RU80508U1 - ROTARY-REACTIVE ENGINE ARUTYUNOV - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Роторно-реактивный двигатель содержит корпус с расположенным в нем ротором. На корпусе закреплены два цилиндра, в каждом из которых размещен поршень, снабженный шатунно-кривошипным механизмом, который посредством шестеренной передачи соединен с валом ротора. На боковой поверхности ротора выполнены три равноудаленные друг от друга фигурные полости. В корпусе имеются два выпускных сопла и два впускных канала, каждый из которых сообщается с соответствующим цилиндром. От прототипа двигатель отличается тем, что оба цилиндра установлены за или перед ротором, то есть они смещены вдоль оси ротора и не расположены в плоскости ротора. Каждый цилиндр закреплен на корпусе своим торцом со стороны кривошипной камеры. При этом ось кривошипа шатунно-кривошипного механизма каждого цилиндра и шестеренная передача расположены внутри корпуса, внутренний диаметр которого практически равен (с учетом технологического зазора) наружному диаметру ротора или соизмерим с ним, то есть, на несколько процентов превышает его значение. Предпочтительно, когда оси цилиндров и впускных каналов лежат в одной диаметральной плоскости. В конструкции предусмотрена раздельная подача окислителя и горючего. При этом цилиндры являются компрессорами, подающими воздух (свежий воздушный заряд) через впускные каналы в полости ротора, а для подачи топлива в полости ротора на корпусе установлены две форсунки. Достигаемый технический результат - повышение удельной мощности на единицу массы.The utility model relates to the field of engineering, in particular to rotary internal combustion engines. A rotary-jet engine comprises a housing with a rotor located therein. Two cylinders are fixed on the body, each of which has a piston equipped with a crank mechanism, which is connected to the rotor shaft by means of a gear transmission. On the lateral surface of the rotor are made three equally spaced from each other shaped cavities. The housing has two exhaust nozzles and two inlet channels, each of which communicates with the corresponding cylinder. The engine differs from the prototype in that both cylinders are installed behind or in front of the rotor, that is, they are offset along the axis of the rotor and are not located in the plane of the rotor. Each cylinder is fixed to the housing with its end from the side of the crank chamber. At the same time, the crank axis of the connecting rod and crank mechanism of each cylinder and the gear transmission are located inside the housing, the inner diameter of which is almost equal (taking into account the technological gap) to the outer diameter of the rotor or is comparable with it, that is, by several percent exceeds its value. Preferably, when the axis of the cylinders and inlet channels lie in the same diametrical plane. The design provides for a separate supply of oxidizing agent and fuel. In this case, the cylinders are compressors that supply air (fresh air charge) through the inlet channels in the rotor cavity, and two nozzles are installed on the casing to supply fuel to the rotor cavity. Achievable technical result - increase in specific power per unit mass.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.The utility model relates to the field of engineering, in particular to rotary internal combustion engines.

Известен ротационный двигатель [патент DE 29103304, опубл. 25.09.80], в корпусе которого установлен ротор с тремя полостями на боковой поверхности. На корпусе закреплен цилиндр, поршень которого снабжен кривошипно-шатунным механизмом. В процессе работы двигателя поршень проталкивает сжатую рабочую смесь через отверстие в корпусе поочередно в одну из полостей ротора. За счет поворота ротора перепускное отверстие перекрывается, и рабочая смесь под действием запальной свечи воспламеняется в замкнутом объеме, ограниченном стенками полости и корпуса, что приводит к значительному повышению давления. При дальнейшем повороте ротора полость соединяется с выпускным отверстием и происходит выхлоп. Недостатком одноцилиндрового роторного двигателя является низкая мощность. Это обусловлено тем, что горение рабочей смеси происходит в замкнутом объеме, при этом создается очень высокое избыточное давление, но вращательного момента не возникает, поскольку он возникает только во время выхлопа.Known rotary engine [patent DE 29103304, publ. September 25, 80], in the case of which a rotor with three cavities is installed on the side surface. A cylinder is fixed to the body, the piston of which is equipped with a crank mechanism. During engine operation, the piston pushes the compressed working mixture through an opening in the housing alternately into one of the rotor cavities. Due to the rotation of the rotor, the bypass hole is blocked, and the working mixture ignites under the action of a spark plug in a closed volume limited by the walls of the cavity and the housing, which leads to a significant increase in pressure. With further rotation of the rotor, the cavity is connected to the outlet and an exhaust occurs. The disadvantage of a single-cylinder rotary engine is its low power. This is due to the fact that the combustion of the working mixture takes place in a confined space, and a very high overpressure is created, but no rotational moment arises, since it arises only during the exhaust.

Этот недостаток частично устраняется в роторном двигателе Кузнецова [Патент РФ 2074967, опубл. 10.03.1997]. В корпусе двигателя также расположен ротор, на боковой поверхности которого выполнены три равноудаленные друг от друга полости. На корпусе, непосредственно в плоскости расположения ротора (одна плоскость симметрии, поперечная по отношению к валу ротора), закреплены два цилиндра с поршнями, приводимыми в движение посредством шатунно-кривошипных механизмов. Головка каждого цилиндра сообщается с камерой сгорания, находящейся за пределами корпуса двигателя, и которая снабжена запальной свечой. Выходное сопло каждой камеры сгорания направлено внутрь корпуса и при подходе очередной полости ротора сообщается с ней. Вал ротора через систему шестерен связан с шатунно-кривошипными механизмами поршней, так, что когда один поршень находится в крайней «верхней» точке, другой в это время находится в крайней «нижней» точке, т.е. они работают в «противофазе». В отличие от вышеописанного аналога, горение рабочей смеси осуществляется в This disadvantage is partially eliminated in the Kuznetsov rotary engine [RF Patent 2074967, publ. 03/10/1997]. A rotor is also located in the engine housing, on the side surface of which there are three cavities equidistant from each other. On the housing, directly in the plane of the rotor location (one plane of symmetry, transverse to the rotor shaft), two cylinders are fixed with pistons driven by crank mechanisms. The head of each cylinder communicates with a combustion chamber located outside the engine casing, and which is equipped with a spark plug. The output nozzle of each combustion chamber is directed inside the housing and when the next rotor cavity approaches, it communicates with it. The rotor shaft through the gear system is connected to the connecting rod and crank mechanisms of the pistons, so that when one piston is at the extreme “upper” point, the other at this time is at the extreme “lower” point, i.e. they work in antiphase. In contrast to the above analogue, the combustion of the working mixture is carried out in

камере сгорания, и в полости ротора поочередно направляются продукты сгорания, что и приводит ротор во вращение. За один оборот ротора каждый поршень успевает выполнить три цикла, а, соответственно, ротор испытывает шестиразовое воздействие газов. КПД этого двигателя существенно выше, чем у описанного аналога. Однако для согласования действия двух диаметрально установленных цилиндров, а именно действий шатунно-кривошипных механизмов, в двигателе использована громоздкая шестеренная система передач. Она состоит из шестерни, установленной на валу ротора, двух шестерней на осях обоих кривошипов цилиндров и двух промежуточных шестерней. Таким образом, кинематическая часть привода двигателя по прототипу обладает поперечным габаритом, существенно превышающим диаметр корпуса в зоне расположения ротора. Это определяет низкий показатель удельной мощности на единицу массы двигателя.the combustion chamber, and in the cavity of the rotor, combustion products are alternately directed, which causes the rotor to rotate. For each revolution of the rotor, each piston manages to complete three cycles, and, accordingly, the rotor experiences six-fold exposure to gases. The efficiency of this engine is significantly higher than that of the described analog. However, to coordinate the action of two diametrically installed cylinders, namely the actions of the connecting rod and crank mechanisms, a bulky gear transmission system was used in the engine. It consists of a gear mounted on the rotor shaft, two gears on the axes of both cranks of the cylinders and two intermediate gears. Thus, the kinematic part of the engine drive of the prototype has a transverse dimension significantly exceeding the diameter of the housing in the area of the rotor. This determines a low specific power per unit mass of the engine.

Кроме громоздкости, эта система еще и не обладает достаточной жесткостью, а значит и надежностью.In addition to bulkiness, this system also does not have sufficient rigidity, and hence reliability.

В основу полезной модели поставлена задача создания новой надежной и компактной конструкции роторно-реактивного двигателя. Достигаемый технический результат - повышение удельной мощности на единицу массы.The utility model is based on the task of creating a new reliable and compact design of a rotary-jet engine. Achievable technical result - increase in specific power per unit mass.

Задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

Роторно-реактивный двигатель содержит корпус с расположенным в нем ротором. На корпусе закреплены два цилиндра, в каждом из которых размещен поршень, снабженный шатунно-кривошипным механизмом, который посредством шестеренной передачи соединен с валом ротора. На боковой поверхности ротора выполнены три равноудаленные друг от друга фигурные полости. В корпусе имеются два выпускных сопла и два впускных канала, каждый из которых сообщается с соответствующим цилиндром. От прототипа двигатель отличается тем, что оба цилиндра установлены за или перед ротором, то есть они смещены вдоль оси ротора и не расположены в плоскости ротора. Каждый цилиндр закреплен на корпусе своим торцом со стороны кривошипной камеры. При этом ось кривошипа шатунно-кривошипного механизма каждого цилиндра и шестеренная передача расположены внутри корпуса, внутренний диаметр которого практически равен (с учетом технологического зазора) наружному диаметру ротора A rotary-jet engine comprises a housing with a rotor located therein. Two cylinders are fixed on the body, each of which has a piston equipped with a crank mechanism, which is connected to the rotor shaft by means of a gear transmission. On the lateral surface of the rotor are made three equally spaced from each other shaped cavities. The housing has two exhaust nozzles and two inlet channels, each of which communicates with the corresponding cylinder. The engine differs from the prototype in that both cylinders are installed behind or in front of the rotor, that is, they are offset along the axis of the rotor and are not located in the plane of the rotor. Each cylinder is fixed to the housing with its end from the side of the crank chamber. In this case, the crank axis of the connecting rod and crank mechanism of each cylinder and gear transmission are located inside the housing, the inner diameter of which is almost equal (taking into account the technological gap) to the outer diameter of the rotor

или соизмерим с ним, то есть, на несколько процентов превышает его значение. Предпочтительно, когда оси цилиндров и впускных каналов лежат в одной диаметральной плоскости. В конструкции предусмотрена раздельная подача окислителя и горючего. При этом цилиндры являются компрессорами, подающими воздух (свежий воздушный заряд) через впускные каналы в полости ротора, а для подачи топлива в полости ротора на корпусе установлены две форсунки.or commensurate with it, that is, by several percent exceeds its value. Preferably, when the axis of the cylinders and inlet channels lie in the same diametrical plane. The design provides for a separate supply of oxidizing agent and fuel. In this case, the cylinders are compressors that supply air (fresh air charge) through the inlet channels in the rotor cavity, and two nozzles are installed on the casing to supply fuel to the rotor cavity.

Более подробно сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере и иллюстрируется фигурами чертежей, на которых представлено: Фиг.1 - поперечное сечение двигателя, Фиг.2 - продольное сечение (кинематическая схема).In more detail, the essence of the utility model is disclosed in the example below and is illustrated by the figures of the drawings, which show: Figure 1 - cross section of the engine, Figure 2 - longitudinal section (kinematic diagram).

В цилиндрическом корпусе 1 двухцилиндрового роторно-реактивного двигателя имеются, соответственно, два диаметрально ориентированных впускных канала 2, 3, два тангенциально ориентированных выпускных сопла 4, 5 и две форсунки 6, 7, ориентированные также диаметрально, но под углом к осям впускных каналов. Внутри корпуса 1 расположен ротор 8 с тремя равноудаленными друг от друга фигурными полостями 9, 10, 11. Полости 9-11 выполнены на боковой цилиндрической поверхности ротора 1 и ориентированы продольно. С наружной стороны корпуса 1 установлены цилиндры 12, 13 с поршневыми группами с поршнями 14, 15. Каждый цилиндр 12, 13 закреплен на корпусе торцом со стороны кривошипной камеры 16, 17 соответственно. Цилиндры расположены вне зоны ротора, т.е. они расположены за торцевыми плоскостями ротора - за или перед ротором, иными словами, смещены вдоль оси ротора в ту или иную сторону, предпочтительно расположены по одну сторону от ротора. Оси цилиндров лежат в той же диаметральной плоскости, что и оси впускных каналов 2, 3. Предпочтительна радиальная ориентация цилиндров, однако они могут быть установлены и под углом к оси корпуса. Шатунно-кривошипные механизмы цилиндров приводятся в действие общей системой шестеренной передачи, установленной в корпусе двигателя. На валу 18 ротора установлена ведущая шестерня 19, а две ведомые шестерни 20, 21 (по одной на каждый цилиндр) установлены на осях кривошипов 22, 23, которые также установлены внутри корпуса. В «верхней» (нагнетательной) части каждого цилиндра 12,13 установлены:In the cylindrical housing 1 of the two-cylinder rotary-jet engine, there are, respectively, two diametrically oriented inlet channels 2, 3, two tangentially oriented exhaust nozzles 4, 5 and two nozzles 6, 7, also oriented diametrically, but at an angle to the axes of the inlet channels. Inside the housing 1 there is a rotor 8 with three curly cavities 9, 10, 11. Equidistant from each other. The cavities 9-11 are made on the lateral cylindrical surface of the rotor 1 and are oriented longitudinally. On the outside of the housing 1, cylinders 12, 13 with piston groups with pistons 14, 15 are installed. Each cylinder 12, 13 is fixed to the housing with an end face from the side of the crank chamber 16, 17, respectively. The cylinders are located outside the rotor zone, i.e. they are located behind the end planes of the rotor - behind or in front of the rotor, in other words, are displaced along the axis of the rotor in one direction or another, preferably located on one side of the rotor. The axes of the cylinders lie in the same diametrical plane as the axes of the inlet channels 2, 3. The radial orientation of the cylinders is preferred, but they can also be installed at an angle to the axis of the housing. The connecting rod and crank mechanisms of the cylinders are driven by a common gear transmission system installed in the engine housing. A drive gear 19 is mounted on the rotor shaft 18, and two driven gears 20, 21 (one for each cylinder) are mounted on the axes of the cranks 22, 23, which are also installed inside the housing. In the "upper" (discharge) part of each cylinder 12.13 installed:

- выпускные клапаны 24, 25, соответственно, соединяющие цилиндры с впускными каналами 2, 3;- exhaust valves 24, 25, respectively, connecting the cylinders with the inlet channels 2, 3;

- клапаны 26, 27 избыточного давления;- overpressure valves 26, 27;

- всасывающие клапаны 28, 29 для подачи свежего заряда (воздуха) в цилиндры.- suction valves 28, 29 for supplying fresh charge (air) to the cylinders.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

При движении поршня 14 из крайней верхней точки вниз происходит всасывание воздуха через впускной клапан 28. Движение передается ротору 8 через кривошип 22 посредством ведущей шестерни 19, жестко закрепленной на оси вала 18 ротора 8, через ведомую шестерню 19, жестко закрепленную на оси кривошипа 22. Ротор 8 совершает вращательное движение.When the piston 14 moves from the extreme upper point downward, air is sucked in through the inlet valve 28. The movement is transmitted to the rotor 8 through the crank 22 through the pinion gear 19, which is rigidly fixed on the axis of the shaft 18 of the rotor 8, through the driven gear 19, rigidly fixed on the axis of the crank 22. The rotor 8 rotates.

Достигнув крайней нижней точки, поршень 14, совершая возвратно-поступательное движение, начинает движение вверх, в это время впускной клапан 24 открывается, и как только поршень 14 достигает крайней верхней точки, весь свежий воздушный заряд с необходимой степенью сжатия и температурой через впускной канал 2 поступает в фигурную полость 9, находящуюся в этот момент в зоне расположения впускного канала. При дальнейшем вращении ротора 8 фигурная полость 9 попадает в сектор форсунки 6 для впрыска топлива. Необходимая степень сжатия и температура воздушного заряда сохраняется неизменной, ввиду того, что стенки полости 9 плотно прилегают к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, образуя непроницаемую камеру сгорания постоянного объема. В процессе впрыска топлива за счет самовоспламенения или под действием искры от искрового разрядника (на Фигурах не показан) в фигурной полости 9 инициируется детонационное горение. Ротор продолжает вращение, полость 9 подходит к выпускному соплу 5 и через него происходит истечение тангенциально направленного газового потока, возникшего при детонационном расширении продуктов горения. Создается вращающий момент, действующий на ротор.Having reached the lowest point, the piston 14, making a reciprocating movement, begins to move upward, at which time the inlet valve 24 opens, and as soon as the piston 14 reaches its extreme upper point, all fresh air charge with the necessary compression ratio and temperature through the inlet channel 2 enters the figured cavity 9, located at this moment in the area of the inlet channel. With further rotation of the rotor 8, the shaped cavity 9 enters the sector of the nozzle 6 for fuel injection. The necessary compression ratio and temperature of the air charge remains unchanged, due to the fact that the walls of the cavity 9 are tightly adjacent to the inner cylindrical surface of the housing 1, forming an impermeable combustion chamber of constant volume. In the process of fuel injection due to self-ignition or under the action of a spark from a spark gap (not shown in the Figures), detonation combustion is initiated in the figured cavity 9. The rotor continues to rotate, cavity 9 approaches the exhaust nozzle 5 and through it the outflow of a tangentially directed gas flow occurs during the detonation expansion of the combustion products. The torque acting on the rotor is created.

При дальнейшем вращении ротора наступает этап, когда полость 9 соединяется и с соплом 5 и с впускным каналом 3. В это время происходит продувка полости 9 через сопло 5 остаточным давлением воздуха в канале 3 и удаляются остаточные отработанные газы. Это увеличивает мощность и обеспечивает экономию топлива.With further rotation of the rotor, the stage begins when the cavity 9 is connected with both the nozzle 5 and the inlet channel 3. At this time, the cavity 9 is purged through the nozzle 5 with the residual air pressure in the channel 3 and the residual exhaust gases are removed. This increases power and saves fuel.

Описанные процессы повторяются со всеми фигурными полостями 9, 10, 11. Так как два поршня 14 и 15 работают в противофазе, то за один оборот ротора 8 рабочий The described processes are repeated with all figured cavities 9, 10, 11. Since the two pistons 14 and 15 work in antiphase, then for one revolution of the rotor 8 the worker

процесс совершается дважды в каждой из фигурных полостей 9, 10, 11. То есть за один оборот ротора совершается шесть рабочих циклов, сопровождающихся выхлопами отработанных газов, создающими импульсы вращения ротора.the process is performed twice in each of the figured cavities 9, 10, 11. That is, for one revolution of the rotor, six work cycles are performed, accompanied by exhaust gases that create impulses of rotation of the rotor.

Работоспособность заявляемого роторно-реактивного двигателя и его показатели были проверены на экспериментальной действующей модели.The performance of the inventive rotary-jet engine and its performance were tested on an experimental operating model.

Размеры экспериментального двигателя следующие: наружный диаметр цилиндрической части корпуса 60 мм, длина 170 мм, диаметр ротора 40 мм, при внутреннем диаметре корпуса 40^+0.01 мм, диаметр вала 10 мм, его длина 250 мм. В конструкции были использованы два идентичных поршневых компрессора: диаметр цилиндра 50 мм, ход поршня 20 мм. Литровый объем двигателя составил V_дв=0,236 л.The dimensions of the experimental engine are as follows: the outer diameter of the cylindrical part of the casing is 60 mm, the length is 170 mm, the diameter of the rotor is 40 mm, with the inner diameter of the casing 40 ^+0.01 mm, the shaft diameter is 10 mm, and its length is 250 mm. Two identical reciprocating compressors were used in the design: cylinder diameter 50 mm, piston stroke 20 mm. The liter displacement of the engine was V _dv = 0.236 l.

На стендовом испытании роторно-реактивный двигатель показал следующие тактико-технические данные:At a bench test, a rotary-jet engine showed the following tactical and technical data:

- максимальная степень сжатия составила 27:1,- the maximum compression ratio was 27: 1,

- работа двигателя была ровной, на оборотах от 500 об/мин до 10000 об/мин -стабильна,- the engine was smooth, at speeds from 500 rpm to 10,000 rpm it is stable,

- максимальная мощность на валу двигателя - 36,7кВт.- maximum power on the motor shaft - 36.7 kW.

Масса двигателя в сборе - 2700 г, что составило на 1 кг веса 13,59 кВт.The mass of the engine assembly is 2700 g, which amounted to 13.59 kW per 1 kg of weight.

Таким образом, новое конструктивное решение, при котором цилиндры установлены на корпусе так, что они расположены за торцевыми плоскостями ротора - за или перед ротором, и цилиндры закреплены своими торцами не со стороны поршня, а со стороны кривошипной камеры, позволяет так скомпоновать конструкцию двигателя, что кинематическая схема (кривошипы, шестерни), приводящая в движение поршни обоих цилиндров, расположена внутри корпуса. За пределы внешнего диаметра корпуса выступают только непосредственно цилиндры. В такой конструкции используются всего три небольшие по диаметру шестерни - одна приводная и по одной на каждый цилиндр. Они размещены в общем корпусе и в том же поперечном габарите, что и ротор. Это приводит не только к повышению удельной (на единицу веса) мощности, но и повышает надежность конструкции. Кроме того, продувка камеры сгорания воздухом позволяет увеличить мощность двигателя и обеспечивает экономию топлива.Thus, a new design solution, in which the cylinders are mounted on the housing so that they are located behind the end planes of the rotor - behind or in front of the rotor, and the cylinders are fixed with their ends not on the piston side, but on the side of the crank chamber, allows the motor structure that the kinematic scheme (cranks, gears), which drives the pistons of both cylinders, is located inside the housing. Outside the outer diameter of the body, only the cylinders directly protrude. In this design, only three small-diameter gears are used - one drive and one for each cylinder. They are placed in a common housing and in the same transverse dimension as the rotor. This leads not only to an increase in the specific (per unit weight) power, but also increases the reliability of the structure. In addition, purging the combustion chamber with air allows you to increase engine power and provides fuel economy.

Claims (2)

1. Роторно-реактивный двигатель, содержащий корпус с расположенным в нем ротором, на корпусе закреплены два цилиндра, в каждом из которых размещен поршень, снабженный шатунно-кривошипным механизмом, который посредством шестеренной передачи соединен с валом ротора, на боковой поверхности ротора выполнены три равноудаленные друг от друга фигурные полости, в корпусе имеются два выпускных сопла и два впускных канала, каждый из которых сообщается с соответствующим цилиндром, отличающийся тем, что оба цилиндра установлены за или перед ротором и закреплены на корпусе торцом со стороны кривошипной камеры, корпус снабжен двумя форсунками для подачи топлива в полости ротора, впускные каналы предназначены для подачи воздуха из упомянутых цилиндров в полости ротора, при этом ось кривошипа шатунно-кривошипного механизма каждого цилиндра и шестеренная передача расположены внутри корпуса, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру ротора или соизмерим с ним.1. A rotary-jet engine containing a housing with a rotor located in it, two cylinders are fixed on the housing, each of which has a piston equipped with a connecting rod and crank mechanism, which is connected to the rotor shaft via a gear transmission, and three equally spaced rotors are made on the side surface of the rotor shaped cavities from each other, in the housing there are two exhaust nozzles and two inlet channels, each of which communicates with the corresponding cylinder, characterized in that both cylinders are installed behind or in front of the rotor and mounted on the housing by the end face from the side of the crank chamber, the housing is equipped with two nozzles for supplying fuel to the rotor cavity, inlet channels are designed to supply air from the said cylinders to the rotor cavity, while the crank axis of the connecting rod and crank mechanism of each cylinder and the gear transmission are located inside the housing whose inner diameter is equal to or comparable to the outer diameter of the rotor. 2. Роторно-реактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что оси цилиндров и впускных каналов лежат в одной диаметральной плоскости.

2. The rotary-jet engine according to claim 1, characterized in that the axes of the cylinders and inlet channels lie in one diametrical plane.