[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2628813C2 - Revolving rotary-piston engine - Google Patents

Revolving rotary-piston engine Download PDF

Info

Publication number
RU2628813C2
RU2628813C2 RU2015107304A RU2015107304A RU2628813C2 RU 2628813 C2 RU2628813 C2 RU 2628813C2 RU 2015107304 A RU2015107304 A RU 2015107304A RU 2015107304 A RU2015107304 A RU 2015107304A RU 2628813 C2 RU2628813 C2 RU 2628813C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
engine
cylinder
movement
lock chamber
Prior art date
Application number
RU2015107304A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015107304A (en
Inventor
Александр Сергеевич Григорьев
Сергей Всеволодович Григорьев
Original Assignee
Александр Сергеевич Григорьев
Сергей Всеволодович Григорьев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Сергеевич Григорьев, Сергей Всеволодович Григорьев filed Critical Александр Сергеевич Григорьев
Priority to RU2015107304A priority Critical patent/RU2628813C2/en
Publication of RU2015107304A publication Critical patent/RU2015107304A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2628813C2 publication Critical patent/RU2628813C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B55/00Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
    • F02B55/02Pistons
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engine devices and pumps.
SUBSTANCE: toroidal working cylinder is divided into working chambers by pairs of elements, each consisting of a blade (piston) and a lock chamber, and the movement mechanism of the lock chamber allows unobstructed controlled movement of the blade (piston) and gas mixture along the cylinder while maintaining compression and the composition of the compressed gas mixture. The rotating annular element, designed as a side wall of the cylinder, provides both kinematic and power connection between the piston and the output shaft, acting as an engine rotor.
EFFECT: simplicity of the design, which excludes mechanisms for coordinating the motion of the blades and power take-off, valve and crank-conrod mechanisms and not providing blade retainers, makes it possible to significantly simplify the engine, increase its reliability and reduce the requirements to the used materials, and, as a result, its cost.
11 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области машиностроения роторно-поршневых и роторно-лопастных объемных машин, в частности двигателей, компрессоров, насосов, и может быть использовано, в частности, в автомобилестроении и авиации.The invention relates to the field of mechanical engineering of rotary piston and rotary vane volumetric machines, in particular engines, compressors, pumps, and can be used, in particular, in the automotive industry and aviation.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Наиболее известное решение для роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания - двигатель Ванкеля (Wankel - патент US №8312859)The most famous solution for rotary piston internal combustion engines is the Wankel engine (Wankel - US patent No. 8312859)

Достоинствами этой конструкции являются отсутствие необходимости в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное, существенное снижение массы движущихся частей за счет исключения из конструкции коленчатого вала и шатунов, низкий уровень вибраций, широкий диапазон рабочих чисел оборотов двигателя, и конструктивная простота, а как следствие - высокие динамические характеристики, удельная мощность и меньшие габаритные размеры.The advantages of this design are the absence of the need to convert the reciprocating motion into rotational, a significant reduction in the mass of moving parts due to the exclusion of the crankshaft and connecting rods from the design, low vibration level, a wide range of engine operating speeds, and structural simplicity, and as a result - high dynamic characteristics, specific power and smaller overall dimensions.

Недостатками названной конструкции являются сложная форма конструкции корпуса, ротора и его привода, а также низкий ресурс механических уплотнений.The disadvantages of this design are the complex design of the housing, the rotor and its drive, as well as the low resource of mechanical seals.

Альтернативной схемой являются конструкции роторно-лопастных двигателей. Обычно они содержат полый корпус, в котором на соосных валах расположены два двухлопастных ротора, делящих полость корпуса на камеры переменного объема и механизм связи лопастей.An alternative scheme is the design of rotary vane engines. Usually they contain a hollow body, in which two two-bladed rotors are located on the coaxial shafts, dividing the body cavity into chambers of variable volume and a blade communication mechanism.

Такая конструкция описана в патенте SU 5062992/29 (Шалаев B.C. и др.), в котором механизм связи лопастей содержит рычаги, жестко связанные с валами, и планетарную зубчатую передачу.Such a design is described in patent SU 5062992/29 (Shalaev B.C. et al.), In which the blade coupling mechanism comprises levers rigidly connected to the shafts and a planetary gear train.

Аналогичный тип механизма описан в патенте RU 2084641 (Тенишев И.С. и др.), в котором механизм синхронизации движения лопастей использует солнечное колесо, водило, сателлиты с кривошипами и тяги механизма и размещается в полости втулок, лопастей роторно-лопастного двигателя.A similar type of mechanism is described in patent RU 2084641 (Tenishev I.S. et al.), In which the mechanism for synchronizing the movement of the blades uses a sun wheel, carrier, satellites with cranks and traction mechanism and is located in the cavity of the bushings of the blades of the rotor-blade engine.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (RU 2488704, Потапов И.М. и др.), в котором синхронизирующие механизмы, обеспечивающие кинематическую связь между валами, выполнены в виде двух редукторов и установлены по одному на каждый вал и состоят из цилиндрических шестерен и храповых механизмов.Known rotary vane internal combustion engine (RU 2488704, IM Potapov and others), in which the synchronizing mechanisms that provide the kinematic connection between the shafts are made in the form of two gearboxes and are installed one on each shaft and consist of cylindrical gears and ratchet gears.

В патенте RU 2292463 (Гридин В.В) механизм согласования движения лопастей выполнен в виде зубчатой передачи, кинематически связанной с системой кривошип-ползун. В патенте RU 2467175 того же автора механизм связи лопастей представляет из себя два установленными с двух торцов корпуса планетарных механизма. В конструкции, предложенной в патенте RU 2292470 (Мултановский В.В.), механизм синхронизации движения лопастей содержит зубчатые колеса переменного радиуса, которые имеют специальную форму делительной поверхности, обеспечивающую гармонический, например синусоидальный, закон изменения угловой скорости роторов при равномерном вращении вала отбора мощности.In patent RU 2292463 (V. Gridin), the mechanism for coordinating the movement of the blades is made in the form of a gear transmission kinematically connected with a crank-slider system. In the patent RU 2467175 of the same author, the linking mechanism of the blades is two mounted from two ends of the housing of the planetary mechanism. In the design proposed in patent RU 2292470 (V.V. Multanovsky), the mechanism for synchronizing the movement of the blades contains gear wheels of variable radius, which have a special shape of the pitch surface, providing a harmonic, for example sinusoidal, law of variation of the angular velocity of the rotors with uniform rotation of the power take-off shaft .

Характерными недостатками названного типа роторных двигателей являются сложность как механизма согласования движения лопастей относительно друг друга, так и механизма отбора мощности, необходимого для снятия мощности с двух разных валов, движущихся неравномерно.Typical drawbacks of the aforementioned type of rotary engines are the complexity of both the mechanism for coordinating the movement of the blades relative to each other, and the power take-off mechanism necessary to take off power from two different shafts moving non-uniformly.

Большие знакопеременные ударные нагрузки в механизме согласования движения лопастей, как и использование храповых механизмов и обгонных муфт в механизме отбора мощности снижают его ресурс, что приводит к ненадежности конструкции в целом.Large alternating shock loads in the mechanism for coordinating the movement of the blades, as well as the use of ratchet mechanisms and overrunning clutches in the power take-off mechanism reduce its life, which leads to unreliability of the structure as a whole.

Известно решение, описанное в патенте RU 2292462 (Мокрушин В.А. и др.), где однонаправленное вращательное движение лопастей по сложному закону заменено на вращательно-колебательное движение ротора, которое преобразуется во вращательное движение вала с помощью кривошипно-ползункового механизма. Аналогичный подход описан в патенте RU 2393361 (Блатов Р.А.), в котором ведущий блок поршней совершает вращательно-колебательное движение.The solution is known, which is described in patent RU 2292462 (Mokrushin V.A. et al.), Where the unidirectional rotational motion of the blades according to a complex law is replaced by rotational-vibrational motion of the rotor, which is converted into rotational motion of the shaft using a crank-slide mechanism. A similar approach is described in patent RU 2393361 (Blatov R.A.), in which the driving piston unit rotates and oscillates.

Известен целый ряд конструкций роторно-лопастных двигателей, авторы которых постарались избежать необходимости использования ненадежного и энергозатратного механизма согласования движения лопастей.A number of designs of rotor-vane engines are known, the authors of which tried to avoid the need to use an unreliable and energy-consuming mechanism for coordinating the movement of the blades.

В конструкции, предложенной в патенте RU 2260129 (Доронин В.Т.), предлагается заменить сложный закон движения лопастей на простое вращательное движение, используя две рабочие полости, дополнительные перепускные коллекторы с клапанами и заслонки, совершающие возвратно-поступательное движение. Усложнение конструкции за счет введения названных дополнительных элементов, затраты энергии на движение заслонок с приводным механизмом и потери в коллекторах существенно снижают эффективность двигателя и уничтожают ожидаемые преимущества от отсутствия механизма согласования движения лопастей.In the design proposed in patent RU 2260129 (Doronin V.T.), it is proposed to replace the complex law of motion of the blades with a simple rotational movement, using two working cavities, additional bypass manifolds with valves and dampers that perform reciprocating motion. The complication of the design due to the introduction of these additional elements, energy costs for the movement of the shutters with a drive mechanism and losses in the manifolds significantly reduce the efficiency of the engine and destroy the expected benefits from the lack of a mechanism for matching the movement of the blades.

В патенте RU 2465473 (Михайлов И.И.) описан роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, который содержит тороидальный корпус, два блока с оппозитно расположенными поршнями, которые оснащены подпружиненными стопорами-защелками, датчиками положения блоков поршней и зубчатым дифференциалом с маховиком, снимающими нагрузку с двух соосных силовых валов.Patent RU 2465473 (Mikhailov I.I.) describes a rotary piston internal combustion engine, which contains a toroidal housing, two blocks with opposed pistons, which are equipped with spring-loaded stoppers, latches, position sensors of the piston blocks and a gear differential with a flywheel that relieve the load with two coaxial power shafts.

В конструкциях, предложенных в патентах RU 2371592, RU 2371593 и RU 2380556 (Доронин В.Т.), роторные лопастно-поршневые крыльчатки разделяют рабочую полость цилиндра на рабочие камеры. Двигатель дополнительно снабжен датчиками и фиксаторами положения роторных лопастно-поршневых крыльчаток для периодического соединения с осью выходного вала и корпусом и специальной электронной системой для управления клапанами двигателя.In the designs proposed in the patents RU 2371592, RU 2371593 and RU 2380556 (VT Doronin), rotary vane-piston impellers divide the working cavity of the cylinder into working chambers. The engine is additionally equipped with sensors and position locks of the rotor vane-piston impellers for periodic connection with the axis of the output shaft and the housing and a special electronic system for controlling the engine valves.

В патенте RU 2366819 описан двухвальный роторно-лопастной двигатель (Орлов И.М. и др.). Он не использует механизма согласования движения лопастей. В каждый момент времени движется только одна пара лопастей, а другая в это время зафиксирована.The patent RU 2366819 describes a twin-shaft rotary vane engine (Orlov I.M. et al.). He does not use a mechanism for coordinating the movement of the blades. Only one pair of blades moves at each moment of time, and the other is fixed at this time.

Лопасти роторов соприкасаются по завершении каждого такта рабочего хода. Недостатком этого решения является ненадежность конструкции, снижение эффективности и ресурса двигателя за счет применения в конструкции стопора-собачки для фиксации лопасти и обгонных муфт для снятия нагрузки с двух выходных валов, что вызывает появление ударных нагрузок. Контакт лопастей между собой в конце каждого такта определяет еще один неизбежный источник ударных нагрузок.The rotor blades touch at the end of each stroke of the working stroke. The disadvantage of this solution is the unreliability of the design, a decrease in the efficiency and resource of the engine due to the use of a dog-stopper in the design for fixing the blades and overrunning clutches to relieve the load from the two output shafts, which causes shock loads. The contact of the blades with each other at the end of each measure determines another inevitable source of shock loads.

Вместе с тем, в этом техническом решении присутствуют следующие особенности:However, in this technical solution there are the following features:

1. Отсутствие в конструкции механизма согласования движения лопастей.1. The absence in the design of the mechanism for coordinating the movement of the blades.

2. Рабочая зона, образующаяся между вращающейся лопастью и неподвижным элементом (роль которого в патенте RU 2366819 выполняет закрепленная лопасть).2. The working area formed between the rotating blade and the fixed element (the role of which in the patent RU 2366819 is played by a fixed blade).

3. Однонаправленное вращательное движение лопастей.3. Unidirectional rotational movement of the blades.

4. Отсутствие в конструкции клапанного механизма.4. Lack of valve mechanism design.

5. Отсутствие в конструкции датчиков положения поршней.5. Lack of piston position sensors in the design.

Поэтому примем это техническое решение за прототип, так как оно обладает максимальной совокупностью общих с предлагаемым изобретением существенных признаков.Therefore, we will take this technical solution as a prototype, since it has the maximum combination of essential features common with the invention.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Целью данного изобретения является разработка простого по конструкции, надежного роторного двигателя с большим сроком службы, низким показателем удельной массы, использующего прямую передачу энергии сгорания топлива во вращение, без использования механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, или энергоемких механизмов согласования движения лопастей, обгонных муфт, храповых механизмов или иных устройств, снижающих ресурс и эффективность двигателя.The aim of this invention is to develop a simple, reliable rotary engine with a long service life, low specific gravity, using direct transfer of fuel combustion energy into rotation, without the use of a mechanism for converting reciprocating motion into rotational, or energy-intensive mechanisms for matching the movement of blades, overrunning couplings, ratchets or other devices that reduce engine life and efficiency.

Техническим результатом является увеличение КПД, уменьшение вибрации, упрощение конструкции, повышение технологичности, надежности и долговечности двигателя.The technical result is to increase efficiency, reduce vibration, simplify the design, improve manufacturability, reliability and durability of the engine.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

СОВОКУПНОСТЬ СУЩЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ.COMPLETENESS OF ESSENTIAL SIGNS.

Решение указанной выше задачи, достижение поставленной цели и требуемого технического результата обеспечивается следующей конструктивной схемой. Предлагается роторно-поршневой двигатель с рабочим цилиндром, имеющим кольцевую тороидальную рабочую область с впускными и выпускными окнами, а также боковую стенку, которая имеет возможность беспрепятственного проворачивания относительно корпуса вместе с выходным валом.The solution to the above problem, the achievement of the goal and the required technical result is ensured by the following structural scheme. A rotary piston engine with a working cylinder having an annular toroidal working area with inlet and outlet windows, as well as a side wall, which has the ability to freely rotate relative to the housing together with the output shaft, is proposed.

Внутри рабочей области корпуса размещены с возможностью скольжения по кольцевому каналу тороидального цилиндра как минимум два поршня, кинематически связанных с подвижной боковой стенкой цилиндра.At least two pistons kinematically connected with the movable side wall of the cylinder are slidably inserted inside the working area of the housing along the annular channel of the toroidal cylinder.

Также внутри кольцевого цилиндра размещены шлюзовые камеры, изолирующие рабочие зоны, участвующие вместе с поршнями в образовании рабочих камер и обеспечивающие перенос поршней из одной зоны в другую.Also inside the annular cylinder there are lock chambers that isolate the working zones, which participate together with the pistons in the formation of the working chambers and ensure the transfer of the pistons from one zone to another.

Рабочие зоны образуются участками цилиндра, ограниченными с одной стороны двигающимися поршнями, а с другой стороны - шлюзовыми камерами.Working zones are formed by sections of the cylinder, limited on one side by moving pistons, and on the other hand by lock chambers.

В предлагаемом двигателе нет сложных, неизвестных ранее, конструктивных элементов. Он использует хорошо изученные термодинамические циклы и не требует применения специальных материалов с особенными свойствами. Отсутствие дополнительных механизмов, обеспечивающих работу основных элементов двигателя, позволяет получить простой в исполнении и надежный в работе двигатель.In the proposed engine there are no complex, previously unknown, structural elements. It uses well-studied thermodynamic cycles and does not require the use of special materials with special properties. The absence of additional mechanisms that ensure the operation of the main elements of the engine, allows you to get a simple to perform and reliable engine.

Результатами применения предлагаемой конструктивной схемы являются увеличение КПД, уменьшение вибрации, упрощение конструкции, повышение технологичности, надежности и долговечности двигателяThe results of the application of the proposed design scheme are an increase in efficiency, a decrease in vibration, a simplification of the design, an increase in manufacturability, reliability and durability

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ.TECHNICAL RESULT.

Предложенная конструкция роторного двигателя позволяет получить лучшие показатели по сравнению с существующими аналогами, а именно:The proposed design of a rotary engine allows you to get better performance compared to existing analogues, namely:

- Увеличение КПД за счет отказа от энергоемких механизмов согласования движения лопастей, обгонных муфт, храповых механизмов или аналогичных устройств, снижающих эффективность двигателя.- Increased efficiency due to the rejection of energy-intensive mechanisms for coordinating the movement of blades, overrunning couplings, ratchet mechanisms or similar devices that reduce engine efficiency.

- Увеличение надежности, увеличение срока службы двигателя за счет исключения ударных нагрузок неизбежных для устройств закрепления лопастей (фиксаторов) и устройств типа храповых механизмов.- Increased reliability, increased engine life due to the exclusion of shock loads unavoidable for devices for fixing the blades (clamps) and devices such as ratchet mechanisms.

- Упрощение конструкции и снижение удельной массы двигателя за счет исключения самого сложного элемента - механизма согласования движения лопастей со сложной кинематической схемой преобразования неравномерного движения лопастей, отсутствия механизма отбора мощности благодаря использованию единого вала передачи вращающего момента.- Simplification of the design and reduction of the specific gravity of the engine by eliminating the most complex element - the mechanism for matching the movement of the blades with a complex kinematic scheme for converting the uneven movement of the blades, the absence of a power take-off mechanism through the use of a single torque transmission shaft.

- Уменьшение вибрации за счет исключения необходимости преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.- Reduced vibration by eliminating the need to convert reciprocating motion into rotational motion.

- Меньшие размеры, вес, более простой привод, меньшую цену.- Smaller size, weight, simpler drive, lower price.

- Снижение требований к двигателю позволяют более эффективно выбирать размеры элементов двигателя и характеристики рабочих процессов.- Decrease in requirements to the engine allow to choose more effectively the sizes of elements of the engine and characteristics of working processes.

- Снижение требований к двигателю позволяют гибко использовать различные материалы для его конструкции и снизить требования на сопутствующие материалы, например - требования к смазочным материалам.- Reducing the requirements for the engine allows the flexible use of various materials for its design and reduce the requirements for related materials, for example, the requirements for lubricants.

Эта конструкция может использоваться как для двигателей, так и для объемных машин (например, насосов).This design can be used both for engines and for volumetric machines (for example, pumps).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Сущность изобретения поясняется одиннадцатью схемами. На схемах приняты следующие обозначения:The invention is illustrated by eleven schemes. The following notation is used in the diagrams:

1 - Шлюз, разделяющий зоны выпуска и всасывания.1 - Gateway separating the exhaust and intake zones.

2 - Поршень (лопасть).2 - Piston (blade).

3 - Шлюз, разделяющий зоны сжатия и горения.3 - Gateway separating the compression and combustion zones.

4 - Поршень (лопасть).4 - Piston (blade).

5, 6 - Корпус двигателя.5, 6 - engine housing.

7 - Кольцевой элемент - ротор двигателя.7 - The ring element is the rotor of the engine.

8 - Привод выходного вала.8 - Drive output shaft.

9 - Привод механизма поворота шлюза,9 - Drive rotation mechanism of the gateway,

i - Впускной канал.i - Inlet channel.

о - Выпускной канал.o - The exhaust channel.

На фиг. 1 изображены основные элементы, входящие в конструкцию двигателя (1-9).In FIG. 1 shows the main elements included in the design of the engine (1-9).

На фиг. 2 показаны основные элементы конструкции (1-7) в корпусе двигателя.In FIG. 2 shows the main structural elements (1-7) in the engine housing.

На фиг. 3 изображена функциональная схема работы двигателя на примере четырехтактного цикла (механизм показан упрощенно).In FIG. 3 shows a functional diagram of the engine on the example of a four-cycle cycle (the mechanism is shown simplified).

На фиг. 4 показана функциональная схема работы шлюзов (механизм показан упрощенно) на примере 10 последовательных положений поршня и шлюзовой камеры. 10 положений механизма обозначены буквами от А до J.In FIG. 4 shows a functional diagram of the operation of the locks (the mechanism is shown simplistically) using 10 consecutive positions of the piston and the lock chamber as an example. 10 positions of the mechanism are indicated by letters from A to J.

На фиг. 5 изображены сечения шлюзовой камеры для положений А и С. Сечение для положения А обозначено М-М и показывает пустую шлюзовую камеру. Сечение для положения С обозначено N-N и показывает шлюзовую камеру с поршнем в ней.In FIG. 5 shows sections of a lock chamber for positions A and C. The section for position A is designated MM and shows an empty lock chamber. The cross section for position C is denoted by N-N and shows a lock chamber with a piston in it.

На фиг. 6 изображен шлюз двигателя.In FIG. 6 shows a motor lock.

На фиг. 7 изображен привод шлюза, обеспечивающий его поворот.In FIG. 7 shows the drive gateway, providing its rotation.

На фиг. 8 изображена схема движения поршня в шлюзовой камере. Показаны 4 последовательные положения поршня и шлюзовой камеры. Эти положения обозначены буквами S, Т, U и V.In FIG. 8 shows a diagram of the movement of a piston in a lock chamber. 4 consecutive piston and lock chamber positions are shown. These positions are indicated by the letters S, T, U and V.

На фиг. 9 для названных четырех положений S, Т, U и V показаны положения поршня в шлюзовой камере, иллюстрирующие относительное движение поршня - движение поршня относительно шлюза.In FIG. 9, the aforementioned four positions S, T, U, and V show the positions of the piston in the lock chamber, illustrating the relative movement of the piston — the movement of the piston relative to the lock.

На фиг. 10 для названных четырех положений S, Т, U и V показана иллюстрация переносного движения поршня - движение поршня, обеспечиваемое движением шлюза.In FIG. 10 for the above four positions S, T, U and V, an illustration of the portable movement of a piston is shown — the movement of the piston provided by the movement of the airlock.

На фиг. 11 для названных четырех положений S, Т, U и V показано движение ротора, определяющее итоговое вращение выходного вала.In FIG. 11, for the four positions S, T, U, and V mentioned, the rotor movement is shown, which determines the final rotation of the output shaft.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Предлагается роторный двигатель, содержащий четыре основных элемента:A rotary engine containing four main elements is proposed:

- кольцевой замкнутый торообразный цилиндр,- annular closed toroidal cylinder,

- шлюзы, разделяющие внутреннюю полость цилиндра на отдельные зоны,- locks dividing the internal cavity of the cylinder into separate zones,

- поршни,- pistons

- подвижный кольцевой элемент боковой стенки цилиндра, исполняющий роль ротора и служащий для передачи усилия от поршней выходному валу.- a movable annular element of the side wall of the cylinder, acting as a rotor and serving to transfer force from the pistons to the output shaft.

Шлюзы разделяют различные рабочие зоны цилиндра, но способны, поворачиваясь, беспрепятственно пропускать поршни из одной зоны в другую.The locks share the various working zones of the cylinder, but are capable of turning the pistons from one zone to another without hindrance.

Каждая рабочая зона ограничивается с одной стороны шлюзом, с другой стороны -поршнем.Each working area is limited on one side by a gateway, on the other hand by a piston.

В терминах, характерных для описания роторно-лопастных двигателей, вращающийся кольцевой элемент, обеспечивающий и кинематическую, и силовую связь между поршнем и выходным валом, исполняет роль ротора двигателя.In terms characteristic of describing rotary vane engines, a rotating annular element providing both kinematic and force coupling between the piston and the output shaft acts as the engine rotor.

Поршень, в таком случае, исполняет роль лопасти роторного двигателя.The piston, in this case, plays the role of a rotary engine blade.

Важно отметить следующие особенности предлагаемой конструктивной схемы.It is important to note the following features of the proposed design scheme.

1. В предлагаемой конструкции двигателя движение рабочего органа - поршня - представляет собой однонаправленное движение по каналу кольцевого цилиндра. И при переносе поршня шлюзовой камерой, когда поршень проворачивается, его результирующее движение, определяемое наложением относительного движения поршня по каналу шлюза и переносного движения поршня, придаваемого вращением шлюзовой камеры, всегда содержит составляющую скорости, касательную к условной кольцевой оси цилиндра двигателя. И даже в тот момент, когда поршень в шлюзе останавливает свое движение во время поворота шлюза, останавливается лишь относительное движение поршня, а переносное движение, сообщаемое поршню вращением шлюза, обеспечивает необходимую для безостановочного вращения выходного вала окружную составляющую скорости (Фиг. 10). Таким образом, поршень в любой момент осуществляет непрерывное однонаправленное движение по цилиндру. Термин «однонаправленное движение» используется для обозначения замкнутого вращательного движения вдоль по кольцевому цилиндру и не должен рассматриваться в качестве аналога термина «прямолинейное». Термин «вращение» для движения поршня не используется, т.к. под вращением понимается движение по кругу, а поршень при движении в шлюзе суммарно совершает сложное движение. Кроме того, в общем случае кольцевой цилиндр может быть не круговым.1. In the proposed engine design, the movement of the working body - the piston - is a unidirectional movement along the channel of the annular cylinder. And when the piston is transported by the lock chamber, when the piston is rotated, its resulting movement, determined by the superposition of the relative piston motion along the lock channel and the portable piston motion imparted by the rotation of the lock chamber, always contains a velocity component tangent to the conditional annular axis of the engine cylinder. And even at the moment when the piston in the lock stops its movement during the rotation of the lock, only the relative movement of the piston stops, and the portable movement imparted by the rotation of the lock to the piston provides the peripheral speed component necessary for non-stop rotation of the output shaft (Fig. 10). Thus, the piston at any time carries out continuous unidirectional movement along the cylinder. The term "unidirectional movement" is used to denote a closed rotational movement along an annular cylinder and should not be construed as an analogue of the term "rectilinear". The term "rotation" for the movement of the piston is not used, because rotation means movement in a circle, and the piston, when moving in the gateway, makes a complex movement in total. In addition, in the General case, the annular cylinder may not be circular.

2. В предлагаемой конструкции двигателя отсутствуют самые высоконагруженные элементы современного двигателя. В ней нет необходимости в клапанном механизме. В ней нет кривошипно-шатунного механизма.2. The proposed engine design lacks the most highly loaded elements of a modern engine. There is no need for a valve mechanism. It does not have a crank mechanism.

3. Самый ответственный элемент предлагаемой конструкции - поворотный шлюз -никогда при своем движении не преодолевает основных усилий, возникающих в двигателе, как это, например, происходит в клапанном механизме классического двигателя внутреннего сгорания.3. The most important element of the proposed design - the rotary gateway - never during its movement does not overcome the main forces arising in the engine, as, for example, occurs in the valve mechanism of a classic internal combustion engine.

Шлюз в своем движении ни в каком положении не преодолевает усилие рабочего давления. Привод шлюза не является силовым элементом. Его предназначение - исключительно кинематическое. Высоких требований по прочности или по усталостной прочности (выносливости) к этому устройству не предъявляется. Это принципиально отличает его как от механизма согласования движения лопастей - самого слабого элемента известных конструкций роторно-лопастных двигателей, так и от привода фиксаторов у прототипа.The lock in its movement does not overcome the pressure of the working pressure in any position. The gateway drive is not a power element. Its purpose is exclusively kinematic. There are no high requirements for strength or fatigue strength (endurance) to this device. This fundamentally distinguishes it both from the mechanism for coordinating the movement of the blades - the weakest element of the known designs of rotary vane engines, and from the drive of the clamps of the prototype.

4. Поршень всегда перемещается по направлению вращения выходного вала и, в принципе, не имеет положений, аналогичных верхней и нижней мертвым точкам кривошипно-шатунного механизма с их максимальными нагрузками на шейки коленчатого вала.4. The piston always moves in the direction of rotation of the output shaft and, in principle, does not have positions similar to the upper and lower dead points of the crank mechanism with their maximum loads on the necks of the crankshaft.

Это определяет и существенно более простую, а значит и более дешевую конструкцию, и менее жесткие требования к используемым материалам, и снижение требований к используемым смазкам, и менее жесткие требования к строгости поддержания температурного режима. Меньшая опасность перегрева двигателя позволяет провести упрощение системы охлаждения.This determines a much simpler, and therefore cheaper design, and less stringent requirements for the materials used, and a decrease in the requirements for the used lubricants, and less stringent requirements for the severity of maintaining the temperature regime. Less risk of overheating of the engine allows simplification of the cooling system.

5. Предлагаемая схема работы двигателя, в которой половина кольцевого цилиндра никогда не содержит горящих газов, а шлюзы позволяют конструктивно разделить цилиндр на отдельные элементы, дает возможность рассматривать нетрадиционные решения. Например - различные по интенсивности системы охлаждения разных частей цилиндра. И даже различные по теплостойкости (а следовательно - по стоимости) материалы, используемые для изготовления разных частей одного и того же цилиндра.5. The proposed engine operation scheme, in which half of the annular cylinder never contains burning gases, and the locks allow constructively dividing the cylinder into separate elements, makes it possible to consider non-traditional solutions. For example, cooling systems of different parts of the cylinder with different intensities. And even materials of different heat resistance (and therefore cost) that are used to make different parts of the same cylinder.

6. Кинематическая схема предлагаемой конструкции не налагает существенных ограничений на размеры элементов. Поперечный размер цилиндра (условно, по аналогии с известными решениями, у которых поперечное сечение цилиндра и поршень являются круговыми, можно условно назвать его «диаметром» и длина цилиндра (можно рассматривать ее, как аналог известного понятия «хода поршня») могут варьироваться в самых широких пределах, что позволяет выбирать оптимальный режим горения смеси и наиболее эффективный вариант работы двигателя.6. The kinematic diagram of the proposed design does not impose significant restrictions on the size of the elements. The cross-sectional size of the cylinder (conditionally, by analogy with the well-known solutions, in which the cross-section of the cylinder and the piston are circular, we can arbitrarily call it “diameter” and the length of the cylinder (we can consider it as an analogue of the well-known concept of “stroke of the piston”) wide limits, which allows you to choose the optimal combustion mode of the mixture and the most effective option for the engine.

Предлагаемая конструкция использует те же физические принципы и термодинамические циклы, что и классические двигатели внутреннего сгорания. Это означает, что на ее основе может быть изготовлен и четырехтактный, и двухтактный двигатель. Он может быть и бензиновым, и дизельным, и работать на газообразном топливе. Более того, эта же конструктивная схема может быть использована и для двигателя внешнего сгорания, и для других механизмов, например для насосов. Ниже, в качестве примера, и в тексте, и в иллюстрациях будет рассматриваться вариант четырехтактного рабочего цикла что сделано для наглядности примеров и не должно ограничивать универсальность защищаемой конструктивной схемы.The proposed design uses the same physical principles and thermodynamic cycles as classic internal combustion engines. This means that a four-stroke and two-stroke engine can be made on its basis. It can be both gasoline and diesel, and run on gaseous fuels. Moreover, the same structural scheme can be used for an external combustion engine, and for other mechanisms, for example for pumps. Below, as an example, both in the text and in the illustrations, a four-cycle duty cycle will be considered, which is done for illustrative purposes and should not limit the versatility of the protected design scheme.

Основные элементы, обеспечивающие работу механизмов двигателя представлены на фиг. 1. На фиг. 2 эти же элементы показаны в корпусе двигателя.The main elements ensuring the operation of engine mechanisms are shown in FIG. 1. In FIG. 2, these same elements are shown in the engine housing.

Рассмотрим рабочий цикл такого двигателя (Фиг. 3).Consider the duty cycle of such an engine (Fig. 3).

При работе двигателя в любой момент времени кольцевой цилиндр содержит 4When the engine is running at any time, the annular cylinder contains 4

зоны:zones:

Первая область (на схеме Фиг. 3 - область «w») - зона наполнения камеры сгорания горючей смесьюThe first region (in the diagram of Fig. 3 - region "w") is the zone of filling the combustion chamber with a combustible mixture

Вторая область (на схеме Фиг. 3 - область «х») - зона сжатия горючей смеси.The second region (in the diagram of Fig. 3 - region "x") is the compression zone of the combustible mixture.

Третья область (на схеме Фиг. 3 - область «у») - зона горения (расширения) горючей смеси.The third region (in the diagram of Fig. 3 is the region “y”) is the combustion zone (expansion) of the combustible mixture.

Четвертая область (на схеме Фиг. 3 - область «z») - зона выпуска отработанных газов.The fourth region (in the diagram of Fig. 3 is the region "z") is the exhaust gas discharge zone.

Все 4 цикла одновременно присутствуют в соответствующих частях кольцевого цилиндра. Это означает, что предлагаемая конструкция с одним цилиндром аналогична четырехцилиндровому поршневому двигателю с кривошипно-шатунным механизмом преобразования возвратно поступательного движения во вращательное.All 4 cycles are simultaneously present in the corresponding parts of the annular cylinder. This means that the proposed design with one cylinder is similar to a four-cylinder piston engine with a crank mechanism for converting reciprocating motion into rotational motion.

Опишем цикл на примере движения поршня 2.We describe the cycle as an example of the movement of the piston 2.

На участке «w» поршень всасывает горючую смесь через впускной канал одновременно сжимая такую же смесь на участке «х».In section "w", the piston sucks the combustible mixture through the inlet channel while simultaneously compressing the same mixture in section "x".

При движении по кольцевому каналу цилиндра поршень входит в закрытый с одной стороны канал шлюзовой камеры 3.When moving along the annular channel of the cylinder, the piston enters the channel of the lock chamber 3 closed on one side.

После этого шлюзовая камера, поворачиваясь, переносит поршень из области «w-x» b область «у-z» (Фиг. 3).After that, the lock chamber, turning, transfers the piston from the region “w-x” b region “y-z” (Fig. 3).

Следует обратить внимание, что даже в тот момент, когда канал шлюзовой камеры, по которому перемещается поршень, оказывается направленным по радиусу кольцевого цилиндра, и собственная скорость поршня относительно канала оказывается направленной поперек направления вращения выходного вала, переносное движение добавляет поршню за счет движения шлюзовой камеры составляющую скорости, направленную по касательной к направлению вращения выходного вала, чем обеспечивает непрерывное однонаправленное вращение выходного вала (см. Фиг. 8-11).It should be noted that even at the moment when the channel of the lock chamber along which the piston moves is directed along the radius of the annular cylinder and the natural speed of the piston relative to the channel is directed across the direction of rotation of the output shaft, the portable movement adds to the piston due to the movement of the lock chamber a speed component tangential to the direction of rotation of the output shaft, thereby providing continuous unidirectional rotation of the output shaft (see Fig. 8-11).

Продолжая движение, поршень выходит из канала шлюзовой камеры в область «у-z» кольцевого цилиндра. В зоне «у» горючая смесь воспламеняется, происходит ее расширение, обеспечивающее рабочий ход.Continuing the movement, the piston leaves the channel of the lock chamber in the "y-z" region of the annular cylinder. In the zone “u”, the combustible mixture ignites, it expands, providing a working stroke.

В это время из зоны «z» отработанная горючая смесь выталкивается поршнем через выхлопное отверстие «о». В завершение этого цикла поршень входит в канал следующей шлюзовой камеры 1.At this time, from the zone “z” the spent fuel mixture is pushed out by the piston through the exhaust outlet “o”. At the end of this cycle, the piston enters the channel of the next lock chamber 1.

Вторая шлюзовая камера, поворачиваясь, переносит поршень из области «у-z» в область «w-x».The second lock chamber, turning, transfers the piston from the “y-z” region to the “w-x” region.

Далее рабочий цикл повторяется.Next, the work cycle is repeated.

В любой момент времени в зоне «у» происходит рабочий ход с воспламенением горючей смеси.At any moment in time in the zone "y" there is a working stroke with the ignition of the combustible mixture.

Работа шлюзовой камеры по обеспечению беспрепятственного прохода поршня по каналу цилиндра является важнейшей особенностью предлагаемого решения, поэтому этот процесс детально показан на десяти положениях механизма, изображенных на Фиг. 4. А для двух из названных положений на Фиг. 5 показаны сечения шлюзовой камеры. На первом из них (М-М) шлюз пуст, а на втором (N-N) в шлюзовой камере 3 находится поршень 2.The operation of the lock chamber to ensure unhindered passage of the piston through the cylinder channel is an important feature of the proposed solution, therefore this process is shown in detail at ten positions of the mechanism depicted in FIG. 4. And for two of these positions in FIG. 5 shows sections of a lock chamber. On the first of them (MM) the lock is empty, and on the second (N-N) in the lock chamber 3 there is a piston 2.

Шлюзовая камера хоть и не несет силовых функций, но является важнейшим элементом конструкции. Поэтому на Фиг. 6 подробно показано одно из возможных конкретных конструктивных решений для этого узла.The lock chamber, although it does not carry power functions, is an essential structural element. Therefore, in FIG. 6 shows in detail one of the possible specific design solutions for this site.

В зависимости от характеристик конкретного двигателя (например - от числа оборотов) может быть использован или показанный кулачковый вариант привода механизма поворота шлюза, или зубчатая передача, или любой другой механизм. На Фиг. 7 показан один из вариантов привода механизма поворота шлюзовой камеры. Он использует кулачковый механизм.Depending on the characteristics of a particular engine (for example, the number of revolutions), either the shown cam version of the drive of the gateway rotation mechanism, or a gear transmission, or any other mechanism can be used. In FIG. 7 shows one of the options for the drive mechanism of rotation of the lock chamber. He uses a cam mechanism.

На Фиг. 1 показаны элементы кинематической цепи, определяющей однозначную механическую связь между поршнем, ротором и через выходной вал - приводом механизма поворота шлюзовой камеры.In FIG. Figure 1 shows the elements of a kinematic chain that determines a unique mechanical connection between the piston, rotor and, through the output shaft, the drive of the lock chamber rotation mechanism.

К моменту, когда поршень приближается к шлюзовой камере, кулачковый механизм фиксирует шлюз и гарантирует совмещение каналов цилиндра и шлюза для беспрепятственного прохода поршня в канал шлюза. Затем этот привод поворачивает шлюз с поршнем. И, в заключение, привод фиксирует шлюз, совмещая канал шлюза с каналом цилиндра следующей камеры. Эти три этапа проиллюстрированы на Фиг. 7.By the time the piston approaches the lock chamber, the cam mechanism locks the lock and ensures the combination of the cylinder channels and the lock for unhindered passage of the piston into the lock channel. Then this drive rotates the gateway with a piston. And, in conclusion, the drive locks the gateway, combining the channel of the gateway with the cylinder channel of the next chamber. These three steps are illustrated in FIG. 7.

Claims (1)

Роторный двигатель внутреннего сгорания с тороидальным рабочим цилиндром и однонаправленным вращательным движением лопастей (поршней), в котором цилиндр разделяется на рабочие камеры парами элементов, каждая из которых состоит из лопасти (поршня) и шлюзовой камеры, отличающийся тем, что механизм движения шлюзовой камеры обеспечивает возможность беспрепятственного управляемого перемещения лопасти (поршня) и газовой смеси вдоль по цилиндру с сохранением сжатия и состава сжатой газовой смеси.A rotary internal combustion engine with a toroidal working cylinder and unidirectional rotational movement of the blades (pistons), in which the cylinder is divided into working chambers by pairs of elements, each of which consists of a blade (piston) and a lock chamber, characterized in that the lock chamber movement mechanism allows unobstructed controlled movement of the blade (piston) and the gas mixture along the cylinder while maintaining compression and composition of the compressed gas mixture.
RU2015107304A 2015-03-03 2015-03-03 Revolving rotary-piston engine RU2628813C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107304A RU2628813C2 (en) 2015-03-03 2015-03-03 Revolving rotary-piston engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107304A RU2628813C2 (en) 2015-03-03 2015-03-03 Revolving rotary-piston engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015107304A RU2015107304A (en) 2016-09-27
RU2628813C2 true RU2628813C2 (en) 2017-08-22

Family

ID=57018216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015107304A RU2628813C2 (en) 2015-03-03 2015-03-03 Revolving rotary-piston engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2628813C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2651177A (en) * 1948-11-02 1953-09-08 Pridham James Everard Rotary piston internal-combustion engine
US3924980A (en) * 1974-08-01 1975-12-09 Gordon Torquer Ltd Low friction, controlled leakage rotary engine
RU2109169C1 (en) * 1995-10-24 1998-04-20 Владимир Васильевич Лычев Bladed-rotor energy transfer and conversion facility

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2651177A (en) * 1948-11-02 1953-09-08 Pridham James Everard Rotary piston internal-combustion engine
US3924980A (en) * 1974-08-01 1975-12-09 Gordon Torquer Ltd Low friction, controlled leakage rotary engine
RU2109169C1 (en) * 1995-10-24 1998-04-20 Владимир Васильевич Лычев Bladed-rotor energy transfer and conversion facility

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015107304A (en) 2016-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2439333C1 (en) Rotary piston machine of volumetric expansion
CA2518418C (en) Internal combustion engine and method
US6305345B1 (en) High-output robust rotary engine with a symmetrical drive and improved combustion efficiency having a low manufacturing cost
RU2528796C2 (en) Internal combustion engine: six-stroke rotary engine with spinning gates, separate rotor different-purpose sections, invariable volume combustion chambers arranged in working rotors
JP2013527355A (en) Rotating piston steam engine with balanced rotary variable intake cutoff valve and second expansion with no back pressure in the first expansion
US4419057A (en) Rotary piston motor
RU2054122C1 (en) Rotor-vane engine
CN201068818Y (en) Blade wheel internal combustion engine
WO2003008764A1 (en) The oscillating-rotary engine
RU2628813C2 (en) Revolving rotary-piston engine
MX2013007979A (en) Inner combustion radial engine.
RU159483U1 (en) "NORMAS" INTERNAL COMBUSTION ENGINE. OPTION - XB - 89
RU2477377C2 (en) Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers
CN110546359A (en) Mechanism with rotating blades
ITMI20101632A1 (en) ROTARY ENDOTHERMAL MOTOR WITH REDUCER AND WITH PISTONS THAT CONTROL CYCLE PHASES.
RU2477376C2 (en) Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with rotary gates, separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers
RU2496998C2 (en) Rotary-vane ice
Karhula Cardan gear mechanism versus slider-crank mechanism in pumps and engines
RU2539412C1 (en) Rotary two-chamber internal combustion engine
RU2524795C2 (en) Rotary internal combustion engine
RU2067187C1 (en) Torus-ring piston machine
RU2134357C1 (en) Rotary internal combustion engine
RU2305785C2 (en) Multirotor internal combustion engine
WO2016092379A1 (en) A rotary four stroke internal combustion engine
RU3785U1 (en) TWO-STROKE AXIAL PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE "UGATU-MOTOR"

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190304

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20191218