RU2011865C1

RU2011865C1 - Rotor-piston power plant

Info

Publication number: RU2011865C1
Application number: SU894662575A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Гусев
Original assignee: Юрий Александрович Гусев
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: power plant has cylindrical hollow case and rotor mounted within the case space and made of two coaxial internal and outer parts which are provided with pistons. The plant also has spark plug, outlet ports, inlet and outlet passages, and mechanism for converting motion. The plant is provided with water nozzle and check valve. Passages for supplying air and discharging vapor are provided in the case of the plant. The outer part of the rotor has through ring face opening and is conjugated with inner face wall of the case. The water nozzle, outlets of the passages for supplying air and discharging vapor, which are arranged in series in the direction of rotation of the rotor between outlet and inlet passages, and spark plug are positioned on face wall of the case conjugated with rotors and ring opening provided in the outer part of the case. The check valve is set at outlet of the passage for supplying air. The converting mechanism is provided with free running clutches interposed between races of rotor shaft and coaxial shafts of its parts and back running clutches. EFFECT: enhanced efficiency. 8 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям роторно-поршневых силовых установок, например двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of engineering, in particular to structures of rotary-piston power plants, for example, internal combustion engines.

Целью изобретения является повышение КПД установки и снижение теплонапряженности ее деталей. The aim of the invention is to increase the efficiency of the installation and reduce the thermal stress of its parts.

На фиг. 1 показан продольный разрез установки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (в положении такта сжатия рабочего тела и впрыска воды); на фиг. 3-8 - то же (в положениях рабочих циклов). In FIG. 1 shows a longitudinal section through the apparatus; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1 (in the stroke position of the compression of the working fluid and the injection of water); in FIG. 3-8 - the same (in the provisions of the work cycles).

Роторно-поршневая силовая установка содержит цилиндрический полый корпус 1, в полости которого на подшипниках 2 установлен ротор, состоящий из двух коаксиально расположенных частей - внешней и внутренней, конструктивно выполненный в виде двух соосных валов 3 и 4 с жестко закрепленными на них соответственно кольцевой (внешней) частью 5 и цилиндрической (внутренней) частью 6. Полость корпуса 1 с обеих сторон закрыта крышками 7 и 8. Кольцевая (внешняя) часть 5 имеет на внутренней поверхности радиальные поршни в виде лопастей 9, а цилиндрическая (внутренняя) часть 6 - поршни в виде наружных лопастей 10, которые при сопряжении с крышкой 8 образуют рабочие камеры 11 переменного объема. Установка снабжена механизмом преобразования движения, выполненным в виде установленных в крышках 7 и 8 муфт 12 и 13 обратного хода, сопряженных с валами 3 и 4, и муфт 14 и 15 свободного хода, установленных между валами 3 и 4 и обоймой 16 с приводным валом 17. В крышке 8 установлена свеча зажигания 18 и выполнены каналы в виде окон: окно 19 для выпуска отработавших газов, окно 20 для впуска топливной смеси и окно 21 для продувки рабочей камеры. В крышке 8 размещены также обратный клапан 22 и водяная форсунка 23. The rotary piston power unit contains a cylindrical hollow housing 1, in the cavity of which on the bearings 2 a rotor is installed, consisting of two coaxially located parts - external and internal, structurally made in the form of two coaxial shafts 3 and 4 with an annular (external) rigidly fixed to them ) part 5 and a cylindrical (internal) part 6. The cavity of the housing 1 is closed on both sides by covers 7 and 8. The annular (external) part 5 has radial pistons on the inner surface in the form of blades 9, and a cylindrical (inside the upper) part 6 - pistons in the form of external blades 10, which, when coupled with the cover 8, form working chambers 11 of variable volume. The installation is equipped with a movement conversion mechanism made in the form of reverse couplings 12 and 13, mounted in the covers 7 and 8, coupled to shafts 3 and 4, and freewheels, 14 and 15, installed between shafts 3 and 4 and cage 16 with drive shaft 17 A spark plug 18 is installed in the lid 8 and channels are made in the form of windows: a window 19 for exhausting exhaust gases, a window 20 for intake of the fuel mixture and a window 21 for purging the working chamber. In the lid 8 there is also a check valve 22 and a water nozzle 23.

Роторно-поршневая силовая установка описанной конструкции может работать как в режиме двигателя внутреннего сгорания (ДВС), так и в режиме ДВС в сочетании с паровым двигателем. The rotary piston power plant of the described design can operate both in the internal combustion engine (ICE) mode and in the ICE mode in combination with a steam engine.

Работа установки в режиме ДВС осуществляется следующим образом. The operation of the installation in the engine mode is as follows.

Вращение вала 4 с цилиндрической частью 6 через муфту предельного момента (на чертежах не показана) и отключающего устройства, снабженного тормозом, производится стартером. Вместе с валом 4 соответственно вращается и вал 3 с кольцевой частью 5 (фиг. 8). В это время происходит всасывание топливной смеси через впускное окно 20 и открывается обратный клапан 22 во избежание образования вакуума в рабочей камере (фиг. 7). The rotation of the shaft 4 with the cylindrical part 6 through the clutch of the limiting moment (not shown in the drawings) and the disconnecting device equipped with a brake is made by the starter. Together with the shaft 4, respectively, rotates the shaft 3 with the annular part 5 (Fig. 8). At this time, the fuel mixture is sucked in through the inlet window 20 and the check valve 22 is opened to prevent the formation of vacuum in the working chamber (Fig. 7).

При достижении заданных оборотов двигателя стартер отключается, срабатывает тормоз и вал 4 с цилиндрической частью 6 мгновенно останавливается (фиг. 3), а вал 3 с кольцевой частью 5 продолжает вращение за счет сил инерции и, преодолевая момент муфты, сжимает топливную смесь (фиг. 4), проворачивает вал 4 с цилиндрической частью 6 в положение воспламенения топливной смеси (фиг. 5). Происходят воспламенение топливной смеси от свечи зажигания 18 и рабочий ход. В этот момент отключается муфта предельного момента от стартера. When the specified engine speed is reached, the starter is turned off, the brake is applied and the shaft 4 with the cylindrical part 6 instantly stops (Fig. 3), and the shaft 3 with the annular part 5 continues to rotate due to inertia and, overcoming the clutch moment, compresses the fuel mixture (Fig. 4), rotates the shaft 4 with the cylindrical part 6 to the ignition position of the fuel mixture (Fig. 5). Ignition of the fuel mixture from the spark plug 18 and the stroke. At this moment, the limit torque clutch is disconnected from the starter.

Работа в режиме парового двигателя и ДВС. Work in the steam engine and internal combustion engine mode.

Двигатель сделал несколько оборотов и температура лопастей, кольцевой части и т. д. значительно повысилась и при впрыске воды через форсунку 23 в рабочую камеру она мгновенно превращается в пар высокого давления (фиг. 2). Одновременно с впрыском происходит воспламенение топливной смеси от свечи зажигания 18 (фиг. 2) и сила давления воспламеняющихся газов в рабочей камере и сила давления пара передаются на обе группы лопастей 9 и 10 одинаково, но лопасти 10 с цилиндрической частью 6 и валом 4 не имеют возможности провернуться в обратном направлении, так как вал жестко соединен с муфтой 13 обратного хода, а муфта - с крышкой 8 и корпусом 1 (фиг. 1). Поэтому сила давления газов и пара отжимает одну лопасть от другой (фиг. 3) и проворачивает вал 3 с кольцевой частью 5, передавая вращение через муфту 14 свободного хода обойме 16 с приводным валом 17 (фиг. 1). The engine made several revolutions and the temperature of the blades, the annular part, etc. increased significantly, and when water is injected through the nozzle 23 into the working chamber, it instantly turns into high-pressure steam (Fig. 2). Simultaneously with the injection, the fuel mixture ignites from the spark plug 18 (Fig. 2) and the pressure force of the flammable gases in the working chamber and the vapor pressure force are transmitted to both groups of blades 9 and 10 equally, but the blades 10 with a cylindrical part 6 and a shaft 4 do not have opportunities to turn in the opposite direction, since the shaft is rigidly connected to the reverse clutch 13, and the clutch with the cover 8 and the housing 1 (Fig. 1). Therefore, the pressure force of gases and steam presses one blade away from the other (Fig. 3) and rotates the shaft 3 with the annular part 5, transmitting rotation through the freewheel 14 of the cage 16 with the drive shaft 17 (Fig. 1).

При дальнейшем вращении (фиг. 3) лопасти 9 выталкивают ранее отработавшие газы в окно 19, а отработавший пар в окно 21 и далее в коллектор (не показан), всасывают топливную смесь через окно 21, сжимают топливную смесь в рабочей камере и за счет сил инерции проворачивают лопасти 10 с цилиндрической частью 6 и валом 4 в положение для следующего рабочего цикла (фиг. 5). Лопасти 10 с цилиндрической частью 6 и валом 4 проворачиваются без передачи крутящего момента, так как муфта 15 свободного хода с обоймой 16 и приводным валом 17 вращается (вращение получено ранее от стартера). With further rotation (Fig. 3), the blades 9 push the previously exhaust gases into the window 19, and the exhaust steam into the window 21 and further into the manifold (not shown), the fuel mixture is sucked through the window 21, the fuel mixture is compressed in the working chamber and due to the forces inertia rotate the blades 10 with the cylindrical part 6 and the shaft 4 in position for the next duty cycle (Fig. 5). The blades 10 with the cylindrical part 6 and the shaft 4 are rotated without transmitting torque, since the freewheel 15 with the ferrule 16 and the drive shaft 17 rotates (rotation was obtained earlier from the starter).

При следующем рабочем цикле (фиг. 5) при одновременном воспламенении топливной смеси и впрыске воды через форсунку 23 в рабочую камеру с образованием пара высокого давления давление газов и пара передается на лопасти 9 и 10 одинаково. Но лопасть 9 с кольцевой частью 5 и валом 3 не имеет возможности провернуться в обратном направлении, так как вал 3 жестко соединен с муфтой 12 обратного хода, а муфта - с крышкой 7 и корпусом 1 (фиг. 1). Поэтому сила давления газов и пара отжимает одну лопасть от другой (фиг. 6) и проворачивает вал 4 с цилиндрической частью 6, передавая вращение через муфту 15 свободного хода обойме 16 с приводным валом 17. Далее все повторяется в описанной последовательности. In the next working cycle (Fig. 5), while igniting the fuel mixture and injecting water through the nozzle 23 into the working chamber with the formation of high-pressure steam, the pressure of gases and steam is transmitted to the blades 9 and 10 equally. But the blade 9 with the annular part 5 and the shaft 3 does not have the ability to rotate in the opposite direction, since the shaft 3 is rigidly connected to the reverse coupling 12, and the coupling to the cover 7 and the housing 1 (Fig. 1). Therefore, the pressure force of gases and steam presses one blade away from the other (Fig. 6) and rotates the shaft 4 with the cylindrical part 6, transmitting rotation through the freewheel 15 of the cage 16 with the drive shaft 17. Then everything is repeated in the described sequence.

Необходимая степень сжатия достигается исполнением окна 19 (от номинала по ходу вращения или против). The necessary compression ratio is achieved by the execution of the window 19 (from the nominal in the direction of rotation or against).

При работе двигателя выделяется большое количество тепла, так как за один оборот происходит шесть (фиг. 3-8) рабочих циклов против одного цикла в двухтактном двигателе. When the engine is running, a large amount of heat is generated, since in one revolution there are six (Fig. 3-8) duty cycles versus one cycle in a two-stroke engine.

Команду на впрыск воды в рабочую камеру осуществляют датчики температуры. The command to inject water into the working chamber is carried out by temperature sensors.

При холодном двигателе трубопровод перекрыт и плунжерный насос перекачивает воду в емкость, а при температуре двигателя, необходимой для парообразования или выше, датчик посылает импульс золотниковому устройству и вода под давлением подается в форсунку 23 и далее в рабочую камеру, где образующийся под давлением пар совершает полезную работу, увеличивая мощность двигателя. Отпадает необходимость в радиаторе и вентиляторе, получается комбинированный двигатель, работающий одновременно как ДВС и паровой. When the engine is cold, the pipeline is closed and the plunger pump pumps water into the tank, and at the engine temperature necessary for vaporization or higher, the sensor sends an impulse to the spool device and pressurized water is supplied to the nozzle 23 and then to the working chamber, where the vapor generated under pressure makes useful work, increasing engine power. There is no need for a radiator and fan, it turns out a combined engine that works both as an internal combustion engine and a steam engine.

Все это дает возможность получить легкий, мощный, долговечный двигатель при упрощенной конструкции, достигается высокий КПД при пониженной теплонапряженности деталей. All this makes it possible to obtain a light, powerful, durable engine with a simplified design, high efficiency is achieved with low heat stress of the parts.

Claims

ROTOR-PISTON POWER PLANT, containing a cylindrical hollow body, a rotor installed in the body cavity and consisting of two coaxially located parts of the external and internal, on which there are pistons, a spark plug, exhaust windows, inlet and outlet channels, a movement conversion mechanism, characterized in that, in order to increase the efficiency and reduce the heat stress of the parts, it is additionally equipped with a water nozzle and a check valve, in the housing there are channels for supplying air and steam, the outer part of the rotor and it is made with a through annular end hole and is interfaced with the inner end wall of the housing, moreover, the water nozzle, the outputs of the air supply and exhaust ducts located in series along the rotor between the inlet and outlet channels, and the spark plug are placed on the end wall of the housing with a rotor and an annular hole of the outer part of the rotor, a check valve is installed at the outlet of the air supply channel; the movement conversion mechanism is made in the form of freewheels installed between to the holders of the rotor shaft and the coaxial shafts of its parts and reverse couplings installed between the housing and the coaxial shafts of the rotor.