RU2773184C2

RU2773184C2 - Rotary-piston internal combustion engine

Info

Publication number: RU2773184C2
Application number: RU2017114875A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Рыль
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-исследовательский и проектный институт "ПЕГАЗ"
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2022-05-31

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, in particular to rotary-piston internal combustion engines operating on a two-stroke cycle; it can be used in various industries. An engine is proposed, consisting of a stator case with a cylindrical cavity, in which a rotor is eccentrically installed, in which longitudinal cylindrical grooves are formed, symmetrically arranged along the angle of rotation, forming working and non-working edges, and in the latter, semi-cylindrical grooves are formed, forming combustion chambers together with working chambers. Elastic elements and displacement pistons are non-pivotally installed in grooves, ribs of which constantly interact with a cavity wall, and inner cylindrical surfaces come into contact with working edges of the rotor, forming a working chamber and two compression chambers. A system for the intake of a fuel-air mixture and the exhaust of exhaust gases is made in the form of an intake and exhaust channels in the stator case, where a spark plug is also installed. When the semi-cylindrical groove is combined with the spark plug, the fuel-air mixture ignites, the pressure in the working chamber increases, the displacement piston acts on the working edge of the rotor, and the resulting torque leads to rotation of the rotor. When edges of displacement pistons are combined with edges of the exhaust and intake channels, exhaust gases are released and the “fresh” fuel-air mixture is taken, respectively. Then, the working chamber begins to act as a compression chamber, in which the fuel-air mixture is compressed and the described cycle is repeated. Three working two-stroke cycles occur during one rotation of the rotor.

EFFECT: hydraulic machine designed for use as a two-stroke rotary-piston internal combustion engine.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, работающим по двухтактному циклу, и может быть использовано в качестве двигателя на транспорте, энергетике и других отраслях промышленности.The invention relates to mechanical engineering, in particular to rotary piston internal combustion engines operating on a two-stroke cycle, and can be used as an engine in transport, energy and other industries.

Известна машина [RU 2140544, опубл. 27.10.1999 г., МПК F01С 1/44, F02B 53/00, F04C 2/44, F04C 18/44, F01C 11/00], содержащая корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый крышками, ось, на которой последовательно установлено четное количество, по меньшей мере два рабочих органа, связанных с валом. Рабочие органы машины снабжены поршнями, шарнирно связанными с ними, имеющими форму усеченного сегмента, размещенными диаметрально с возможностью качения и сопряженными с внутренней поверхностью корпуса. Рабочие камеры машины образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса. Машина содержит механизм распределения рабочего тела, выполненный в виде каналов в теле оси, в стенках подвижного кольца, установленного на ось, привод которого осуществляется с помощью зубчатых колес от вала машины, и в стенках корпуса. Машина содержит элементы уплотнения рабочих камер, установленные в стенках поршней и рабочих органов.Known car [RU 2140544, publ. 10/27/1999, IPC F01C 1/44, F02B 53/00, F04C 2/44, F04C 18/44, F01C 11/00], containing a housing with an inner cylindrical surface, closed with covers, an axle on which an even the number of at least two working bodies associated with the shaft. The working bodies of the machine are equipped with pistons hinged to them, having the shape of a truncated segment, placed diametrically with the possibility of rolling and conjugated with the inner surface of the body. The working chambers of the machine are formed by working bodies with pistons and an axle and are additionally formed by working bodies with pistons and the inner surface of the housing. The machine contains a mechanism for distributing the working fluid, made in the form of channels in the axle body, in the walls of the movable ring mounted on the axle, which is driven by gears from the machine shaft, and in the housing walls. The machine contains sealing elements of the working chambers installed in the walls of the pistons and working bodies.

Известная машина имеет существенные недостатки, ограничивающие ее применение в качестве двигателя внутреннего сгорания: сложность конструкции, сложность обеспечения герметичности рабочих камер и газораспределительного механизма при вращении поверхностей контакта, значительные динамические нагрузки в точках контакта поршня и корпуса, что приводит к интенсивному износу корпуса машины и снижают моторесурс, особенно при значительных оборотах и мощности двигателя.The known machine has significant drawbacks that limit its use as an internal combustion engine: the complexity of the design, the complexity of ensuring the tightness of the working chambers and the gas distribution mechanism when the contact surfaces rotate, significant dynamic loads at the points of contact between the piston and the housing, which leads to intensive wear of the machine housing and reduce engine life, especially at significant engine speeds and power.

Наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению гидравлическая машина Рыля [RU 2569992, опубл. 10.12.2015 г., МПК F04C 2/344, F01С 1/344], содержащая корпус-статор с цилиндрической рабочей камерой (полостью), в которой эксцентрично и бескасательно к стенке рабочей камеры установлен цилиндрический ротор. В теле ротора сформированы по меньшей мере два продольных цилиндрических паза, симметрично расположенных по углу вращения и образующих на цилиндрической поверхности ротора рабочие и нерабочие кромки, в которых бесшарнирно установлены поршни-вытеснители, выполненные в форме криволинейных призм, полученных в результате пересечения внутренней и наружной цилиндрических поверхностей, образующих по два рабочих ребра на поршнях-вытеснителях. Каждое из рабочих ребер постоянно взаимодействует с внутренней стенкой рабочей камеры, а внутренняя цилиндрическая поверхность поршней-вытеснителей соприкасается с рабочими кромками пазов ротора, в том числе посредством упругих элементов, например, пружин. Камеры нагнетания и сжатия, изменяющие рабочий объем при вращении ротора в направлении от впускной к выпускной полости, образованы рабочими ребрами поршней-вытеснителей, соприкасающимися со стенкой корпуса-статора, рабочими кромками ротора, соприкасающихся с внутренней поверхностью поршней-вытеснителей и цилиндрической поверхностью ротора. Система впуска и выпуска рабочего тела выполнена бесклапанной в виде впускной и выпускной полостей, асимметрично расположенных в теле корпуса-статора, соединенных с впускным и выпускным патрубками.The closest in technical essence to the claimed invention is the Ryl hydraulic machine [RU 2569992, publ. 10.12.2015, IPC F04C 2/344, F01C 1/344], containing a stator housing with a cylindrical working chamber (cavity), in which a cylindrical rotor is installed eccentrically and without touching the wall of the working chamber. At least two longitudinal cylindrical grooves are formed in the rotor body, symmetrically located along the angle of rotation and forming working and non-working edges on the cylindrical surface of the rotor, in which displacer pistons are mounted without hinges, made in the form of curvilinear prisms obtained as a result of the intersection of the inner and outer cylindrical surfaces forming two working ribs on the displacer pistons. Each of the working ribs constantly interacts with the inner wall of the working chamber, and the inner cylindrical surface of the displacer pistons is in contact with the working edges of the rotor slots, including through elastic elements, such as springs. The discharge and compression chambers, which change the working volume when the rotor rotates in the direction from the inlet to the outlet cavity, are formed by the working ribs of the displacer pistons in contact with the wall of the stator housing, the working edges of the rotor in contact with the inner surface of the displacer pistons and the cylindrical surface of the rotor. The inlet and outlet system of the working fluid is made valveless in the form of inlet and outlet cavities, asymmetrically located in the body of the stator housing, connected to the inlet and outlet pipes.

Недостатками данной гидравлической машины является невозможность использования в качестве двигателя внутреннего сгорания из-за расположения впускной и выпускной полостей и направления вращении ротора, препятствующих реализации рабочего цикла двигателя, а также из-за отсутствия камеры сгорания и свечи зажигания.The disadvantages of this hydraulic machine is the impossibility of being used as an internal combustion engine due to the location of the inlet and outlet cavities and the direction of rotation of the rotor, which impede the implementation of the engine's operating cycle, and also due to the lack of a combustion chamber and a spark plug.

Задачей изобретения является гидравлическая машина, предназначенная для использования в качестве двухтактного роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания с повышенными экономичностью, надежностью, мощностью, крутящим моментом и коэффициентом полезного действия.The objective of the invention is a hydraulic machine designed for use as a two-stroke rotary piston internal combustion engine with increased efficiency, reliability, power, torque and efficiency.

Техническим результатом является гидравлическая машина, предназначенная для использования в качестве двухтактного роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания за счет выполнения впускного и выпускного каналов взамен впускной и выпускной полостей и патрубков, установки направления вращения ротора от выпускного к впускному каналу, выполнения на нерабочих кромках ротора полуцилиндрических пазов, формирующих совместно с рабочими камерами камеры сгорания, а также расположения свечи зажигания в корпусе-статоре.The technical result is a hydraulic machine designed for use as a two-stroke rotary piston internal combustion engine by making inlet and outlet channels instead of the inlet and outlet cavities and nozzles, setting the direction of rotation of the rotor from the outlet to the inlet channel, making semi-cylindrical grooves on the non-working edges of the rotor , forming together with the working chambers of the combustion chamber, as well as the location of the spark plug in the stator housing.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной гидравлической машине, содержащей корпус-статор с внутренней цилиндрической полостью, эксцентрично размещенный в ней и не касающийся корпуса-статора цилиндрический ротор, в теле которого сформированы по меньшей мере два продольных цилиндрических паза, симметрично расположенных по углу вращения и образующих на цилиндрической поверхности ротора рабочую и нерабочую кромки, в которых бесшарнирно установлены поршни-вытеснители, выполненные в форме криволинейной призмы с внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями, образующими рабочие ребра, при этом, поршни-вытеснители, соприкасаясь рабочими ребрами со стенкой корпуса-статора, а внутренними поверхностями - с рабочими кромками ротора, образуют рабочие камеры по числу поршней-вытеснителей, изменяющие свой объем при вращении ротора, кроме того, установлена система поджатая ребер поршней-вытеснителей к цилиндрической поверхности рабочей камеры посредством упругих элементов, особенностью является то, что на нерабочих кромках ротора выполнены полуцилиндрические пазы, формирующие совместно с рабочими камерами камеры сгорания, в корпусе-статоре выполнены впускной и выпускной каналы и установлена свеча зажигания, при этом направление вращения ротора установлено от выпускного к впускному каналу.The specified technical result is achieved by the fact that in a known hydraulic machine containing a stator housing with an internal cylindrical cavity, a cylindrical rotor eccentrically placed in it and not touching the stator housing, in the body of which at least two longitudinal cylindrical grooves are formed, symmetrically located along the angle of rotation and forming working and non-working edges on the cylindrical surface of the rotor, in which displacer pistons are mounted without hinges, made in the form of a curved prism with inner and outer cylindrical surfaces forming working ribs, while the displacer pistons, in contact with the working ribs with the body wall - stator, and the inner surfaces - with the working edges of the rotor, form working chambers according to the number of displacer pistons, changing their volume when the rotor rotates; , the peculiarity is that semi-cylindrical grooves are made on the non-working edges of the rotor, forming together with the working chambers of the combustion chamber, inlet and outlet channels are made in the stator housing and a spark plug is installed, while the direction of rotation of the rotor is set from the outlet to the inlet channel.

Упругие элементы могут быть выполнены в виде пружин или пары постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами.Elastic elements can be made in the form of springs or a pair of permanent magnets facing each other with the same poles.

Предложенный двигатель технологичен в изготовлении за счет простоты геометрических формы всех деталей, не требующих высокой точности изготовления, имеет высокий ресурс эксплуатации и повышенный механический коэффициент полезного действия за счет минимальной площади трущихся поверхностей, уравновешенности ротора, отсутствия высоконагруженных прецизионных механизмов и повышенной герметичности. Повышенная экономичность, мощность, крутящий момент и коэффициент полезного действия обеспечивается за счет реализации не менее двух рабочих циклов за один оборот ротора.The proposed engine is manufacturable due to the simplicity of the geometric shape of all parts that do not require high manufacturing accuracy, has a long service life and increased mechanical efficiency due to the minimum area of rubbing surfaces, the balance of the rotor, the absence of highly loaded precision mechanisms and increased tightness. Increased efficiency, power, torque and efficiency is provided by the implementation of at least two work cycles per revolution of the rotor.

Предлагаемый двигатель, поперечный разрез которого показан на фиг. 1, состоит из корпуса-статора 1 с цилиндрической полостью, в которой эксцентрично и бескасательно к ее стенке установлен ротор 2, в котором сформированы продольные цилиндрические пазы (условно три), симметрично расположенные по углу вращения, образующие рабочие и нерабочие кромки, а в последних выполнены полуцилиндрические пазы 3, формирующие камеры сгорания совместно с рабочими камерами 4. В пазах бесшарнирно установлены упругие элементы (условно не показаны) и поршни-вытеснители 5, рабочие ребра которых постоянно взаимодействуют со стенкой полости, а внутренние цилиндрические поверхности соприкасаются с рабочими кромками ротора 2, образуя одну рабочую камеру 4 и две камеры сжатия 6. Система впуска топливно-воздушной смеси и выпуска отработанных газов выполнена в виде впускного 7 и выпускного 8 каналов в корпусе-статоре 1. Свеча зажигания 9 установлена в корпусе-статоре 1 перед впускным каналом 7 согласно указанному направлению вращения. На фиг. 2-4 показаны поперечные разрезы двигателя при последовательном изменении угла вращения ротора.The proposed engine, the cross section of which is shown in Fig. 1, consists of a stator housing 1 with a cylindrical cavity, in which a rotor 2 is installed eccentrically and tangentially to its wall, in which longitudinal cylindrical grooves (conditionally three) are formed, symmetrically located along the angle of rotation, forming working and non-working edges, and in the latter semi-cylindrical grooves 3 are made, forming the combustion chambers together with the working chambers 4. In the grooves, elastic elements (conditionally not shown) and displacer pistons 5 are hingedly installed, the working edges of which constantly interact with the cavity wall, and the inner cylindrical surfaces come into contact with the working edges of the rotor 2 , forming one working chamber 4 and two compression chambers 6. The fuel-air mixture inlet and exhaust system is made in the form of inlet 7 and outlet 8 channels in the stator housing 1. The spark plug 9 is installed in the stator housing 1 in front of the inlet channel 7 according to the specified direction of rotation. In FIG. 2-4 show cross sections of the engine with a successive change in the angle of rotation of the rotor.

При вращении ротора 2 изменяется рабочий объем рабочей камеры 4 и камер сжатия 6. При совмещении паза 3 со свечой зажигания 9 (фиг. 2) происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, в результате чего повышается давление в камере сгорания, поршень-вытеснитель 5 воздействует на рабочую кромку ротора 2, а возникающий крутящий момент приводит к вращению ротора. При совмещении ребер поршней-вытеснителей 5 с кромками выпускного 7 (фиг. 3) и впускного 8 (фиг. 4) каналов происходит выпуск отработанных газов и впуск «свежей» топливно-воздушной смеси, соответственно. Затем рабочая камера 4 начинает выполнять роль камеры сжатия 6 (фиг. 5), в которой происходит сжатие топливно-воздушной смеси и описанный цикл повторяется. За один оборот ротора происходит три рабочих двухтактных цикла.When the rotor 2 rotates, the working volume of the working chamber 4 and compression chambers 6 changes. When the groove 3 is aligned with the spark plug 9 (Fig. 2), the fuel-air mixture is ignited, resulting in an increase in pressure in the combustion chamber, the displacing piston 5 acts on the working edge of the rotor 2, and the resulting torque leads to the rotation of the rotor. When the ribs of the displacer pistons 5 are aligned with the edges of the exhaust 7 (Fig. 3) and inlet 8 (Fig. 4) channels, the exhaust gases are released and the "fresh" air-fuel mixture is admitted, respectively. Then the working chamber 4 begins to play the role of the compression chamber 6 (Fig. 5), in which the fuel-air mixture is compressed and the described cycle is repeated. For one revolution of the rotor, three working two-stroke cycles occur.

Таким образом, предлагаемая гидравлическая машина предназначена для применения в качестве двухтактного роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed hydraulic machine is intended for use as a two-stroke rotary piston internal combustion engine and can be used in industry.

Claims

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус-статор с внутренней цилиндрической полостью, эксцентрично размещенный в ней и не касающийся корпуса-статора цилиндрический ротор, в теле которого сформированы по меньшей мере два продольных цилиндрических паза, симметрично расположенных по углу вращения, паз образует на цилиндрической поверхности ротора рабочую и нерабочую кромки, в пазу бесшарнирно установлены поршни-вытеснители, выполненные в форме криволинейных призм с внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями, образующими рабочие ребра, при этом, поршни-вытеснители, соприкасаясь рабочими ребрами со стенкой корпуса-статора, а внутренней поверхностью - с рабочей кромкой ротора, образует рабочие камеры, изменяющие свой объем при вращении ротора, причем поршни-вытеснители взаимодействуют с рабочей кромкой ротора с возможностью передачи ротору крутящего момента, кроме того, установлена система поджатия ребер поршней-вытеснителей к цилиндрической поверхности рабочей камеры, отличающийся тем, что на нерабочей кромке ротора выполнен полуцилиндрический паз, формирующий совместно с рабочими камерами камеры сгорания, а в корпусе-статоре выполнены впускной и выпускной каналы и установлена свеча зажигания, при этом направление вращения ротора установлено от выпускного к впускному каналу.1. Rotary-piston internal combustion engine, containing a stator housing with an internal cylindrical cavity, a cylindrical rotor eccentrically placed in it and not touching the stator housing, in the body of which at least two longitudinal cylindrical grooves are formed, symmetrically located along the angle of rotation, the groove forms working and non-working edges on the cylindrical surface of the rotor, pistons-displacers are hingelessly installed in the groove, made in the form of curved prisms with inner and outer cylindrical surfaces forming working ribs, while the pistons-displacers, in contact with the working ribs with the wall of the stator housing, and the inner surface - with the working edge of the rotor, forms working chambers that change their volume when the rotor rotates, and the pistons-displacers interact with the working edge of the rotor with the possibility of transmitting torque to the rotor, in addition, a system is installed for pressing the ribs of the pistons-displacers to the cylindrical surface of the working chamber, characterized in that a semi-cylindrical groove is made on the non-working edge of the rotor, which forms a combustion chamber together with the working chambers, and inlet and outlet channels are made in the stator housing and a spark plug is installed, while the direction of rotation of the rotor is set from the outlet to the inlet channel.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система поджатия поршней-вытеснителей выполнена в виде пружин.2. The engine according to claim 1, characterized in that the system for preloading the displacing pistons is made in the form of springs.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система поджатия поршней-вытеснителей выполнена в виде пары постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами.3. The engine according to claim 1, characterized in that the piston-displacer compression system is made in the form of a pair of permanent magnets facing each other with the same poles.