RU2146008C1 - Rotary engine and method of its operation (versions) - Google Patents
Rotary engine and method of its operation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146008C1 RU2146008C1 RU97104115A RU97104115A RU2146008C1 RU 2146008 C1 RU2146008 C1 RU 2146008C1 RU 97104115 A RU97104115 A RU 97104115A RU 97104115 A RU97104115 A RU 97104115A RU 2146008 C1 RU2146008 C1 RU 2146008C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- heating
- expansion
- gas
- compression
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области энергетики и могут быть применены в тепловых двигателях разнообразного назначения, включая двигатели наземного, воздушного, подводного транспорта, космические энергоустановки и мощные агрегаты промышленных ТЭЦ. The invention relates to the field of energy and can be applied in various types of thermal engines, including ground, air, underwater transport engines, space power plants and powerful units of industrial thermal power plants.
Из патентной литературы известны роторные двигатели:
[1] (SU, авторское свидетельство 1252509, кл. F 01 C 21/16, 23.08.86);
[2] (SU, авторское свидетельство 1414964, кл. F 02 B 55/00, 07.08.88);
[3] (RU, патент 2013589, кл. F 02 B 53/00, 27.10.96) - принятый в качестве прототипа.Rotary engines are known from the patent literature:
[1] (SU, copyright certificate 1252509, CL F 01 C 21/16, 08.23.86);
[2] (SU, copyright 1414964, cl. F 02 B 55/00, 08/07/08);
[3] (RU, patent 2013589, class F 02 B 53/00, 10.27.96) - adopted as a prototype.
[4] (SU, заявка 94045350, кл. F 02 B 53/00, 27.10.96), содержащие корпус с внутренней полостью, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими расточками, в которых установлены с возможностью однонаправленного синхронного вращения ведущий ротор с уплотняющим выступом и ведомый ротор с двумя уплотняющими кромками и впадиной на внешней цилиндрической поверхности, кинематически связанные синхронизирующими шестернями. [4] (SU, application 94045350, class F 02 B 53/00, 10.27.96), comprising a housing with an internal cavity formed by two intersecting cylindrical bores in which a leading rotor with a sealing protrusion and a driven one are mounted with unidirectional synchronous rotation a rotor with two sealing edges and a hollow on the outer cylindrical surface, kinematically connected by synchronizing gears.
В торцевых крышках корпуса выполнены впускные окна для продувки воздухом камеры сжатия, выпускные окна расположены в обечайке корпуса, камера сгорания находится внутри ведомого ротора. Профили роторов сопряжены между собой с минимальными зазорами и образуют таким образом рабочие камеры сжатия и расширения с бесконтактными уплотнениями. В отличие от известных планетарных схем простое вращательное движение роторов обеспечивает их высокие окружные скорости (50. ..150 м/с) и определяет уникальные массогабаритные показатели двигателя (удельная масса менее 0,1 кг/кВт). Кроме того, бесконтактные уплотнения - это наиболее прямой и эффективный путь создания адиабатного двигателя, радикальное решение проблем износа, ресурса, смазки, надежности, экономичности и экологичности двигателя. Inlet caps of the housing have inlet windows for purging the compression chambers with air, exhaust windows are located in the shell of the housing, the combustion chamber is located inside the driven rotor. The rotor profiles are interconnected with minimal gaps and thus form working compression and expansion chambers with non-contact seals. In contrast to the known planetary schemes, the simple rotational movement of the rotors ensures their high peripheral speeds (50 ... 150 m / s) and determines the unique mass and size characteristics of the engine (specific weight less than 0.1 kg / kW). In addition, non-contact seals are the most direct and effective way to create an adiabatic engine, a radical solution to the problems of wear, life, lubrication, reliability, efficiency and environmental friendliness of the engine.
Например, в изобретении [1] минимизация зазоров обеспечена беззазорной синхронизирующей передачей; устройство [2] реализует активное управление зазором с обратной связью путем регулирования теплового режима корпуса; патент [3] содержит описание особой лабиринтной структуры, обеспечивающей "реверс-эффект", т.е. возврат утечек в процессе расширения обратно в камеру расширения; в заявке [4] содержится способ уплотнения рабочих камер двигателя непосредственно в процессе работы путем конденсации и скоростного истирания в зазорах относительно мягких веществ. Однако использование рекуперации в двигателях упомянутых выше схем затруднительно, поскольку камера сгорания у них расположена внутри ведомого ротора и выполнить соединительные каналы между камерой сгорания (нагрева) и теплообменником-рекуператором непросто. Кроме того, известные роторные двигатели малой мощности (менее 100 кВт) характеризуются высокой частотой вращения вала (n ≈ 18000 об/мин), обеспечить при этом качественное и полное сгорание топлива, особенно при непосредственном впрыске его в камеру сгорания, сложно. For example, in the invention [1], the clearance minimization is provided by a gapless synchronization transmission; the device [2] implements active feedback gap control by regulating the thermal regime of the housing; The patent [3] contains a description of a special labyrinth structure providing a "reverse effect", i.e. return leaks during the expansion process back to the expansion chamber; in the application [4] contains a method of sealing the working chambers of the engine directly during operation by condensation and high-speed abrasion in the gaps of relatively soft substances. However, the use of recovery in the engines of the above schemes is difficult, since the combustion chamber is located inside the driven rotor and it is not easy to make the connecting channels between the combustion (heating) chamber and the heat exchanger-recuperator. In addition, the known low-power rotary engines (less than 100 kW) are characterized by a high shaft rotation frequency (n ≈ 18000 rpm), and it is difficult to ensure high-quality and complete combustion of fuel, especially when it is directly injected into the combustion chamber.
Задачей изобретения является повышение топливной экономичности и экологичности роторных двигателей. The objective of the invention is to increase fuel efficiency and environmental friendliness of rotary engines.
Технический результат достигается тем, что роторный двигатель содержит корпус, во внутренней полости которого с возможностью однонаправленного вращения установлены ведущий ротор с уплотняющим выступом и ведомый ротор с двумя уплотняющими кромками и впадиной на внешней цилиндрической поверхности. Профили роторов выполнены винтовыми. Двигатель содержит камеру нагрева, расположенную в корпусе, снабженную теплообменником с внешним подводом тепла или топливной форсункой и свечой зажигания и сообщенную с камерами сжатия и расширения через распределительные перепускные каналы, выполненные на ведомом роторе и в корпусе. В корпусе роторного двигателя выполнена предкамера, вход которой сообщен через перепускные каналы с камерой сжатия, а выход предкамеры сообщен с камерой нагрева через дополнительный перепускной канал, выполненный на ведомом роторе. Предкамера может быть выполнена в виде вихревой трубы с топливной форсункой. В предкамере установлен теплообменник-рекуператор, вход греющего тракта которого соединен с выпускным патрубком двигателя, а выход - с внешней атмосферой или через холодильник с впускным патрубком двигателя. Распределительные перепускные каналы выполнены на внешней цилиндрической поверхности ведомого ротора в виде выемок с ребрами - переборками, при этом выемки тракта сжатия сообщены через отверстие с камерой расширения. Двигатель может содержать по меньшей мере две секции, при этом одноименные винтовые роторы секций имеют разное направление винтовой линии. Объем предкамеры соответствует одному или нескольким объемам единичных зарядов сжатого газа из камеры сжатия. The technical result is achieved in that the rotary engine comprises a housing, in the inner cavity of which, with the possibility of unidirectional rotation, a driving rotor with a sealing protrusion and a driven rotor with two sealing edges and a cavity on the outer cylindrical surface are installed. The rotor profiles are made screw. The engine contains a heating chamber located in the housing, equipped with a heat exchanger with an external heat supply or fuel nozzle and spark plug and communicated with compression and expansion chambers through distribution bypass channels made on the driven rotor and in the housing. A precamera is made in the rotor engine housing, the input of which is communicated through the bypass channels with the compression chamber, and the precamera output is communicated with the heating chamber through an additional bypass channel made on the driven rotor. The pre-chamber can be made in the form of a vortex tube with a fuel nozzle. A heat exchanger-recuperator is installed in the pre-chamber, the input of the heating path of which is connected to the exhaust pipe of the engine, and the output is connected to the external atmosphere or through a refrigerator with the engine intake pipe. Distribution bypass channels are made on the outer cylindrical surface of the driven rotor in the form of grooves with ribs - bulkheads, while the grooves of the compression path are communicated through an opening with an expansion chamber. The engine may contain at least two sections, while the same screw rotors of the sections have a different direction of the helix. The volume of the prechamber corresponds to one or more volumes of unit charges of compressed gas from the compression chamber.
Предложенный способ работы двигателя, включает в себя следующие процессы. The proposed method of engine operation includes the following processes.
В камере сжатия осуществляют предварительное сжатие, соединяют камеру сжатия с предкамерой с рекуператором и камерой нагрева и производят дополнительное сжатие с подогревом в рекуператоре, отсоединяют камеру нагрева от предкамеры и камеры расширения и производят нагрев газа при постоянном объеме. Затем соединяют камеру нагрева с камерой расширения и производят расширение газа до давления меньше, чем в предкамере, соединяют предкамеру с камерой нагрева и продувают ее сжатым газом из предкамеры, отсоединяют камеру расширения от камеры нагрева и продолжают расширение с последующим выпуском. In the compression chamber, preliminary compression is carried out, the compression chamber with the prechamber is connected to the recuperator and the heating chamber, and additional compression is heated in the recuperator, the heating chamber is disconnected from the prechamber and the expansion chamber, and gas is heated at a constant volume. Then, the heating chamber is connected to the expansion chamber and gas is expanded to a pressure lower than in the prechamber, the prechamber is connected to the heating chamber and blown with compressed gas from the prechamber, the expansion chamber is disconnected from the heating chamber and expansion continues, followed by exhaustion.
Заявлен еще один способ работы двигателя, включающий следующие процессы. Declared another method of engine operation, including the following processes.
В камере сжатия осуществляют предварительное сжатие, затем соединяют камеру сжатия с предкамерой с рекуператором и осуществляют сжатие газа с подогревом его в рекуператоре, соединяют камеру нагрева с камерой расширения и осуществляют предварительное расширение нагретого ранее заряда до давления меньше, чем в предкамере, соединяют камеру нагрева с предкамерой и осуществляют расширение газа из предкамеры в камеру нагрева, отсоединяют камеру нагрева от предкамеры и камеры расширения и подводят тепло к газу, соединяют камеру нагрева с камерой расширения и осуществляют расширение газа до давления меньше, чем в предкамере, соединяют предкамеру с камерой нагрева и продолжают расширение газа до вытеснения нагретого газа из камеры нагрева свежим зарядом, отсоединяют камеру расширения от камеры нагрева и продолжают расширение нагретого газа в камере расширения с последующим выпуском. In the compression chamber, preliminary compression is carried out, then the compression chamber is connected to the prechamber with the recuperator and gas is compressed with heating in the recuperator, the heating chamber is connected to the expansion chamber and preliminary expansion of the previously heated charge to a pressure lower than in the prechamber is performed, the heating chamber is connected to the prechamber and expand the gas from the prechamber to the heating chamber, disconnect the heating chamber from the prechamber and the expansion chamber and supply heat to the gas, connect the heating chamber to In order to expand it, they expand gas to a pressure lower than in the pre-chamber, connect the pre-chamber to the heating chamber and continue expanding the gas until the heated gas is displaced from the heating chamber with a fresh charge, disconnect the expansion chamber from the heating chamber and continue the expansion of the heated gas in the expansion chamber with subsequent release .
На фиг. 1 изображен двигатель в поперечном разрезе по C-C и в плоскости торца ведущего ротора; на фиг. 2 - разрез по A-A; на фиг. 3 - вид B; на фиг. 4 - разрез по E-E в фазе начала процесса расширения; на фиг. 5 - вариант двигателя с длительным процессом нагрева (сгорания) заряда; на фиг. 6 - разрез по M-M; на фиг. 7 - разрез по K-K; на фиг. 8 - разрез по K-K для варианта с дисковым золотником; на фиг. 9 изображен вариант двухсекционного двигателя; на фиг. 10 приведена конструкция уплотнения с газовой смазкой. In FIG. 1 shows a motor in cross section along C-C and in the plane of the end face of the driving rotor; in FIG. 2 is a section along A-A; in FIG. 3 - view B; in FIG. 4 - section along the E-E in the phase of the beginning of the expansion process; in FIG. 5 - version of the engine with a long process of heating (combustion) of the charge; in FIG. 6 is a section along M-M; in FIG. 7 is a section along K-K; in FIG. 8 is a section along K-K for a variant with a disk spool; in FIG. 9 shows a variant of a two-section engine; in FIG. 10 shows the design of a gas lubricated seal.
Двигатель содержит корпус 1 с крышками 2,3. Во внутренней полости корпуса, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими расточками, на подшипниках 4 установлены ведущий ротор 5 с уплотняющим выступом и ведомый ротор 6 с двумя уплотняющими кромками и впадиной на внешней цилиндрической поверхности. Роторы кинематически связаны синхронизирующей передачей, обеспечивающей их однонаправленное вращение с равной угловой скоростью (не изображена). В торцевых крышках имеются окна 7, соединенные с впускными патрубками 8. В обечайке корпуса выполнены выпускные окна 9, соединенные каналом 10 с лопаточным венцом турбины 11 активного типа, выполненным за одно целое с маховиком, неподвижно установленным на валу 12 ведущего ротора. Выход турбины 11 является направляющим аппаратом для турбины 13 турбокомпрессора наддува. В корпусе выполнены предкамера 14 и камера нагрева 15 с теплоизоляцией 16, которая может быть в виде камеры сгорания со свечой зажигания и топливной форсункой 17 или содержать противоточный нагреватель-теплообменник с внешним подводом тепла (например, подобно нагревателю двигателя Стирлинга). В предкамере 14 размещен рекуператор в виде противоточного компактного теплообменника 18, выполненного, например, в виде гофрированного листа из жаропрочной стали, причем гофры имеют еще и мелкие рифления, которыми они, перекрещиваясь, соприкасаются между собой во множестве точек и обеспечивают восприятие значительных перепадов давления. Греющий тракт 19 рекуператора патрубком 20 соединен с выпускным газопроводом турбины 13, а патрубком 21 - с холодильником (не показан) и последовательно с впускным патрубком турбокомпрессора (при замкнутом цикле). При разомкнутом цикле патрубок 21 соединен с атмосферой, которая выполняет функции большого холодильника. Объем предкамеры выполняется из условия размещения в нем одного заряда сжатого воздуха, нагнетаемого в предкамеру из камеры сжатия за один цикл. The engine contains a housing 1 with covers 2.3. In the inner cavity of the housing, formed by two intersecting cylindrical bores, the
Объем единичного заряда газа Vг.п. в предкамере определяется зависимостью:
где Vк.с. - объем камеры сжатия;
ηv - объемный КПД в процессе сжатия и вытеснения газа в предкамеру;
ε - степень сжатия газа в камере сжатия в конце вытеснения его в предкамеру.Volume of a single gas charge V g.p. in the pre-chamber is determined by the dependence:
where V c.p. - volume of the compression chamber;
η v - volumetric efficiency in the process of compression and displacement of gas in the chamber;
ε is the degree of compression of the gas in the compression chamber at the end of its displacement in the chamber.
Профили роторов в осевом направлении закручены по винтовой линии; угол закрутки торцев в пределах длины рабочей камеры на фиг. 1, 2 составляет примерно 30o. Исполнение роторов винтовыми позволяет устранить чрезмерно высокие скорости газа и гидродинамические потери в конце процесса сжатия и в начале процесса расширения, повысить плавность работы и равномерность крутящего момента.The axial rotor profiles are twisted along a helical line; the angle of twist of the ends within the length of the working chamber in FIG. 1, 2 is approximately 30 o . The screw rotors make it possible to eliminate excessively high gas velocities and hydrodynamic losses at the end of the compression process and at the beginning of the expansion process, to increase smoothness of work and uniformity of torque.
На одном из цилиндрических концов внешней поверхности ведомого ротора выполнены перепускные распределительные каналы в виде выемок 22 с продольными ребрами-переборками 23. Выемки в конце процесса сжатия каналами 24 в крышке корпуса соединены со входом предкамеры и отверстием 25 в роторе сообщены с камерой расширения после фазы процесса расширения, соответствующей падению давления в камере расширения до уровня меньше давления в предкамере. На другом конце ведомого ротора выполнены перепускные каналы-выемки 26, посредством которых и отверстий 27, 28 предкамера 14 в процессе сжатия сообщена со входом камеры нагрева (сгорания) 15. Камера нагрева имеет форму сферы, компактного цилиндра или другого тела вращения, вход в нее 28 и выход 29 расположены тангенциально и разнесены в осевом направлении для обеспечения условий прямоточно-вихревой продувки; в начале процесса расширения выход 29 через перепускной канал 26 и выемку 30 в крышке корпуса соединен с камерой расширения. На этом же конце ведомого ротора имеется дополнительная выемка 31, посредством которой предкамера и камера нагрева соединяются, когда давление в камере расширения становится меньше давления в предкамере. На торцевых и цилиндрических поверхностях корпуса, сопряженных с роторами, целесообразна установка уплотнений с газовой смазкой 5, представляющих собой цельное или разрезное кольцо 32 (см. фиг. 10) с внутренней полостью, соединенной посредством патрубка 33 с источником сжатого воздуха, и дросселирующими отверстиями 34 - с макроканавками или карманами на уплотняющей поверхности кольца. Кольцо установлено в канавке корпуса и поджато волнистой пружиной 35. Испытания опытного образца подобного уплотнения подтвердили его высокую эффективность. Двигатель может быть выполнен двухсекционным с двумя рабочими полостями, разделенными средней крышкой 36 (см. фиг. 9) с общей синхронизирующей передачей с шестернями 37, 38 (третья промежуточная "паразитная" шестерня в этом разрезе не видна). Одноименные роторы в разных секциях имеют разное (правое и левое) направление винтовой линии, ведущие роторы (следовательно, и ведомые тоже) в разных секциях устанавливаются или синфазно (в этом варианте осевая компонента силы давления газов взаимно скомпенсирована), или в противофазе, т.е. со смещением на 180o, (как на фиг. 9), что обеспечивает высокую равномерность крутящего момента и снижение пульсации потока газа в турбине 13. Выемки 26, 31 выполняются на ведомом роторе в противофазе, т.е. оппозитно, они общие для обеих полостей и функционируют с удвоенной интенсивностью, что сопровождается уменьшением пассивных объемов и утечек.On one of the cylindrical ends of the outer surface of the driven rotor, bypass distribution channels are made in the form of
Способ работы двигателя включает следующие процессы. В камеру сжатия через патрубок 8 и окно 7 подают сжатый воздух от турбокомпрессора и осуществляют в камере сжатия предварительное сжатие воздуха до давления примерно 10 бар. The method of engine operation includes the following processes. Compressed air is supplied to the compression chamber through the pipe 8 and the window 7 from the turbocompressor, and preliminary compression of the air to a pressure of about 10 bar is carried out in the compression chamber.
После этого камера сжатия выемками 22 и каналами 24 соединяется со входом рекуператора 18 в предкамере 14, а выход рекуператора через канал 27, выемку 26 и канал 28 соединяется с камерой нагрева 15, и осуществляют дополнительное сжатие. При этом сжатый воздух в рекуператоре теплом выпускных газов подогревается от 590 до 1400 K и поступает в камеру нагрева. After that, the compression chamber by
В конце процесса сжатия давление воздуха возрастает до 23 бар, температура его в камере нагрева вследствие адиабатического сжатия в последней достигает примерно 1600 K. После этого отсоединяют камеру нагрева от предкамеры и камеры расширения и через форсунку 17 впрыскивается топливо (или осуществляется нагрев от внешнего источника тепла через теплообменник), которое воспламеняется от высокой температуры воздуха и быстро сгорает при постоянном объеме камеры нагрева, температура газа возрастает до ~2800 K, фаза сгорания при постоянном объеме соответствует углу ~40o поворота роторов, давление до ~42 бар.At the end of the compression process, the air pressure rises to 23 bar, its temperature in the heating chamber due to adiabatic compression in the latter reaches about 1600 K. After that, the heating chamber is disconnected from the pre-chamber and expansion chamber, and fuel is injected through the nozzle 17 (or heating from an external heat source through a heat exchanger), which ignites from a high air temperature and quickly burns out at a constant volume of the heating chamber, the gas temperature rises to ~ 2800 K, the combustion phase at a constant volume of Corresponds to an angle of ~ 40 o rotation of the rotors, pressure up to ~ 42 bar.
Затем соединяют камеру нагрева с камерой расширения 39 через канал 29 и через выемки 26 и 30, где нагретый газ предварительно расширяют до давления меньше, чем в предкамере (примерно до 22 бар). Then, the heating chamber is connected to the
В этот момент предкамера снова соединяется с камерой нагрева посредством дополнительной выемки 31 и последующее расширение происходит одновременно в камере расширения, камере нагрева и в предкамере, причем воздух из предкамеры продувает камеру нагрева, устраняя отрицательный эффект остаточных газов. По окончании продувки камера нагрева разобщается с камерой расширения при давлении газа порядка 10 бар, дальнейшее расширение происходит в камере расширения до открытия выпускного окна 9. Выпускные газы через канал 10 поступают в активную турбину 11, являющуюся одновременно маховиком, затем срабатывают в турбине 13 турбокомпрессора, поступают через патрубок 20 в греющий тракт 19 рекуператора, отдают тепло рабочему телу, выходят через патрубок 21 в холодильник (или в атмосферу) и при замкнутом цикле - во впускной патрубок турбокомпрессора. Сжатый воздух, оставшийся в каналах 22, через отверстия 25 поступает в камеру расширения и совершает в ней полезную работу. At this point, the pre-chamber is again connected to the heating chamber by means of an
Конструкция двигателя с золотниковым газораспределением посредством перепускных каналов-выемок позволяет исключить из устройства клапаны, повысить надежность и быстроходность. The design of the engine with gas control valves by bypass channels-recesses allows to exclude valves from the device, to increase reliability and speed.
Возможны упрощенные варианты конструкции с реализацией традиционных способов работы. Например, двигатель может быть выполнен без предкамеры и дополнительных выемок 31, при этом камера нагрева соединяется через перепускные каналы 26, 22 непосредственно с камерами расширения и сжатия. Simplified design options are possible with the implementation of traditional working methods. For example, the engine can be performed without a pre-chamber and
В другой версии предкамера остается, но она исполняется без рекуператора в виде вихревой трубы, снабженной устройством впрыска топлива и приготовления бензовоздушной смеси, которая воспламеняется в камере сгорания свечой зажигания, при этом распространение пламени в предкамеру устраняется большой скоростью смеси в перепускных каналах, превышающей скорость распространения фронта пламени. Фиг. 5, 6, 7, 8 иллюстрируется устройство и способ работы двигателя, в которых значительно усилены преимущества, упомянутые выше. Перепускные каналы тракта сжатия устроены аналогично фиг. 1, 2, 3, объем предкамеры 14 с рекуператором выполнен больше, он включает несколько (2...10) - единичных объемов, поступающих из камеры сжатия за один цикл. Изменено фазовое положение дополнительной выемки 31. Каналы 26 выполнены с ребрами-переборками. Выход их открывается непосредственно в камеру расширения 39 (без фаски 30), что сокращает пассивный объем выемок и длину ведомого ротора для их размещения. Переборки позволяют уменьшить гидродинамические потери от ударного расширения газа в объем выемок при их наполнении и снизить утечки в зазорах между роторами в момент сопряжения каналов-выемок с поверхностью ведущего ротора. На фиг. 8 изображен еще один вариант исполнения перепускных каналов, в нем ведущий ротор снабжен дисковым выступом 40, в котором выполнено перепускное окно 41, соединяющее камеру нагрева с камерой расширения. Аналогично выполнен перепускной канал тракта сжатия. Этот вариант характеризуется уменьшенным пассивным объемом окна 41 и меньшим гидродинамическим сопротивлением вследствие малого угла поворота струи. Недостаток - некоторое усложнение конструкции и сборки узла. In another version, the pre-chamber remains, but it is executed without a recuperator in the form of a vortex tube equipped with a fuel injection and gas-air mixture preparation device, which is ignited in the combustion chamber by the spark plug, while the flame propagation in the pre-chamber is eliminated by the high speed of the mixture in the bypass channels, exceeding the propagation velocity flame front. FIG. 5, 6, 7, 8 illustrate the device and method of engine operation, in which the advantages mentioned above are greatly enhanced. The bypass channels of the compression path are arranged similarly to FIG. 1, 2, 3, the volume of the
Способ работы двигателя включает следующие процессы. В камере сжатия осуществляют предварительное сжатие. Затем соединяют камеру сжатия с предкамерой с рекуператором и осуществляют сжатие газа с подогревом его в рекуператоре. Камеру нагрева 15 через каналы 29, 26 соединяют с камерой расширения 39 и осуществляют предварительное расширение нагретого ранее заряда до давления меньше, чем в предкамере. Далее камеру нагрева через каналы 28, 31, 27 соединяют с предкамерой 14 и в фазе работы, соответствующей фиг. 5, происходит расширение газа из предкамеры в камеру нагрева, а из последней - в камеру расширения. После продувки камеры нагрева она отсоединяется от предкамеры и камеры расширения, в нее впрыскивается топливо, происходит воспламенение с весьма длительным процессом сгорания (фаза сгорания в изолированном постоянном объеме может длиться до ~300o угла поворота роторов) оптимальная длительность его регулируется обычным образом путем изменения угла опережения впрыска. Большая длительность нагрева целесообразна также при использовании нагревателя-теплообменника с внешним подводом тепла.The method of engine operation includes the following processes. In the compression chamber, preliminary compression is carried out. Then, the compression chamber with the prechamber is connected to the recuperator and gas is compressed by heating it in the recuperator. The
Соединяют камеру нагрева с камерой расширения и осуществляют расширение газа до давления меньше, чем в предкамере. Соединяют предкамеру с камерой нагрева и продолжают расширение газа до вытеснения нагретого газа из камеры нагрева свежим зарядом. Отсоединяют камеру расширения от камеры нагрева и продолжают расширение нагретого газа в камере расширения с последующим выпуском. The heating chamber is connected to the expansion chamber and gas is expanded to a pressure lower than in the prechamber. The prechamber is connected to the heating chamber and gas expansion continues until the heated gas is displaced from the heating chamber with a fresh charge. Disconnect the expansion chamber from the heating chamber and continue the expansion of the heated gas in the expansion chamber with subsequent release.
Для успешной реализации двигателя с бесконтактными уплотнениями он должен быть весьма быстроходным. Например, двигатель с размерами, соответствующими фиг. 1,5, может при мощности ~50 кВт иметь номинальные обороты вала примерно 24000 об/мин, в этих условиях большая фазовая длительность представляется необходимой для качественного и полного сгорания топлива. For the successful implementation of an engine with non-contact seals, it must be very fast. For example, an engine with dimensions corresponding to FIG. 1.5, it can have a nominal shaft speed of about 24,000 rpm at a power of ~ 50 kW, under these conditions a large phase duration seems necessary for high-quality and complete combustion of fuel.
Увеличение объема предкамер с рекуператором в несколько раз соответственно повышает полноту теплообмена и эффективность рекуператора. The increase in the volume of prechambers with a recuperator several times, respectively, increases the completeness of heat transfer and the efficiency of the recuperator.
Теплообменные поверхности рекуператора и нагревателя целесообразно покрыть, например, каталитическими нейтрализаторами для устранения токсичности выхлопа. Бесконтактные уплотнения рабочих камер не нуждаются в смазке, благодаря чему устраняются обусловленные выбросом масла нагар и другие отложения в теплообменниках-нейтрализаторах, снижающие надежность последних. It is advisable to cover the heat exchange surfaces of the recuperator and heater, for example, with catalytic converters to eliminate exhaust toxicity. Non-contact seals of the working chambers do not need lubrication, which eliminates carbon deposits and other deposits in the heat exchangers-neutralizers caused by the release of oil, which reduce the reliability of the latter.
Приведенный выше способ работы может быть изменен. Вытеснение газа из камеры сжатия и расширение из камеры нагрева могут происходить одновременно, но для этого нужна сильная винтовая закрутка роторов с относительно малым шагом винтовой линии, при которой профили на торцах роторов развернуты примерно на 180oС. При двухсекционном исполнении двигателя роторы могут иметь обычную винтовую закрутку (~ 30 ), в противофазе в смежных секциях (т.е. должны быть развернуты в разных секциях на 180o), при этом сжатие происходит в одной секции, а одновременное расширение - в другой; причем возможно использование одной общей камеры нагрева.The above way of working can be changed. Gas displacement from the compression chamber and expansion from the heating chamber can occur simultaneously, but this requires a strong screw twist of the rotors with a relatively small pitch of the helix, at which the profiles at the ends of the rotors are rotated by about 180 o C. With a two-section motor design, the rotors can have the usual screw twist (~ 30), in antiphase in adjacent sections (that is, they must be rotated in different sections by 180 o ), while the compression occurs in one section and the simultaneous expansion in another; moreover, it is possible to use one common heating chamber.
Двигатель работоспособен в качестве паровой машины с двухфазным рабочим телом, например, с водой, фреоном, углекислотой и т.п. Предложенные способы работы пригодны для реализации в поршневых двигателях с соответствующим этим способам алгоритмом клапанного или золотникового газораспределителя. The engine is operable as a steam engine with a two-phase working fluid, for example, with water, freon, carbon dioxide, etc. The proposed methods of operation are suitable for implementation in piston engines with a valve or spool valve algorithm corresponding to these methods.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104115A RU2146008C1 (en) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | Rotary engine and method of its operation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104115A RU2146008C1 (en) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | Rotary engine and method of its operation (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97104115A RU97104115A (en) | 1999-03-27 |
RU2146008C1 true RU2146008C1 (en) | 2000-02-27 |
Family
ID=20190885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97104115A RU2146008C1 (en) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | Rotary engine and method of its operation (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2146008C1 (en) |
-
1997
- 1997-03-17 RU RU97104115A patent/RU2146008C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5839270A (en) | Sliding-blade rotary air-heat engine with isothermal compression of air | |
AU765853B2 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
US4813388A (en) | Rotary engine | |
US7937943B2 (en) | Heat engines | |
US5797366A (en) | Toroidal internal combustion engine | |
US11078834B2 (en) | Rotary valve continuous flow expansible chamber dynamic and positive displacement rotary devices | |
US5372107A (en) | Rotary engine | |
US6526937B1 (en) | Economical eccentric internal combustion engine | |
US6314925B1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with recuperator in cylinder head | |
US8056529B2 (en) | Rotary internal combustion engine for combusting low cetane fuels | |
EP0137622A1 (en) | Improvements in or relating to engines | |
RU2146008C1 (en) | Rotary engine and method of its operation (versions) | |
US20090241536A1 (en) | Stirling Engine Having a Rotary Power Piston in a Chamber that Rotates with the Output Drive | |
GB2145152A (en) | Rotary valve i.c. engine | |
WO2003046347A1 (en) | Two-stroke recuperative engine | |
US4005687A (en) | Concealed regenerative combustion engine | |
CN110529237A (en) | A kind of multi-fuel internal combustion engine | |
EP0211076B1 (en) | Compound rotary-reciprocal engine | |
CN112283746B (en) | Constant-volume combustion chamber and constant-volume combustion gas turbine | |
RU2133840C1 (en) | Rotary engine and method of delivering fuel mixtures into its combustion chamber | |
RU2146009C1 (en) | Rotary piston machine (design versions) and seal of piston of rotary piston machine | |
RU2048651C1 (en) | Internal combustion engine | |
WO2009008743A1 (en) | Circular run gear-piston engine | |
RU2146014C1 (en) | Heat engine; method of operation and design versions | |
RU2107174C1 (en) | Rotary internal combustion engine |