RU2023184C1

RU2023184C1 - Rotary internal combustion engine

Info

Publication number: RU2023184C1
Application number: RU9393031225A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Шатов; Евгений Николаевич Захаров
Original assignee: Александр Васильевич Шатов; Евгений Николаевич Захаров
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: manufacture of engines. SUBSTANCE: internal combustion engine is provided with blade rotor having two hollow cylindrical shafts mounted coaxially one in other; inner shaft is rigidly connected with pair of diametrically opposite blades and outer shaft is dismountable assembled unit which consists of pair of half-shafts with flanges and pair of twin drive blades connected with flanges of half-shafts over the ends by means of detachable devices. Inserted inside driven shaft is cylindrical bush rigidly secured to the engine stator; on the base of this bush, the valve gear in form of two groups of holes is made; these holes are made on hollow cylindrical bush and on inner shaft in area of the combustion chambers. The chamber of cylindrical bush is divided into fuel-air mixture supply passage and exhaust gas discharge passage by means of axial transverse partition. Varying volumes (combustion chambers) are formed between drive and driven blades. Drive twin blades and drive shaft rotate in stator about its central axis and drive blades rotate about central axis of stator and simultaneously have oscillatory motion relative to the twin blades. Synchronous operation of shafts and their blades is ensured by means of linkage. During rotation of drive shaft with blades, lever and axles of movable gears move about central axis of the engine. Movable gears running over fixed gear rotate about their axes. Circular movement of cranks about axes are transmitted to driven shaft with driven blades through slide blocks and link. EFFECT: enhanced reliability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к роторным двигателям. The invention relates to internal combustion engines (ICE), in particular to rotary engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания с лопастным ротором и размещенной в статоре системой газораспределения и воспламенения горючей смеси [1] . Основным недостатком такого двигателя является наличие традиционной системы газораспределения, которая требует для своей работы значительных энергетических и массогабаритных затрат. Это снижает мощность двигателя, ухудшает его весовые и габаритные характеристики. Known internal combustion engine with a rotor rotor and placed in the stator gas distribution and ignition of the combustible mixture [1]. The main disadvantage of such an engine is the presence of a traditional gas distribution system, which requires significant energy and weight and size expenses for its operation. This reduces the power of the engine, worsens its weight and overall characteristics.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор и два соосно установленных двухлопастных ротора, один из которых выполнен сборно-разборным, а также системы газораспределения и воспламенения и шестеренчатый механизм преобразования движения лопастей во вращение вала. Недостатками такого двигателя являются достаточно большие габариты, сложная и громоздкая система газораспределения [2]. Also known is a rotary internal combustion engine containing a stator and two coaxially mounted two-bladed rotors, one of which is collapsible, as well as gas distribution and ignition systems and a gear mechanism for converting the movement of the blades into rotation of the shaft. The disadvantages of this engine are quite large dimensions, a complex and cumbersome gas distribution system [2].

Целью изобретения является повышение удельных мощностных и габаритных характеристик двигателя. The aim of the invention is to increase the specific power and overall characteristics of the engine.

Это достигается тем, что двигатель снабжен полой цилиндрической втулкой, а сборно-разборный ротор выполнен в виде двух полувалов с фланцами, между которыми установлены и соединены с ними по торцам разъемными устройствами ведущие лопасти, а второй ротор - в виде установленного внутри первого ротора полого вала с диаметрально противоположными ведомыми лопастями, при этом втулка расположена внутри второго ротора и жестко закреплена со статором двигателя. На основе ротора с цилиндрической втулкой в двигателе выполнена система газораспределе- ния в виде двух групп отверстий, расположенных в полой цилиндрической втулке и на внутреннем валу в зоне камер сгорания, при этом полость цилиндрической втулки разделена осепоперечной перегородкой на канал подачи рабочей смеси в двигатель и канал выпуска отработанных газов. This is achieved by the fact that the engine is equipped with a hollow cylindrical bushing, and the collapsible rotor is made in the form of two half-shafts with flanges, between which drive blades are mounted and connected to them at the ends by detachable devices, and the second rotor - in the form of a hollow shaft installed inside the first rotor with diametrically opposed driven blades, while the sleeve is located inside the second rotor and is rigidly fixed to the motor stator. On the basis of a rotor with a cylindrical sleeve in the engine, a gas distribution system is made in the form of two groups of holes located in the hollow cylindrical sleeve and on the internal shaft in the area of the combustion chambers, while the cavity of the cylindrical sleeve is divided by a transverse partition to the working mixture supply channel to the engine and the channel exhaust gas.

На фиг.1-5 представлена конструктивная схема основных элементов двигателя. Figure 1-5 presents a structural diagram of the main elements of the engine.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндрического статора 1 с торцевыми крышками 2, 3. На статоре в зонах, соответствующих положению камер сгорания в конце фаз сжатия рабочей смеси, размещены элементы (свечи) воспламенения рабочей смеси 4. Статор может иметь жидкостную или воздушную систему охлаждения. В статоре 1 размещен лопастной ротор (фиг.2, 3) с элементами системы газораспределения. Ротор состоит из внутреннего вала 5, жестко соединенного с парой диаметрально расположенных лопастей 6. На внутренний вал соосно установлен на скользящей посадке внешний вал, который выполнен сборно-разборным и состоит из двух полувалов с дискообразными фланцами 7, 8 и пары сдвоенных лопастей 9, соединенных по торцам с фланцами полувалов разъемными устройствами 10. Внешний вал в данной конструкции двигателя является ведущим. Вал 5, который "пульсирует" относительно ведущего вала, выполняет функции ведомого вала. С целью обеспечения смазки и охлаждения трущихся поверхностей лопастей ротора во фланцах полувалов в зоне между спаренными лопастями выполняются окна. В этом случае торцевые крышки 2, 3 статора также имеют окна. Для преобразования перемещения лопастей 6 и сдвоенных относительно друг друга во вращательное движение ротора внутренний вал жестко связан с кулисой 11, которая через ползун 12 и кривошип 13 соединена с подвижной шестерней 14, а внешний вал жестко скреплен с рычагом 15, который связан с осями вращения 16 подвижных шестерен 14. Подвижные шестерни 14 находятся в зацеплении с неподвижной шестерней 17, установленной соосно с осью ротора и жестко скрепленной со статором 1 двигателя. Оси подвижных шестерен 14 расположены параллельно оси ротора. The internal combustion engine consists of a cylindrical stator 1 with end caps 2, 3. On the stator in the zones corresponding to the position of the combustion chambers at the end of the compression phases of the working mixture, ignition elements (candles) of the working mixture are placed 4. The stator can have a liquid or air cooling system. In the stator 1 there is a blade rotor (figure 2, 3) with elements of the gas distribution system. The rotor consists of an internal shaft 5, rigidly connected to a pair of diametrically located blades 6. An external shaft, which is made collapsible and consists of two half-shafts with disk-shaped flanges 7, 8 and a pair of twin blades 9 connected together, is coaxially mounted on a sliding shaft; at the ends with flanges of half shafts with detachable devices 10. The external shaft in this engine design is the leading one. The shaft 5, which "pulsates" relative to the drive shaft, performs the functions of the driven shaft. In order to provide lubrication and cooling of the rubbing surfaces of the rotor blades, windows are made in the flanges of the half shafts in the area between the twin blades. In this case, the end caps 2, 3 of the stator also have windows. To convert the movement of the blades 6 and doubled relative to each other in the rotational movement of the rotor, the inner shaft is rigidly connected to the link 11, which through the slider 12 and the crank 13 is connected to the movable gear 14, and the outer shaft is rigidly attached to the lever 15, which is connected with the axes of rotation 16 movable gears 14. Movable gears 14 are meshed with a stationary gear 17 mounted coaxially with the axis of the rotor and rigidly attached to the stator 1 of the engine. The axis of the movable gears 14 are parallel to the axis of the rotor.

Система газораспределения выполнена в виде двух групп отверстий 18, 19. Одна группа отверстий определенным образом расположена в полой цилиндрической втулке 20, которая размещена на скользящей посадке внутри ведомого вала 5 и жестко скреплена со статором 1 двигателя через внешние элементы двигателя, например через крышку шестеренчатого кулисно-рычажного механизма (на фиг. 1 не показана). Вторая группа отверстий расположена на внутреннем валу 5 попарно в зоне камер сгорания. Отверстия системы газораспределения расположены на цилиндрической втулке в зоне 1, которая соответствует каналу подачи рабочей смеси, и в зоне 2, которая соответствует каналу выпуска отработанных газов (см. фиг. 4). При этом каналы отделены друг от друга расположенной внутри цилиндрической втулки осепоперечной перегородкой. В зоне 1 и 2 отверстия расположены поясами I-IV, число которых соответствует числу камер сгорания. В зоне 1 расположены отверстия подачи рабочей смеси, в зоне 2 - отверстия выпуска отработанных газов в соответствии с угловым распределением фаз в двигателе (фиг.4). Число отверстий в каждом поясе, как в зоне 1, так и в зоне 2, соответствует числу тактов (фаз) всасывания (выхлопа), которые совершает двигатель за один полный оборот внешнего (ведущего) вала. Положение отверстий соответствует угловому распределению фаз "всасывание" и "выхлоп" для каждой камеры сгорания. The gas distribution system is made in the form of two groups of holes 18, 19. One group of holes is located in a certain way in the hollow cylindrical sleeve 20, which is placed on a sliding fit inside the driven shaft 5 and is rigidly fastened to the stator 1 of the engine through external elements of the engine, for example, through the gear link cover lever mechanism (not shown in FIG. 1). The second group of holes is located on the inner shaft 5 in pairs in the area of the combustion chambers. The openings of the gas distribution system are located on a cylindrical sleeve in zone 1, which corresponds to the feed channel for the working mixture, and in zone 2, which corresponds to the exhaust gas channel (see Fig. 4). In this case, the channels are separated from each other by an insinuating partition located inside the cylindrical sleeve. In zone 1 and 2, the holes are located by belts I-IV, the number of which corresponds to the number of combustion chambers. In zone 1 there are openings for the supply of the working mixture, in zone 2 there are openings for the discharge of exhaust gases in accordance with the angular distribution of phases in the engine (Fig. 4). The number of holes in each belt, both in zone 1 and in zone 2, corresponds to the number of suction (exhaust) cycles (phases) that the engine makes in one full revolution of the external (drive) shaft. The position of the holes corresponds to the angular distribution of the phases "suction" and "exhaust" for each combustion chamber.

Пара отверстий (см. фиг.3 и 4), которая расположена на внутреннем валу в каждой из камер сгорания, размещена соответственно в первой камере сгорания по одному над первым поясом зоны 1 и 2 цилиндрической втулки, во второй камере сгорания - по одному над вторым поясом зоны 1 и 2 цилиндрической втулки и т.д. Таким образом, одно из отверстий камеры сгорания, расположенное над зоной 1 в своем поясе, обеспечивает доступ рабочей смеси в камеру сгорания, второе, расположенное над зоной 2 в том же поясе - выпуск отработанных газов при совпадении этих отверстий с соответствующими отверстиями на цилиндрической втулке. Конкретные размеры отверстий системы газораспределения выбираются известным путем, исходя из рабочего объема двигателя и необходимых требований к распределению фаз работы двигателя. A pair of holes (see Figs. 3 and 4), which is located on the internal shaft in each of the combustion chambers, are respectively located in the first combustion chamber, one above the first belt of zone 1 and 2 of the cylindrical sleeve, and one above the second in the second combustion chamber belt zone 1 and 2 of the cylindrical sleeve, etc. Thus, one of the openings of the combustion chamber, located above zone 1 in its belt, provides access to the working mixture in the combustion chamber, the second, located above zone 2 in the same zone, releases exhaust gases when these openings coincide with the corresponding openings on the cylindrical sleeve. The specific sizes of the openings of the gas distribution system are selected in a known manner, based on the displacement of the engine and the necessary requirements for the distribution of the phases of the engine.

Работа двигателя происходит следующим образом. The operation of the engine is as follows.

В процессе запуска при вращении ведущего вала с лопастями 9 рычаг 15, а, следовательно, оси 16 подвижных шестерен 14 перемещаются вокруг центральной оси двигателя. При этом подвижные шестерни 14, обкатываясь по неподвижной шестерне 17, вращаются вокруг своих осей 16. Круговое движение кривошипов 13 вокруг осей 16 через ползуны 12 и кулису 11 передается ведомому валу 5 с ведомыми лопастями 6. В результате этого ведомый вал с лопастями 6 вовлекается в сложное движение: вращательное вместе с ведущим валом и колебательное (пульсирующее) относительно ведущего вала. Таким образом, при вращении ведущего вала пара сдвоенных лопастей 9 вращается в статоре 1 вокруг его центральной оси, а пара ведомых лопастей 6, также вращаясь вокруг центральной оси статора, одновременно совершает колебательные движения относительно сдвоенных лопастей 9. В результате такого движения создается переменный объем между ведущими и ведомыми лопастями (см. фиг.5). Конструктивно образуются четыре переменных объема (камеры сгорания). In the starting process, when the drive shaft with the blades 9 is rotated, the lever 15, and, consequently, the axis 16 of the movable gears 14 move around the central axis of the engine. In this case, the movable gears 14, running around the stationary gear 17, rotate around their axles 16. The circular movement of the cranks 13 around the axles 16 through the sliders 12 and the link 11 is transmitted to the driven shaft 5 with driven blades 6. As a result, the driven shaft with blades 6 is involved in complex movement: rotational together with the drive shaft and oscillatory (pulsating) relative to the drive shaft. Thus, when the drive shaft rotates, the pair of twin blades 9 rotates in the stator 1 around its central axis, and the pair of driven blades 6, also rotating around the central axis of the stator, simultaneously oscillates with respect to the twin blades 9. As a result of this movement, a variable volume is created between leading and driven blades (see figure 5). Four variable volumes (combustion chambers) are structurally formed.

Движение ведущих 9 и ведомых лопастей 6 синхронизировано, так как они связаны между собой кинематически через шестеренчатый кулисно-рычажный механизм. Это позволяет организовать четырехконтактный цикл работы двигателя. На фиг.5 показаны четыре такта, которые совершает двигатель при повороте ведущего вала на 180^о, и фазы газораспределения для одной из камер сгорания. Увеличение объема между лопастями в одной из камер сгорания в фазе "всасывание" создает разрежение в данной камере и через совпавшие впускные отверстия на внутреннем валу и цилиндрической втулке рабочая смесь поступает в камеру сгорания. Процесс "всасывания" рабочей смеси продолжается до конца фазы, когда впускные отверстия взаимно перекрываются. Далее следуют фазы "сжатие" и "рабочий ход". В фазе "рабочий ход" под действием давления газов в камере сгорания лопастной ротор вовлекается в дальнейшее движение. Это приводит к тому, что отработанный газ вместе с подвижной камерой сгорания перемещаются и происходит совпадение выпускных отверстий на внутреннем валу и цилиндрической втулке. Начинается фаза "выхлопа". При этом относительное движение лопастей позволяет в процессе фаз "всасывание" и "выхлоп" изменять сечение эффективного отверстия образующегося при наложении двух подвижных отверстий, по любому закону. В двигателе отсутствуют традиционные распределительный вал, клапаны и элементы привода их в действие, которые потребляют значительную долю мощности двигателя, занимают достаточно большой относительный объем и имеют значительную относительную массу.The movement of the leading 9 and driven blades 6 is synchronized, since they are kinematically connected through a gear rocker-link mechanism. This allows you to organize a four-contact cycle of the engine. 5 shows four bars, which makes the motor when rotating the drive shaft 180 ^a, and the valve timing for one of the combustion chambers. The increase in volume between the blades in one of the combustion chambers in the “suction” phase creates a vacuum in this chamber and, through the matching inlet openings on the inner shaft and the cylindrical sleeve, the working mixture enters the combustion chamber. The process of "suction" of the working mixture continues until the end of the phase, when the inlet openings mutually overlap. Then the phases “compression” and “stroke” follow. In the "stroke" phase, under the influence of gas pressure in the combustion chamber, the rotor blade is involved in further movement. This leads to the fact that the exhaust gas together with the movable combustion chamber move and there is a coincidence of the exhaust holes on the inner shaft and the cylindrical sleeve. The "exhaust" phase begins. In this case, the relative motion of the blades allows the suction and exhaust phases to change the cross section of the effective hole formed when two moving holes are superimposed, according to any law. The engine does not have a traditional camshaft, valves and their drive elements that consume a significant proportion of engine power, occupy a fairly large relative volume and have a significant relative mass.

Выполнение системы газораспределения в данном двигателе по предложенной конструкции значительно упрощает систему впуска-выпуска а также повышает удельные мощностные и габаритные характеристики. The implementation of the gas distribution system in this engine according to the proposed design greatly simplifies the intake and exhaust system and also increases the specific power and overall characteristics.

Предлагаемый двигатель позволяет добиться следующих преимуществ по сравнению с известными двигателями внутреннего сгорания. Повышаются в 2-4 раза удельные мощности и габаритные характеристики двигателя. Возможны исполнение двигателя цилиндрической формы с широким диапазоном отношения высоты цилиндра к его диаметру и модульного соединения отдельных двигателей в единый ДВС, при этом отдельные блоки могут располагаться как вдоль одной оси, так и параллельно "пакетом". Возможны также отключения-подключения отдельных модулей в процессе работы ДВС. Конструктивная осесимметричность практически исключает вибрации при работе и массовые затраты на балансировку двигателя. Кроме того, отсутствует коленчатый вал, значительно упрощена система впуска-выпуска, отсутствуют распреде- лительный вал и клапанный механизм. Значительно уменьшено количество комплектующих деталей, отличается простотой. Функцию маховика выполняют ведущий вал и его элементы. The proposed engine allows you to achieve the following advantages compared with the known internal combustion engines. Specific power and overall characteristics of the engine increase 2-4 times. It is possible to design a cylindrical engine with a wide range of cylinder height to diameter ratios and modular connection of individual engines into a single internal combustion engine, while individual blocks can be located either along one axis or in parallel with a “package”. It is also possible disconnection-connection of individual modules during the operation of the internal combustion engine. Axisymmetric design virtually eliminates vibration during operation and the massive cost of balancing the engine. In addition, there is no crankshaft, the intake-exhaust system is greatly simplified, and there is no camshaft and valve mechanism. Significantly reduced the number of components, is simple. The function of the flywheel is performed by the drive shaft and its elements.

Claims

1. A ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a stator and two-bladed rotors coaxially mounted in it, at least one of which is collapsible, gas distribution and ignition systems and a gear rocker-lever mechanism for converting the movement of the blades to the rotation of the shaft, characterized in that it equipped with a hollow cylindrical sleeve, a collapsible rotor is made in the form of two half-shafts with flanges, between which twin blades are installed and connected to them at the ends, and the second rotor is in the form of a set flush inside the first shaft with mounted on it diametrically opposite blades, while the sleeve is located inside the second rotor and connected to the stator.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the gas distribution system is made in the form of groups of holes located in the hollow cylindrical sleeve and on the inner shaft in pairs in the zone of the combustion chambers, separated by a transverse partition, additionally placed in the cavity of the cylindrical sleeve, into the openings of the supply channel working mixture into the combustion chambers and openings of the exhaust gas channel.