating eccentric 11, the rotation speed of which is directly dependent on the rotation speed of the blade 2 of the drive rotor (eccentric drive not shown in the drawing). The high pressure pump is supplied with fuel by the low pressure pump 12, which in turn is fed from the fuel tank 13. The spark plug 8 is activated by the ignition coil 14 and controlled by the central computer 15.

Устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.The device for injecting fuel and air into the combustion chamber of a rotary-blade internal combustion engine operates as follows.

Ведущий ротор приводят в движение электрическим стартером, одновременно приводя в движение компрессорный ротор.The drive rotor is driven by an electric starter, simultaneously driving the compressor rotor.

Скорость вращения лопасти 3 компрессорного ротора прямо пропорциональна скорости вращения лопасти 2 ведущего ротора в соотношении 1:2 (1/2).The rotation speed of the blade 3 of the compressor rotor is directly proportional to the rotation speed of the blade 2 of the drive rotor in the ratio 1:2 (1/2).

При вращении компрессорного ротора, в пространство между лопастями 2 и 3, через впускные отверстия поступает воздух из атмосферы (впускные отверстия на чертеже не показаны). Затем воздух перемещается в область сжатия 4, образующуюся между боковой частью лопасти 2 ведущего ротора, торцевой частью лопасти 3 компрессорного ротора и корпусом 1 силового модуля ДВС.When the compressor rotor rotates, air from the atmosphere enters the space between blades 2 and 3 through the inlet holes (the inlet holes are not shown in the drawing). Then the air moves into the compression area 4, formed between the side part of the drive rotor blade 2, the end part of the compressor rotor blade 3 and the housing 1 of the internal combustion engine power module.

При дальнейшем перемещении лопасти 3 компрессорного ротора, область сжатия 4 уменьшается, вследствие чего воздух сжимается, поскольку его перемещение из области сжатия ограничено лопастями 2 и корпусом 1 ДВС. Также его перемещение ограничивает впускной обратный клапан 9. После того как давление в область сжатия 4 достигнет заданной величины, впускной обратный клапан 9 откроется и позволит сжатому воздуху переместится в камеру сгорания 6. После того как весь воздух из область сжатия 4 переместится в камеру сгорания 6, впускной обратный клапан 9 закроется.With further movement of the blade 3 of the compressor rotor, the compression area 4 decreases, as a result of which the air is compressed, since its movement from the compression area is limited by the blades 2 and the housing 1 of the internal combustion engine. Also, its movement is limited by the inlet check valve 9. After the pressure in the compression area 4 reaches a predetermined value, the inlet check valve 9 will open and allow the compressed air to move into the combustion chamber 6. After all the air from the compression area 4 moves into the combustion chamber 6 , the inlet check valve 9 will close.

Во время перемещения воздуха из области сжатия 4, в камеру сгорания 6 производится впрыск топлива посредством топливной форсунки 7. Момент времени, и продолжительность впрыска контролируется центральным компьютером 15.While air moves from the compression area 4, fuel is injected into the combustion chamber 6 through the fuel injector 7. The timing and duration of the injection are controlled by a central computer 15.

После того как закроется впускной обратный клапан 9 и лопасть ведущего ротора 2 переместится на определенный (заданный) угол в направлении вращения ведущего ротора, сработает свеча зажигания 8, контролируемая (управляемая) центральным компьютером 15.After the inlet check valve 9 closes and the blade of the driving rotor 2 moves to a certain (set) angle in the direction of rotation of the driving rotor, the spark plug 8, controlled (controlled) by the central computer 15, will fire.

В результате подачи топлива и воздуха в камеру сгорания 6, в ней образуется топливная смесь. Искра от свечи 8 зажигания воспламеняет топливную смесь в результате чего в камере сгорания 6 резко повышается температура и давление газов, образованных в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Сила давления газов действуют на тыльную сторону лопасти 2 ведущего ротора, создавая при этом крутящий момент относительно оси вращения ведущего ротора и приводя его во вращательное движение.As a result of the supply of fuel and air to the combustion chamber 6, a fuel mixture is formed in it. A spark from the spark plug 8 ignites the fuel mixture, resulting in a sharp increase in the temperature and pressure of the gases formed as a result of the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber 6. The gas pressure force acts on the back side of the blade 2 of the drive rotor, creating a torque relative to the axis of rotation of the drive rotor and causing it to rotate.

Claims

A device for injecting fuel and air into the combustion chamber of a rotary-blade internal combustion engine, including a combustion chamber of the fuel mixture, an air compression area, wherein the air compression area is formed between the side part of the compressor rotor blade, the end part of the drive rotor blade and the housing of the power module of the internal combustion engine, fuel injector nozzle, spark plug and ignition coil, characterized in that it is made in the form of an autonomous module mounted on the power module body by means of a threaded connection, and is additionally equipped with an inlet check valve, and the fuel enters directly into the combustion chamber using a fuel injector with using a high-pressure pump operating under the force exerted by a driving rotating eccentric.