RU2013595C1

RU2013595C1 - Rotary internal combustion engine

Info

Publication number: RU2013595C1
Application number: SU904896557A
Authority: RU
Inventors: Константин Прокопьевич Федотов
Original assignee: Константин Прокопьевич Федотов
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: rotor has sector closed spaces partially filled with metal sodium and side disks rigidly secured to a rotor. The side disks have diameter which exceeds the diameter of the rotor, are mounted for sliding along a case and have shafts and cylindric eccentrically shifted projections. The disks are received within grooves of the case and mated with them to provide rotation and rocking and periodic overlapping of outlet valves positioned in covers of the case. The rotor is provided with shafts set in bearings within holes eccentrically positioned on freewheels. The freewheels are provided with straight outlet passages passing through the side covers of the case and set in bearings within the covers. A mechanism for synchronizing rotor motion is made of fixed projections eccentrically arranged on the side disks. These cylindrical projections are positioned within the straight grooves of the case provided in the case covers and mated with them. The grooves provided in the rotor are dummy and mated with pivots of blades made of two hollow segments interconnected via connecting plate- spring. Spaces of the segments are partially filled with metal sodium. Spring-loaded sealing planks are received in the dummy groove. Double sided blades are positioned in the dummy grooves of the rotor between the segments to provide double-direction motion and rocking and have arresters made of spring-loaded planks mounted in the grooves. The ends of the blades are provided with wedge- shaped recesses mated with the arresters. Each combustion chamber is spherical and provided with a nozzle. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства как силовой агрегат. The invention relates to engine building and can be used in any sector of the national economy as a power unit.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускным и выпускными каналами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения, ротор, лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и механизм синхронизации движения [1] . Причем ротор размещен в полости корпуса эксцентрично ее оси. Known rotary internal combustion engine containing a housing with a cylindrical cavity, inlet and outlet channels, nozzles, combustion chambers and a cooling jacket, a rotor, blades with hinges, sealing strips and a movement synchronization mechanism [1]. Moreover, the rotor is placed in the cavity of the housing eccentrically to its axis.

Отсутствие устройства компенсации изгонов снижает надежность и долговечность работы двигателя. Шарнирное соединение одного из концов лопаток с ротором приводит к его перегреву, снижению долговечности и быстрому износу подвижных соединений. The absence of a drive compensation device reduces the reliability and durability of the engine. The swivel connection of one of the ends of the blades with the rotor leads to its overheating, reduced durability and rapid wear of the movable joints.

Наиболее близким к изобретению является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускными и выпускными каналами, клапанами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения, pотоp, лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и стальные пружины-пластины, установленные в пазах ротора, который размещен в полости корпуса эксцентрично ее оси, механизм движения и маховики [2] . В известном двигателе клапанная система газораспределения весьма сложна и имеет низкую надежность и невысокую эффективность газообмена. Closest to the invention is a rotary internal combustion engine comprising a housing with a cylindrical cavity, intake and exhaust channels, valves, nozzles, combustion chambers and a cooling jacket, a rotor, hinged blades, sealing strips and steel plate springs installed in the rotor slots, which is placed in the body cavity eccentrically to its axis, movement mechanism and flywheels [2]. In the known engine, the valve timing system is very complex and has low reliability and low gas exchange efficiency.

Целью изобретения является повышение надежности работы роторного двигателя внутреннего сгорания. The aim of the invention is to increase the reliability of the rotary internal combustion engine.

Это достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической полостью, впускными и выпускными каналами, клапанами, форсунками, камерами сгорания и рубашкой охлаждения ротора, лопатки с шарнирами, уплотнительные планки и стальные пружины-пластины, установленные в пазах ротора, который размещен в полости эксцентрично ее оси, механизм синхронизации движения и маховики, включает ротор, снабженный боковыми дисками, жестко связанными с ротором, которые выполнены с большим диаметром по сравнению с ротором, и установлены с возможностью скольжения по корпусу и имеют валы и цилиндрические эксцентрично смещенные выступы и выполнен с секторными замкнутыми полостями, частично заполненными металлическим натрием, диски установлены в проточках корпуса и сопряжены с ним с возможностью вращательно-качательного движения и периодического перекрытия выпускных каналов, расположенных в крышках корпуса. Ротор снабжен валами, установленными на подшипниках в отверстях, эксцентрично расположенных на маховиках, посредине снабжены прямыми выходными валами, пропущенными через боковые крышки корпуса и установленными в них на подшипниках. Механизм синхронизации движения ротора выполнен в виде неподвижно установленных выступов, расположенных эксцентрично на боковых дисках, причем эти цилиндрические выступы размещены в прямолинейных пазах корпуса, выполненных в крышках корпуса, и сопряжены с ними. Пазы в роторе сделаны глухими и сопряжены с шарнирами лопаток, выполненными из двух полых сегментов, связанных один с другим соединительной пружиной-пластиной, полости которых частично выполнены металлическим натрием. This is achieved by the fact that a rotary internal combustion engine comprising a housing with a cylindrical cavity, inlet and outlet channels, valves, nozzles, combustion chambers and a cooling jacket for the rotor, blades with hinges, sealing strips and steel spring plates installed in the grooves of the rotor, which placed in the cavity eccentrically to its axis, the mechanism of synchronization of movement and flywheels, includes a rotor equipped with side disks rigidly connected to the rotor, which are made with a larger diameter compared to the rotor ohm, and are installed with the possibility of sliding along the body and have shafts and cylindrical eccentrically displaced protrusions and is made with sector closed cavities partially filled with metallic sodium, the disks are installed in the grooves of the housing and are coupled with it with the possibility of rotational-rocking movement and periodic blocking of the exhaust channels, located in the housing covers. The rotor is equipped with shafts mounted on bearings in holes eccentrically located on the flywheels, in the middle they are equipped with direct output shafts passed through the side covers of the housing and mounted on bearings. The mechanism for synchronizing the movement of the rotor is made in the form of fixedly mounted protrusions located eccentrically on the side disks, and these cylindrical protrusions are placed in the rectilinear grooves of the housing made in the housing covers and mated with them. The grooves in the rotor are made blind and mated with hinges of the blades made of two hollow segments connected to one another by a connecting spring-plate, the cavities of which are partially made of metallic sodium.

В глухом пазу установлены подпружиненные употнительные планки, двухсторонние лопатки расположены в глухих пазах ротора между сегментами с возможностью двухстороннего движения и двухстороннего качания с шарнирами, снабжены ограничителями движения в пазах, выполненными в виде подпружиненных планок, установленных в сегментах, а лопатки имеют на концах клиновидные выточки, сопряженные с ограничителями движения, при этом каждая камера сгорания выполнена шарообразной формы и снабжена форсункой. Spring-tight sealing strips are installed in the blind groove, double-sided blades are located in blind grooves of the rotor between the segments with the possibility of two-way movement and two-way swinging with hinges, equipped with limiters of movement in the grooves made in the form of spring-loaded strips installed in the segments, and the blades have wedge-shaped recesses at the ends coupled to movement restraints, wherein each combustion chamber is spherical in shape and provided with a nozzle.

Выполнение средств подачи топлива с двумя форсунками повышает надежность подачи топлива. Возможность двухстороннего движения лопаток приведет к снижению их теплонапряженности и снизит нагрев шарниров, размещение в полостях ротора и сегментов шарниров металлического натрия после его разогрева и расплавления в процессе работы двигателя позволит снизить теплонапряженность указанных деталей и исключить местный перегрев, тем самым повысить надежность работы и долговечность двигателя. The implementation of the fuel supply with two nozzles increases the reliability of the fuel supply. The possibility of two-way movement of the blades will lead to a decrease in their heat stress and reduce heating of the hinges, placement of metallic sodium hinges in the cavities of the rotor and segments of the hinges after it is heated and melted during engine operation will reduce the heat stress of these parts and eliminate local overheating, thereby increasing engine reliability and durability .

Выполнение механизма синхронизации в виде выступов на дисках, сопряженных с пазами в корпусе, позволит упростить его конструкции и повысить надежность двигателя. Implementation of the synchronization mechanism in the form of protrusions on disks mated with grooves in the housing will simplify its design and increase engine reliability.

На фиг. 1 показан двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - вид на механизм синхронизации. In FIG. 1 shows an engine, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, transverse section; in FIG. 3 is a view of a synchronization mechanism.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, впускными 3 и выпускными 4 каналами, клапанами 5, форсунками 6, камерами 7 сгорания и рубашкой 8 охлаждения, ротор 9, лопатки 10 с шарниpами 11, уплотнительные планки 12 и стальные пружины-пластины 13, установленные в пазах 14 ротора 9, который размещен в полости 2 эксцентрично ее оси, механизм 15 синхронизации движения и маховики 16. The rotary internal combustion engine comprises a housing 1 with a cylindrical cavity 2, inlet 3 and exhaust 4 channels, valves 5, nozzles 6, combustion chambers 7 and a cooling jacket 8, a rotor 9, blades 10 with hinges 11, sealing strips 12 and steel plate springs 13, installed in the grooves 14 of the rotor 9, which is placed in the cavity 2 eccentrically to its axis, the mechanism 15 for synchronizing movement and flywheels 16.

Ротор 9 выполнен с секторными замкнутыми полостями 17, частично заполненными металлическим натрием, снабжен боковыми дисками 19, жестко связанными с ротором 9, которые выполнены с большим диаметром по сравнению с ротором и установлены с возможностью скольжения по корпусу 1, и цилиндрические эксцентрично смещенные выступы 20. The rotor 9 is made with sector closed cavities 17, partially filled with metallic sodium, equipped with side disks 19, rigidly connected to the rotor 9, which are made with a larger diameter compared to the rotor and are mounted with the possibility of sliding along the housing 1, and cylindrical eccentrically displaced protrusions 20.

Диски установлены в проточках 21 корпуса 1 и сопряжены с ними с возможностью вращательно-качательного движения и периодического перекрытия выпускных каналов 4, расположенных в крышках 22 корпуса. Ротор 9 снабжен валами 23, установленными на подшипниках 24 в отверстиях 25, эксцентрично расположенных на маховиках 16, последние снабжены прямыми выходными валами 27, пропущенными через боковые крышки 22 корпуса 1 и установленными в них на подшипниках 28. The disks are installed in the grooves 21 of the housing 1 and are associated with them with the possibility of rotational-rocking movement and periodic overlapping of the exhaust channels 4 located in the covers 22 of the housing. The rotor 9 is equipped with shafts 23 mounted on the bearings 24 in the holes 25, eccentrically located on the flywheels 16, the latter are equipped with direct output shafts 27, passed through the side covers 22 of the housing 1 and mounted on the bearings 28.

Механизм синхронизации движения 15 ротора 9 выполнен в виде неподвижно установленных выступов 20, расположенных эксцентрично на боковых дисках, причем эти цилиндрические выступы размещены в прямолинейных пазах 29 корпуса 1, выполненных в крышках 22 корпуса и сопряженных с ними, пазы 20 в роторе 9 глухие и сопряжены с шарнирами 11 лопаток 10, выполненными из двух полых сегментов 31, связанных один с другим соединительной пружиной, пластиной 13, полости 32, которые частично заполнены металлическим натрием 26. В глухом пазу 30 ротора установлены подпружиненные уплотнительные планки 11, двухсторонние лопатки 10 расположены в глухих пазах 30 ротора между сегментами 31 с возможностью двухстороннего движения и двустороннего качания с шарнирами 11, снабжены ограничителями движения в пазах, выполненными в виде подпружиненных планок 12, установленных в сегментах 31. Лопатки имеют на концах клиновидные выточки 33, сопряженные с ограничителями движения в виде планок 12, при этом каждая камера 7 сгорания выполнена шарообразной формы и снабжена форсункой 34. The synchronization mechanism of the movement 15 of the rotor 9 is made in the form of fixedly mounted protrusions 20 located eccentrically on the side disks, moreover, these cylindrical protrusions are placed in the straight grooves 29 of the housing 1, made in the covers 22 of the housing and mated with them, the grooves 20 in the rotor 9 are deaf and mated with hinges 11 of the blades 10, made of two hollow segments 31, connected to each other by a connecting spring, a plate 13, cavities 32, which are partially filled with metal sodium 26. In the blind groove 30 of the rotor springs are installed The jointed sealing strips 11, the two-sided blades 10 are located in the blind grooves 30 of the rotor between the segments 31 with the possibility of two-way movement and two-way swinging with hinges 11, equipped with limiters of movement in the grooves made in the form of spring-loaded strips 12 installed in the segments 31. The blades have ends wedge-shaped recesses 33, coupled with movement limiters in the form of straps 12, wherein each combustion chamber 7 is spherical in shape and provided with a nozzle 34.

Предложенный двигатель работает следующим образом. The proposed engine operates as follows.

После раскрутки от любого известного пускового устройства в четырех изменяемых рабочих объемах 35 - 38 и с необходимым сдвигом по фазе идут двухтактные процессы. After unwinding from any known starting device in four variable displacement volumes 35 - 38 and with the necessary phase shift, push-pull processes take place.

В объеме 35 окончание продувки и начало сжатия впускные клапаны еще открыты. После их закрытия и перекрытия каналов 4 начнется сжатие. In a volume of 35, the end of the purge and the start of compression, the intake valves are still open. After they are closed and channels 4 are closed, compression will begin.

В объеме 36 завершается сжатие и подается с необходимым опережением топливо через форсунки 6 и 34, необходимым для смесеобразования и его воспламенения в оптимальный момент. Впускные клапаны 5 закрыты, после чего начнется расширение сгоревших рабочих газов. Форсунки 6 и 34 могут работать синхронно или со сдвигом по фазе в режиме двухступенчатого впрыска. In the volume 36, the compression is completed and the fuel is supplied with the necessary lead through the nozzles 6 and 34, necessary for mixture formation and its ignition at the optimum time. The inlet valves 5 are closed, after which the expansion of the burnt working gases will begin. Nozzles 6 and 34 can operate synchronously or with a phase shift in the two-stage injection mode.

В объеме 37 завершается расширение и после открытия боковыми дисками 19 выпускных каналов 4 начнется выпуск отработавших газов. Вслед за ним откроются впускные клапаны 5 и воздух под давлением от нагнетателя через впускные каналы 3 начнет поступать в объем 37, начиная продувку и вытесняя из указанного объема отработавшие газы. In the volume 37, the expansion is completed and after the opening of the lateral disks 19 of the exhaust channels 4, the exhaust gas production will begin. Following it, the inlet valves 5 will open and air under pressure from the blower through the inlet channels 3 will begin to flow into the volume 37, starting a purge and displacing the exhaust gases from the specified volume.

В объеме 38 процесс продувки завершается. Воздух, продолжая поступать от нагнетателя, выдувает остатки отработавших газов из удаленных от клапанов частей рабочего объема 38, охлаждает поверхности корпуса 1, лопаток 10 и ротора 9 и в смеси с остаточными газами выходит через открытые выпускные каналы 4 в атмосферу. In volume 38, the purge process is completed. The air, continuing to flow from the supercharger, blows the remaining exhaust gases from the parts of the working volume 38 remote from the valves, cools the surfaces of the housing 1, the blades 10 and the rotor 9 and, in a mixture with the residual gases, exits through the open exhaust channels 4 into the atmosphere.

Указанные процессы в описанной последовательности происходят в каждом из рабочих объемов. These processes in the described sequence occur in each of the working volumes.

Боковые диски 19 осуществляют движение, параллельное плоскости корпуса и не пригорают, совершая указанное движение на поверхностях корпуса и крышек. Установка боковых дисков 19 в проточках 21 корпуса с необходимым минимальным технологическим зазором позволяет снизить трение, а компрессионные уплотнительные кольца 39 позволяют достичь необходимого уплотнения и удаляют образовавшийся нагар с рабочей поверхности боковых дисков 19, жесткость которых достигается необходимой толщиной стенок с использованием специальных марок сталей. Side disks 19 carry out a movement parallel to the plane of the body and do not burn, making the specified movement on the surfaces of the body and covers. The installation of the side disks 19 in the grooves 21 of the housing with the necessary minimum technological clearance allows to reduce friction, and the compression o-rings 39 allow the necessary compaction and remove the deposits from the working surface of the side disks 19, the rigidity of which is achieved by the required wall thickness using special grades of steel.

Выступы 20 на дисках 19 удерживают ротор 9 от возможного проворота вокруг своей оси, и тем самым исключают перекосы, скручивание лопаток 10 в пазах шарниров 11, образованных сегментами 31, и возможное из-за этого их заклинивание. The protrusions 20 on the disks 19 hold the rotor 9 from a possible rotation around its axis, and thereby exclude distortions, twisting of the blades 10 in the grooves of the hinges 11 formed by segments 31, and their jamming due to this.

Маховики 16 имеют противовесы 40 и тщательно сбалансированы совместно с ротором 9 так, что центробежные силы ротора 9 и противовесов были взаимно уравновешены. Маховики 16 также обеспечивают равномерность вращения ротора двигателя, способствуют преодолению сопротивлению сжатия при пуске и во время работы и создают возможность преодоления двигателем возможных кратковременных перегрузок, например при трогании автомобиля с места. Flywheels 16 have counterweights 40 and are carefully balanced together with the rotor 9 so that the centrifugal forces of the rotor 9 and the counterweights are mutually balanced. Flywheels 16 also ensure uniform rotation of the engine rotor, help to overcome compression resistance during start-up and during operation and make it possible for the engine to overcome possible short-term overloads, for example when starting the vehicle.

При эксцентричной установке в маховики 16 валов 23 ротора можно достичь изменения внешней формы ротора 9 и уменьшения его диаметра, т. е. увеличить рабочие объемы 35 - 38 без увеличения габаритных размеров двигателя. Кроме этого, боковые диски 19 осуществляют подсасывание воздуха перед его сжатием и дополнительное частичное поджатие после перекрытия выпускных каналов 4, что увеличивает наполнение и степень сжатия в рабочих объемах. With an eccentric installation of 16 shafts 23 of the rotor in the flywheel 16, it is possible to achieve a change in the external shape of the rotor 9 and to reduce its diameter, i.e., to increase the working volumes of 35 - 38 without increasing the overall dimensions of the engine. In addition, the lateral disks 19 carry out the suction of air before its compression and additional partial compression after the exhaust channels 4 are blocked, which increases the filling and the degree of compression in the working volumes.

Установка в корпусе двух форсунок 6 и 34, двух впускных клапанов 5 и выполнение в нем двух выпускных каналов 4 в сочетании с наддувом воздуха под давлением в рабочие объемы от воздушного нагнетателя позволяет улучшить наполнение, повысить литровую мощность, степень использования рабочего объема двигателя, снизить время впуска топлива и повысить надежность и мощность двигателя. The installation in the housing of two nozzles 6 and 34, two inlet valves 5 and the execution of two exhaust channels 4 in it in combination with pressurized air injection into the working volumes from the air blower can improve filling, increase liter capacity, the degree of use of the engine’s working volume, reduce time fuel inlet and increase engine reliability and power.

Корпус двигателя может изготавливаться в виде отливки из алюминиевого высококремнистого сплава с каналами рубашки охлаждения 8 и выполнен путем отливки в металлические формы особенно прочным и жестким, что достигается необходимой толщиной стенок, наличием ребер жесткости на его поверхности. Ротор 9 выполняется из высококремнистого алюминиевого сплава путем отливки в металлические формы. The engine housing can be made in the form of castings from aluminum high-silicon alloy with channels of the cooling jacket 8 and is made by casting into metal molds especially strong and rigid, which is achieved by the required wall thickness, the presence of stiffeners on its surface. The rotor 9 is made of high-silicon aluminum alloy by casting in metal molds.

Ограничители движения лопаток 10 выполнены в виде подпружиненных уплотнительных планок 12, сопряженных с клиновидными выточками 32 в лопатках 10, и предотвращают их выход из пазов шарниров 11. Смазка и отвод тепла от лопаток осуществляется через соответствующие каналы. Лопатки 10 имеют необходимую жесткость, которая достигается достаточной их толщиной и использованием специальных видов сталей. The movement limiters of the blades 10 are made in the form of spring-loaded sealing strips 12, coupled with wedge-shaped recesses 32 in the blades 10, and prevent their exit from the grooves of the hinges 11. Lubrication and heat removal from the blades is carried out through the corresponding channels. The blades 10 have the necessary rigidity, which is achieved by their sufficient thickness and the use of special types of steels.

Маховики 16 с противовесами 40 могут выполняться из чугуна в виде тонкостенного диска со своим выходным валом 27 с облегчающими полостями. Система смазки может выполняться комбинированной. Масло поступает под давлением по каналам к подшипникам 24 и 28 и по каналу ротора 9 - к каналам в лопатках 10. Flywheels 16 with counterweights 40 can be made of cast iron in the form of a thin-walled disc with its output shaft 27 with facilitating cavities. The lubrication system can be combined. The oil flows under pressure through the channels to the bearings 24 and 28 and through the channel of the rotor 9 to the channels in the blades 10.

Кроме этого, наличие двух форсунок позволяет осуществить двухрежимную работу двигателя. Первый рабочий режим осуществляется с минимальным расходом топлива и подачей его через одну форсунку при низких оборотах и наддуве. Второй рабочий режим осуществляется при одновременной работе обеих форсунок, повышенных оборотах и увеличенной подаче топлива. Мощность двигателя при этом значительно увеличивается, что увеличивает степень использования рабочего объема и литровой мощности. In addition, the presence of two nozzles allows for dual-mode operation of the engine. The first operating mode is carried out with a minimum fuel consumption and feeding it through one nozzle at low revs and boost. The second operating mode is carried out with the simultaneous operation of both nozzles, increased speed and increased fuel supply. The engine power is significantly increased, which increases the degree of use of the working volume and liter capacity.

Совместная последовательная работа четырех объемов позволяет скомпенсировать ударное сгорание рабочей смеси тормозящим действием нерабочих процессов, например при сжатии и газообмене в соседних рабочих объемах. Joint sequential work of four volumes allows you to compensate for the shock combustion of the working mixture by the inhibitory effect of inoperative processes, for example, during compression and gas exchange in adjacent working volumes.

Claims

INTERNAL COMBUSTION ROTARY ENGINE, comprising a housing with a cylindrical cavity, intake and exhaust channels, valves, nozzles, combustion chambers and a cooling jacket, rotor blades with hinges, sealing strips and steel plate springs installed in the grooves of the rotor, which is placed in the cavity eccentrically axis, synchronization mechanism of movement and flywheels, characterized in that, in order to increase reliability in operation, the rotor is made with sector closed cavities, partially filled with metallic sodium, is fitted with lateral disks rigidly connected to the rotor, which are made with a larger diameter in comparison with the rotor, are mounted with the possibility of sliding along the body and have shafts and cylindrical eccentrically displaced protrusions, the disks are installed in the grooves of the housing and are coupled with them with the possibility of rotational-rocking movement and periodically blocking the exhaust channels located in the housing covers, the rotor is equipped with shafts mounted on bearings in holes eccentrically located on the flywheels, the latter equipped with direct output shafts passed through the side covers of the housing and mounted on bearings, the synchronization mechanism of the rotor is made in the form of fixed protrusions located eccentrically on the side disks, and these cylindrical protrusions are placed in straight grooves of the housing made in the housing covers, and mated with them, the grooves in the rotor are made blind and mated with hinges of blades made of two hollow segments connected to one another by a connecting spring-plate, cavities to which are partially filled with metallic sodium, and spring-loaded sealing strips are installed in the blind groove, bilateral vanes are located in blind grooves of the rotor between the segments with the possibility of two-way movement and two-way swinging with hinges, equipped with limiters of movement in the grooves, made in the form of spring-loaded bars installed in the segments, the blades have wedge-shaped recesses at the ends, coupled with movement limiters, while each combustion chamber is spherical in shape and equipped with nozzles Coy.