[go: up one dir, main page]

RU2013629C1 - Engine - Google Patents

Engine Download PDF

Info

Publication number
RU2013629C1
RU2013629C1 SU5064975A RU2013629C1 RU 2013629 C1 RU2013629 C1 RU 2013629C1 SU 5064975 A SU5064975 A SU 5064975A RU 2013629 C1 RU2013629 C1 RU 2013629C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
compressor
working
combustion chamber
chamber
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Борисович Пасхин
Original Assignee
Евгений Борисович Пасхин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Борисович Пасхин filed Critical Евгений Борисович Пасхин
Priority to SU5064975 priority Critical patent/RU2013629C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2013629C1 publication Critical patent/RU2013629C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: automotive engineering. SUBSTANCE: engine has compressor with inlet, external combustion chamber connected with compressor through first by-pass having fuel spray nozzle and ignition source disengageable during operation, expander with inlet communicating with combustion chamber through second by-pass, and working members located in compressor and expander and operatively connected to output shaft. Compressor, combustion chamber, and expander have separate cooling systems, whereas combustion chamber and expander have a volume exceeding the volume of the compressor. Operative connection of working members with output shaft is fashioned as a planetary mechanism with two bevel pinions, two satellite gears, and carrier with toothing. The working member of the compressor is connected to one of the bevel pinions, output shaft is connected to another bevel pinion, and working member of the expander is connected to the toothing of the carrier. Each working member can be fashioned as at least one pair of blades. EFFECT: improved design, enhanced efficiency. 11 dwg

Description

Изобретение относится к области тепловых машин, в частности к тепловым двигателям, и может быть использовано в качестве силовой установки любого транспортного средства или стационарного устройства. The invention relates to the field of heat engines, in particular to heat engines, and can be used as a power plant of any vehicle or stationary device.

Среди технических решений тепловых двигателей известны две основные категории: двигатели, в которых продукты сгорания топливовоздушных смесей выполняют двойную роль, являясь одновременно носителями тепловой энергии и рабочим телом (обычных ДВС), и двигателя, в которых роль продуктов сгорания топливовоздушных смесей сводится к роли источников тепловой энергии, подводимой извне и используемой для нагрева газообразного рабочего тела в замкнутой системе, т. е. двигатели, работающие по циклу Стирлинга и Виллюмера (двигатели внешнего сгорания). Как правило, в качестве рабочего тела используются гелий или водород. Among the technical solutions of heat engines, two main categories are known: engines in which the products of combustion of air-fuel mixtures play a dual role, being both carriers of thermal energy and a working fluid (conventional ICE), and an engine in which the role of products of combustion of air-fuel mixtures is reduced to the role of sources of heat energy supplied from the outside and used to heat a gaseous working fluid in a closed system, i.e. engines operating according to the Stirling and Willumier cycles (external combustion engines and I). As a rule, helium or hydrogen are used as a working fluid.

Несмотря на интенсивное развитие и совершенствование конструкции ДВС, результатом чего является повышение их выходных параметров в различных аспектах (литровая мощность и крутящий момент, экономичность, снижение концентрации вредных выбросов, долговечность и др. ), принципиальная схема их остается практически без изменений, а совершенствование осуществляется, как правило, косвенными средствами и методами (электронные системы зажигания, впрыск топлива, нейтрализаторы ОГ и т. д. ), или применяются количественные усовершенствования непринципиального характера (увеличение проходного сечения клапанов, регулирование площади проходного сечения впускного и выпускного трактов, повышение степени сжатия и др. ). Исключение составляют роторно-поршневые двигатели (РПД), хотя и они являются лишь роторно-поршневым вариантом обычных ДВС. Большинство недостатков ДВС является следствием несовершенства принципиальной схемы ДВС, состоящем в том, что весь его рабочий цикл совершается в одном рабочем пространстве (цилиндре или камере, в случае РПД) и распределен во времени с последовательным чередованием тактов. Despite the intensive development and improvement of the ICE design, the result of which is an increase in their output parameters in various aspects (liter power and torque, economy, reduction in the concentration of harmful emissions, durability, etc.), their schematic diagram remains practically unchanged, and improvement is carried out as a rule, by indirect means and methods (electronic ignition systems, fuel injection, exhaust gas converters, etc.), or quantitative improvements are not applied fundamentally character (increase in flow section valves regulating flow areas of the intake and exhaust tracts, increase of the compression ratio, and others.). The exception is rotary piston engines (RPD), although they are only a rotary piston version of conventional internal combustion engines. Most of the shortcomings of the internal combustion engine is a consequence of the imperfection of the basic scheme of the internal combustion engine, which consists in the fact that its entire working cycle takes place in one working space (cylinder or chamber, in the case of RPD) and is distributed in time with a sequential alternation of clock cycles.

К основным недостаткам такой схемы относятся: ограничения воспламеняемости смеси по α (коэффициент избытка воздуха), а следовательно необходимость в искусственном переобогащении смеси (главным образом ДВС с искровым зажиганием); неполное сгорание смеси из-за скоротечности процесса сгорание-расширение; ограничения применяемых сортов топлива по октановому или цетановому числу, а также видов топлива; нерациональное использование рабочего пространства, исключение из него объема камеры сгорания, не участвующего в процессе расширения (постоянный объем камеры); неполное использование энергии продуктов сгорания из-за недостаточной степени расширения (высокое остаточное давление начала выпуска и наличие остаточных газов в камере сгорания; высокая концентрация вредных компонент в продуктах сгорания, невозможность поддержания оптимального для тактов впуска и расширения температурного режима и, как следствие, неудовлетворительное наполнение цилиндра (камеры) при впуске и недостаточное использование энергии продуктов сгорания при расширении. The main disadvantages of this scheme include: limitations on the flammability of the mixture with respect to α (excess air coefficient), and therefore the need for artificial re-enrichment of the mixture (mainly ICE with spark ignition); incomplete combustion of the mixture due to the transience of the combustion-expansion process; restrictions on the types of fuel used by the octane or cetane number, as well as types of fuel; irrational use of the working space, exclusion from it of the volume of the combustion chamber that is not involved in the expansion process (constant volume of the chamber); incomplete use of energy of combustion products due to insufficient expansion (high residual pressure at the beginning of the exhaust and the presence of residual gases in the combustion chamber; high concentration of harmful components in the combustion products, the inability to maintain optimal temperature for intake and expansion of the temperature regime and, as a result, poor filling cylinder (chamber) at the inlet and insufficient use of energy of the combustion products during expansion.

Приведенный перечень недостатков известных ДВС обусловлен только отсутствием распределения рабочего цикла в пространстве и совмещения пространства камеры сгорания в рабочим пространством цилиндра двигателя. Эта проблема находит частичное специфическое решение посредством полной изоляции рабочего пространства от камеры сгорания в двигателе Стирлинга, принцип действия которого основан на попеременном нагреве и охлаждении рабочего тела с использованием регенератора, отбирающего и возвращающего тепло рабочему телу, т. е. попеременным созданием т. н. горячего и холодного пространства. Подогрев горячего пространства осуществляется теплом, образующимся при сгорании топлива в горелке, а охлаждение холодного пространства - посредством охладителей. Энергия (давление), образующаяся вследствие рас- ширения рабочего тела при нагревании, воздействует на силовой поршень и через ромбический привод переносится на выходной вал. The above list of shortcomings of the known ICEs is caused only by the lack of distribution of the working cycle in space and the combination of the space of the combustion chamber in the working space of the engine cylinder. This problem finds a partial specific solution by completely isolating the working space from the combustion chamber in the Stirling engine, the principle of which is based on alternately heating and cooling the working fluid using a regenerator that selects and returns heat to the working fluid, i.e., by alternately creating the so-called. hot and cold spaces. The heating of the hot space is carried out by the heat generated during the combustion of fuel in the burner, and the cooling of the cold space by means of coolers. The energy (pressure) generated as a result of the expansion of the working fluid when heated acts on the power piston and is transferred to the output shaft through the rhombic drive.

Преимущество двигателя Стирлинга состоит в том, что благодаря полному отделению источника тепла от рабочего пространства достигаются: полное использование рабочего пространства для рабочего процесса (цикла); непритязательность к топливу (многотопливность) и принципиальная возможность работы на любом источнике тепла - от жидкого топлива до атомной и солнечной энергии; отсутствие или малая концентрация вредных выбросов благодаря стабильности и полное сгорание топлива; бесшумность в работе и практическое отсутствие вибрации; высокая топливная экономичность; более благоприятная (по сравнению с ДВС) характеристика крутящего момента, позволяющая значительно упростить коробку передач (уменьшить количество ступеней и величину передаточных чисел) и др. The advantage of the Stirling engine is that due to the complete separation of the heat source from the workspace, the following is achieved: full use of the workspace for the work process (cycle); unpretentiousness to fuel (multi-fuel) and the fundamental possibility of working on any heat source - from liquid fuel to atomic and solar energy; the absence or low concentration of harmful emissions due to stability and complete combustion of fuel; silent operation and the practical absence of vibration; high fuel efficiency; a more favorable (compared with ICE) torque characteristic, which allows to significantly simplify the gearbox (reduce the number of stages and gear ratios), etc.

Однако при очевидных преимуществах двигатель Стирлинга имеет и существенные недостатки. Главным из них является сложность конструкции с наличием большого количества вспомогательных механизмов, к которым относятся ромбический привод, вытеснитель, регенератор с охладителями, система нагревательных трубопроводов, обеспечивающая передачу тепла от камеры сгорания с горелкой рабочему телу и др. However, with obvious advantages, the Stirling engine has significant disadvantages. The main one is the design complexity with the presence of a large number of auxiliary mechanisms, which include a rhombic drive, a displacer, a regenerator with coolers, a heating piping system that provides heat transfer from the combustion chamber to the burner to the working fluid, etc.

Второй существенный недостаток двигателя Стирлинга состоит в инерционности системы охлаждения и нагрева рабочего тела, т. е. ограниченная скорость перехода рабочего тела от холодного состояния к горячему, и наоборот, что оказывает отрицательное влияние на выходные параметры двигателя (мощность, частота вращения выходного вала) и требует соответствующих характеристик рабочего тела, прежде всего по теплостойкости. Именно этим объясняется то обстоятельство, что за почти 180 лет существования идеи двигатели Стирлинга не получили широкого распространения, а их производство носит штучный характер и практически не выходит за рамки экспериментальных или опытных образцов. The second significant drawback of the Stirling engine is the inertia of the cooling and heating system of the working fluid, i.e., the limited rate of transition of the working fluid from a cold to a hot state, and vice versa, which has a negative effect on the engine output parameters (power, output shaft speed) and requires appropriate characteristics of the working fluid, primarily in terms of heat resistance. This explains the fact that for almost 180 years of the idea's existence, Stirling engines are not widely used, and their production is piece-wise and practically does not go beyond the scope of experimental or prototypes.

Известны попытки распределения рабочего цикла в пространстве и применительно к схеме ДВС. К ним относится, например изобретение по авт. св. N 80445, в котором рабочий процесс разнесен по трем цилиндрам, в один из которых подается обогащенная или богатая топливовоздушная смесь, а в два других - воздух. После воспламенения смеси в первом цилиндре открываются клапаны перепускных каналов, соединяющих первый цилиндр с двумя остальными. Поскольку давление воздуха, сжатого в этих цилиндрах к началу процесса сгорание-расширение, превышает давление смеси, сгорающей в первом цилиндре, происходит перетекание воздуха в первый цилиндр при одновременном впрыске топлива через форсунки, установленные в перепускных каналах. После выравнивания давления возникает обратный процесс, т. е. вытеснение горящей смеси из первого цилиндра в два остальных, которые, таким образом, включаются в процессе сгорание-расширение. При такой схеме достигается работа двигателя на обедненных смесях при воспламенении обогащенной или богатой смеси в первом цилиндре и частичном разделении цикла в пространстве. Кроме того, это позволяет значительно повысить общую степень сжатия, а следовательно и расширения, что в целом повышает термический КПД двигателя, а также дает некоторые другие преимущества. Known attempts to distribute the duty cycle in space and in relation to the ICE scheme. These include, for example, the invention of ed. St. N 80445, in which the working process is spaced into three cylinders, one of which is enriched or rich air-fuel mixture, and the other two are air. After ignition of the mixture, the valves of the bypass channels connecting the first cylinder with the other two open in the first cylinder. Since the pressure of the air compressed in these cylinders to the beginning of the combustion-expansion process exceeds the pressure of the mixture burning in the first cylinder, air flows into the first cylinder while fuel is injected through nozzles installed in the bypass channels. After equalization of pressure, the reverse process occurs, i.e., the burning mixture is displaced from the first cylinder into the other two, which are thus included in the combustion-expansion process. With this scheme, the engine is running on lean mixtures when igniting an enriched or rich mixture in the first cylinder and partially separating the cycle in space. In addition, this can significantly increase the overall degree of compression, and therefore expansion, which generally increases the thermal efficiency of the engine, and also gives some other advantages.

В усовершенствованном варианте по авт. св. N 128231 предусмотрено только два цилиндра (или две группы цилиндров), в один из которых подается богатая смесь, а во второй - только воздух. Оба цилиндра связаны соединительным (перепускным) каналом без клапанов. В воздушном цилиндре объем камеры сгорания равен нулю, поэтому весь воздух в конце сжатия вытесняется в основной цилиндр; причем процессы в воздушном цилиндре совершаются с запаздыванием на 21-22о (в углах поворота коленчатого вала) по отношению к процессам в основном цилиндре.In an improved version by ed. St. N 128231 provides only two cylinders (or two groups of cylinders), in one of which a rich mixture is supplied, and in the second - only air. Both cylinders are connected by a connecting (bypass) channel without valves. In the air cylinder, the volume of the combustion chamber is zero, therefore, all air at the end of compression is displaced into the main cylinder; moreover, the processes in the air cylinder are delayed by 21-22 about (in the angles of rotation of the crankshaft) in relation to the processes in the main cylinder.

Этот вариант, по сравнению с предыдущим, имеет более простое техническое решение и обладает некоторыми дополнительными преимуществами. This option, in comparison with the previous one, has a simpler technical solution and has some additional advantages.

Однако при всех преимуществах оба варианта имеют существенные недостатки. Во-первых, в каждом из них просматривается попытка реализовать известную идею форкамерного двигателя и/или идею двигателя с послойным воспламенением смеси, но в усложненной форме. Во-вторых, частичное разделение цикла в пространстве (по двум или трем цилиндрам) не исключает протекания процессов (впуск, сжатие, сгорание-расширение) в каждом из цилиндров, что приводит к снижению коэффициента наполнения. В третьих, сгорание топливовоздушной смеси в рабочем пространстве, а не в вынесенной камере сгорания, неизбежно приводит к снижению параметров (температура, давление) рабочего тела, а следовательно, и выходных параметров двигателя, включая и его термический КПД. В четырех, протекание рабочего цикла в рабочем пространстве влечет за собой недоиспользование тепловой энергии рабочего тела, значительная часть которой отводится в систему охлаждения и систему выпуска. В пятых, такая схема исключает возможность регулирования (ограничения) подачи количества рабочего тела в рабочее пространство, что также приводит к недостаточному использованию тепловой энергии продуктов сгорания вследствие неполного расширения при рабочем ходе. However, with all the advantages, both options have significant disadvantages. Firstly, in each of them one can see an attempt to implement the well-known idea of a prechamber engine and / or the idea of an engine with layer-by-layer ignition of a mixture, but in a complicated form. Secondly, a partial separation of the cycle in space (along two or three cylinders) does not exclude the occurrence of processes (inlet, compression, combustion-expansion) in each of the cylinders, which leads to a decrease in the filling coefficient. Thirdly, the combustion of the air-fuel mixture in the working space, and not in the external combustion chamber, inevitably leads to a decrease in the parameters (temperature, pressure) of the working fluid, and therefore, the output parameters of the engine, including its thermal efficiency. In four, the flow of the working cycle in the working space entails underutilization of the thermal energy of the working fluid, a significant part of which is diverted to the cooling system and exhaust system. Fifthly, such a scheme excludes the possibility of regulating (limiting) the supply of the quantity of the working fluid to the working space, which also leads to insufficient use of the thermal energy of the combustion products due to incomplete expansion during the working stroke.

Известен также двигатель, содержащий компенсатор с впускным элементом, внешнюю камеру сгорания, соединенную с компрессором через первый перепускной элемент и имеющую топливную форсунку и источник воспламенения, выполненный с возможностью отключения во время работы, расширитель с выпускным элементом, сообщенный с камерой сгорания через второй перепускной элемент, и рабочие органы, размещенные в компрессоре и расширителе и кинематически связанные с выходным валом, причем компрессор, камера сгорания и расширитель снабжены индивидуальными системами охлаждения, а камера сгорания и расширитель выполнены с объемами, превышающими объем компрессора. Also known is an engine comprising a compensator with an inlet element, an external combustion chamber connected to the compressor through the first bypass element and having a fuel nozzle and an ignition source that can be switched off during operation, an expander with an exhaust element in communication with the combustion chamber through the second bypass element and working bodies located in the compressor and expander and kinematically connected with the output shaft, moreover, the compressor, combustion chamber and expander are individually provided E cooling system and the combustor and expander configured to volume exceeding the volume of the compressor.

Целью изобретения является устранение основных недостатков аналогов и прототипов и получение дополнительных преимуществ: повышение топливной экономичности; снижение концентрации вредных компонент в продуктах сгорания; снижение уровня вибраций и шума; поддержание оптимального теплового режима; оптимизация характеристики крутящего момента; повышение удельной мощности; возможность преобразования в двигатель внешнего сгорания. The aim of the invention is to eliminate the main disadvantages of analogues and prototypes and obtain additional benefits: increasing fuel efficiency; reduction in the concentration of harmful components in combustion products; reduction of vibration and noise; maintaining optimal thermal conditions; optimization of torque characteristics; increase in specific power; the possibility of conversion into an external combustion engine.

Повышение топливной экономичности достигается несколькими путями, используемыми комплексно. Первый путь - создание возможности работы двигателя на бедных топливовоздушных смесях, а также на различных сортах и видах топлив, включая низкооктановые бензины, дизельное топливо, прочие виды жидкого топлива, в т. ч. сложные моноэфиры жирных кислот, растительные масла, топлива сланцевого и каменноугольного происхождения, каменноугольную пудру в смеси с жидким топливом (суспензия), топлива широкофрак- ционного состава, различные виды газообразных топлив, включая водород, аммиак и др. Второй путь - обеспечение условий для максимально возможной полноты сгорания смесей. Третий путь - рационализация использования тепловой энергии продуктов сгорания смеси. Технически все три пути в комплексе сводятся к распределению всего процесса не во времени, а в пространстве, т. е. к разделению рабочего пространства двигателя на три части - компрессорную (для тактов впуска и сжатия), рабочую (для тактов расширения и выпуска) и вынесенную за пределы упомянутых частей камеру сгорания, соединенную с ними перепускными трубопроводами. Improving fuel efficiency is achieved in several ways that are used comprehensively. The first way is to create the possibility of the engine working on lean fuel-air mixtures, as well as on various grades and types of fuels, including low-octane gasolines, diesel fuel, other types of liquid fuels, including monoesters of fatty acids, vegetable oils, shale and coal fuels origin, coal powder mixed with liquid fuel (suspension), fuel of wide fraction composition, various types of gaseous fuels, including hydrogen, ammonia, etc. The second way is to provide conditions for the maximum possible the full combustion of the mixtures. The third way is to rationalize the use of thermal energy of the combustion products of the mixture. Technically, all three paths in the complex come down to the distribution of the entire process not in time but in space, i.e., to dividing the working space of the engine into three parts - compressor (for intake and compression cycles), working (for expansion and output cycles) and a combustion chamber carried out beyond the limits of said parts, connected to them by bypass pipelines.

Вынесение камеры сгорания за пределы рабочего пространства исключает наличие в ней подвижных деталей, а следовательно и необходимость в смазке и охлаждении, что, в свою очередь, позволяет поддерживать в ней максимальную температуру, ограничиваемую только жаропрочностью материала ее стенок и, как следствие, самовоспламенение топливовоздушных смесей широкого диапазона по α и по сортам и видам топлива. Кроме того, достаточно большой объем камеры сгорания, ограничиваемый только конструктивными соображениями, позволяет находиться в ней одновременно нескольким зарядам топливовоздушной смеси, что пропорционально увеличивает располагаемое время сгорания смеси, т. е. в сочетании с высокой температурой повышает полноту ее сгорания. The removal of the combustion chamber outside the working space eliminates the presence of moving parts in it, and therefore the need for lubrication and cooling, which, in turn, allows it to maintain a maximum temperature, limited only by the heat resistance of the material of its walls and, as a result, self-ignition of air-fuel mixtures a wide range of α and grades and types of fuel. In addition, a sufficiently large volume of the combustion chamber, limited only by design considerations, allows several charges of the air-fuel mixture to be in it at the same time, which proportionally increases the available combustion time of the mixture, i.e., in combination with high temperature increases the completeness of its combustion.

Отделение камеры сгорания от рабочего пространства двигателя дает возможность дозировать подачу рабочего тела, являющегося продуктом полного (или близкого к нему) сгорания топливовоздушной смеси, в рабочую часть, а следовательно оптимизировать (максимизировать) утилизацию тепловой энергии рабочего тела в процессе расширения. The separation of the combustion chamber from the working space of the engine makes it possible to dose the supply of the working fluid, which is the product of the complete (or close to it) combustion of the air-fuel mixture, into the working part, and therefore to optimize (maximize) the utilization of thermal energy of the working fluid during the expansion process.

Решение этой задачи позволяет реализовать первоначальную идею керамического адиабатного двигателя, которая по известным причинам в чистом виде так и не дала ожидаемых результатов. Подобная задача решается посредством реализации идеи двигателя Стирлинга. Однако в отличие от него в данном случае рабочим телом являются непосредственные продукты сгорания топливовоздушной смеси, камера сгорания связана трубопроводом с рабочей частью и компрессорной частью, осуществляющей подачу топливовоздушной смеси в камеру сгорания и др. The solution to this problem allows us to implement the initial idea of a ceramic adiabatic engine, which for known reasons in its pure form did not give the expected results. A similar problem is solved by implementing the idea of the Stirling engine. However, unlike him, in this case, the working fluid is the direct products of combustion of the air-fuel mixture, the combustion chamber is connected by a pipeline to the working part and the compressor part, which supplies the air-fuel mixture to the combustion chamber, etc.

Разделение рабочего пространства двигателя на компрессорную и рабочую части позволяет исключить прямую зависимость степени cжатия от степени расширения (как обратной величины степени сжатия), что дает возможность более глубокого расширения, а следовательно, и более полной утилизации тепловой энергии рабочего тела. Это достигается либо соответствующим увеличением хода поршня рабочей части (в поршневом варианте), либо увеличением разности углов поворота соответствующих лопаток (в случае РПД), либо увеличением объема рабочей части относительно дозируемого объема рабочего тела, поступающего в рабочую часть, либо сочетанием этих мер. Теоретически это позволяет довести утилизацию тепловой энергии продуктов сгорания до "холодного выхлопа", т. е. до нулевого или близкого к нему давления начала выпуска. The separation of the working space of the engine into the compressor and working parts eliminates the direct dependence of the degree of compression on the degree of expansion (as the reciprocal of the degree of compression), which makes it possible to more deeply expand, and therefore, more fully utilize the thermal energy of the working fluid. This is achieved either by a corresponding increase in the piston stroke of the working part (in the piston version), or by an increase in the difference in the angles of rotation of the corresponding blades (in the case of RPD), or by an increase in the volume of the working part relative to the dosed volume of the working fluid entering the working part, or a combination of these measures. Theoretically, this makes it possible to bring the utilization of thermal energy of the combustion products to a “cold exhaust”, that is, to zero or close to the pressure of the start of release.

Снижение концентрации вредных компонент в продуктах сгорания осуществляется автоматически посредством решения первой из названных задач, по крайней мере по СО и СН, а равно и содержанию свинца, поскольку СО и СН являются продуктами неполного сгорания топливовоздушных смесей, а свинец - следствием использования ТЭС для повышения октанового числа (этилирования) бензина. При достаточной полноте сгорания топливовоздушных смесей проблема превращения СО в СО2, а равно и несгоревших углеводородов в значительной мере снимается, причем без использования специальных устройств типа дожигателей, термических и каталитических нейтрализаторов и других устройств, усложняющих конструкцию, требующих больших дополнительных затрат, снижающих мощность двигателя и повышающих расход топлива. Для нормальной работы этих устройств требуется наличие горючих компонент в отработавших газах. Это приводит к тому, что значительная часть топлива, которое должно сгорать в двигателе, сгорает в выпускном тракте, что касается свинца, то непритязательность двигателя к топливу полностью исключает необходимость использования в топливе добавок ТЭС, а следовательно и содержание свинца в продуктах сгорания. В отношении таких токсичных компонент, как NOx, S и др. требуется экспериментальная проверка, однако можно предположить, что их концентрация будет не больше, чем у прототипов и аналогов. В частности, концентрация токсичных компонент в продуктах сгорания двигателя Стирлинга для стандартного городского ездового цикла составляет по СО-0,007-0,03 мас. % , СН-100-200 промилле. Достижение такого уровня применительно к предлагаемому техническому решению представляется вполне возможным.Reducing the concentration of harmful components in the combustion products is carried out automatically by solving the first of these problems, at least in terms of CO and CH, as well as lead content, since CO and CH are products of incomplete combustion of air-fuel mixtures, and lead is a consequence of the use of thermal power plants to increase octane numbers (ethylation) of gasoline. With sufficient completeness of combustion of air-fuel mixtures, the problem of converting CO to CO 2 , as well as unburned hydrocarbons, is largely eliminated, and without the use of special devices such as afterburners, thermal and catalytic converters, and other devices that complicate the design, requiring large additional costs that reduce engine power and increasing fuel consumption. For the normal operation of these devices, the presence of combustible components in the exhaust gas is required. This leads to the fact that a significant part of the fuel that must be burned in the engine burns out in the exhaust tract, as for lead, the engine's unpretentiousness to fuel completely eliminates the need to use TPP additives in the fuel, and therefore the lead content in the combustion products. In relation to such toxic components as NO x , S, etc., experimental verification is required, however, it can be assumed that their concentration will be no more than that of prototypes and analogues. In particular, the concentration of toxic components in the combustion products of the Stirling engine for a standard urban driving cycle is SO-0.007-0.03 wt. %, CH-100-200 ppm. Achieving this level in relation to the proposed technical solution seems to be quite possible.

Снижение уровня вибрации и шумов сводится к устранению причин, их вызывающих, или к подавлению интенсивности собственно вибраций и шумов. Reducing the level of vibration and noise is reduced to eliminating the causes that cause them, or to suppressing the intensity of the actual vibration and noise.

Основными источниками вибрации и шумов двигателей являются наличие шатунно-кривошипного механизма, изменение величины давления на протяжении цикла и при изменении нагрузок, механические стуки и шумы, возникающие в различных механизмах, удары поршней о стенки цилиндров, детонация, шумы в системе выпуска. The main sources of vibration and engine noise are the presence of a crank mechanism, a change in pressure during the cycle and when loads change, mechanical knocks and noises arising in various mechanisms, piston impacts on cylinder walls, detonation, noise in the exhaust system.

В двигателе Стирлинга эта задача решается посредством ромбического привода, устраняющего боковые нагрузки на поршни, выравниванием давления на протяжении цикла, отсутствием механизма газораспределения, отсутствием детонации, стабильным и постоянным горением топливовоздушной смеси. In the Stirling engine, this problem is solved by means of a rhombic drive that eliminates lateral loads on the pistons, equalizes the pressure throughout the cycle, the lack of a gas distribution mechanism, the absence of detonation, stable and constant combustion of the air-fuel mixture.

В изобретении проблема снижения вибрации и шумов решается посредством вынесения камеры сгорания за пределы рабочего пространства и выделением компрессорной части из общего рабочего пространства двигателя, что обеспечивает сглаживание колебаний давления при воспламенении очередной порции топливовоздушной смеси благодаря практически непрерывному процессу сгорания вследствие порционной подачи смеси и амортизирующему действию продуктов сгорания, находящихся в камере сгорания. Пульсация давления в камере сгорания, возникающая при таком процессе, находится в обратной зависимости от отношения объема камеры сгорания к объему компрессорной части, причем, по мере увеличения этого отношения, выбираемого при проектировании, асимптотически приближается к нулю, независимо от абсолютной величины рабочего давления в камере сгорания. Практически величина этого отношения ограничивается только конструктивными соображениями (габаритные размеры) и может быть доведена до 3-5. Для обычного ДВС со степенью сжатия порядка 9 она составляет примерно 0,1. Это означает, что пульсация рабочего давления в двигателе может быть уменьшена, по сравнению с обычным ДВС, в 30-50 раз, т. е. почти сведена к нулю. In the invention, the problem of reducing vibration and noise is solved by moving the combustion chamber out of the working space and isolating the compressor part from the total working space of the engine, which ensures smoothing of pressure fluctuations upon ignition of the next portion of the air-fuel mixture due to the almost continuous combustion process due to the portioned supply of the mixture and the damping effect of the products combustion in the combustion chamber. The pressure pulsation in the combustion chamber arising from such a process is inversely related to the ratio of the volume of the combustion chamber to the volume of the compressor part, and, as this ratio selected during design increases, it asymptotically approaches zero, regardless of the absolute value of the working pressure in the chamber combustion. In practice, the magnitude of this ratio is limited only by design considerations (overall dimensions) and can be brought up to 3-5. For a conventional ICE with a compression ratio of about 9, it is about 0.1. This means that the pulsation of the operating pressure in the engine can be reduced, in comparison with a conventional ICE, by 30-50 times, i.e., it is almost reduced to zero.

Решение проблемы шумов вследствие детонационного сгорания топливовоздушных смесей достигается тем же способом, т. е. посредством вынесения камеры сгорания за пределы рабочего пространства и относительного увеличения ее объема. The solution to the noise problem due to detonation combustion of air-fuel mixtures is achieved in the same way, that is, by moving the combustion chamber out of the workspace and increasing its volume relatively.

Проблема шумов, вызываемых ударами поршней о стенки цилиндров, механизмом газораспределения, шатунно-кривошипным механизмом и др. , в поршневом варианте двигателя решается лишь частично благодаря стабильности рабочего давления на установившемся режиме и плавности его изменения на переходных режимах. В варианте РПД этой проблемы не возникает по причине отсутствия упомянутых механизмов в традиционном исполнении. The problem of noise caused by piston impacts on the cylinder walls, the gas distribution mechanism, the crank mechanism, etc., in the piston version of the engine is only partially solved due to the stability of the operating pressure in the steady state and the smoothness of its change in transition modes. In the RPD variant, this problem does not arise due to the lack of the mentioned mechanisms in the traditional design.

Проблема шумов в выпускном тракте, обусловленная достаточно высоким давлением начала выпуска решается автоматически при решении рассмотренных выше проблем топливной экономичности и токсичности продуктов сгорания, т. е. продолженным расширением рабочего тела и, как следствие, снижением давления и температуры выпуска, а также дозированием величины подачи рабочего тела в рабочий цилиндр или камеру, что также позволяет получить продолженное расширение, но уже косвенным путем. The problem of noise in the exhaust tract, due to a sufficiently high pressure at the beginning of the exhaust, is solved automatically when solving the above problems of fuel economy and toxicity of combustion products, i.e., by continued expansion of the working fluid and, as a result, a decrease in pressure and temperature of the exhaust, as well as dosing of the feed rate the working fluid into the working cylinder or chamber, which also allows for continued expansion, but in an indirect way.

В целом решение проблемы вибрации и шумов достигается методами, близкими по характеру к методам, используемым в двигателе внешнего сгорания, однако основным отличительным признаком в данном случае является простота технического решения, исключающего применение ряда дополнительных механизмов. In general, the solution to the problem of vibration and noise is achieved by methods similar in nature to the methods used in an external combustion engine, however, the main distinguishing feature in this case is the simplicity of the technical solution, eliminating the use of a number of additional mechanisms.

Для оптимизации выходных параметров (мощность, крутящий момент, топливная эффективность и др. ) теплового двигателя с использованием продуктов сгорания топливовоздушных смесей в качестве рабочего тела необходимо оптимизировать его температурный режим. Эта оптимизация состоит в подборе специальных температурных режимов для элементов или групп элементов (тактов) всего рабочего цикла. Например, для впуска и сжатия желательно поддерживать низкую температуру, позволяющую обеспечивать достаточное наполнение и избегать излишних потерь энергии (мощности) на сжатие смеси, для процесса сгорание-расширение - высокую температуру в целях более полной утилизации тепловой энергии рабочего тела. Попытки решения этой проблемы предпринимаются многими зарубежными фирмами. В частности, для повышения коэффициента наполнения широкое применение получил наддув, что влечет за собой использование турбокомпрессоров или механических нагнетателей, причем, как правило, их использование сопровождается установкой систем охлаждения наддувочного воздуха. Для повышения температуры и степени утилизации тепла предпринимаются попытки реализации идеи адиабатного двигателя. Однако все эти методы и средства дают лишь частичный эффект и при значительном усложнении конструкции не решают проблемы в целом, а иногда и заводят в тупик. To optimize the output parameters (power, torque, fuel efficiency, etc.) of a heat engine using the combustion products of air-fuel mixtures as a working fluid, it is necessary to optimize its temperature regime. This optimization consists in the selection of special temperature conditions for elements or groups of elements (cycles) of the entire working cycle. For example, for inlet and compression, it is desirable to maintain a low temperature, which allows for sufficient filling and to avoid unnecessary energy (power) loss in compressing the mixture, for the combustion-expansion process, high temperature in order to more fully utilize the thermal energy of the working fluid. Attempts to solve this problem are being undertaken by many foreign firms. In particular, to increase the filling coefficient, charging was widely used, which entails the use of turbochargers or mechanical superchargers, and, as a rule, their use is accompanied by the installation of charge air cooling systems. To increase the temperature and the degree of heat recovery, attempts are being made to implement the idea of an adiabatic engine. However, all these methods and tools give only a partial effect and, with a significant complication of the design, do not solve the problem as a whole, and sometimes lead to a dead end.

Изобретение позволяет решить эту проблему в целом, причем с большим эффектом и без излишнего усложнения конструкции. Это достигается посредством распределения рабочего цикла в пространство и разделения его на три элемента или процесса - впуск и сжатие, включая перепуск, сгорание, расширение и выпуск, что позволяет поддерживать оптимальные температурные режимы для каждого элемента или каждой группы элементов цикла посредством разделенных систем охлаждения или соответствующего распределения потоков охлаждающей жидкости. Так, высокая интенсивность охлаждения компрессорной части позволяет поддерживать в ней низкую температуру впуска и сжатия, менее интенсивное охлаждение рабочей части - высокую температуру процесса расширения при естественном снижении этой температуры к концу такта расширения и началу такта выпуска, что же касается обособленного процесса сгорания, то охлаждение вынесенной за пределы рабочего пространства камеры сгорания может либо полностью отсутствовать, либо сведено к минимуму, обусловленному жаропрочностью материала. The invention allows to solve this problem as a whole, with great effect and without undue complexity of the design. This is achieved by distributing the working cycle into space and dividing it into three elements or processes - intake and compression, including bypass, combustion, expansion and exhaust, which allows you to maintain optimal temperature conditions for each element or each group of cycle elements through separate cooling systems or the corresponding distribution of coolant flows. Thus, the high cooling rate of the compressor part allows it to maintain a low inlet and compression temperature, less intensive cooling of the working part — the high temperature of the expansion process with a natural decrease in this temperature by the end of the expansion stroke and the beginning of the exhaust stroke, as for the separate combustion process, cooling removed from the working space of the combustion chamber may either be completely absent or minimized due to the heat resistance of the material.

В качестве дополнительного эффекта такое решение позволяет поддерживать относительно стабильную температуру компрессорной и рабочей частей, а следовательно устранить изменения величины температурных зазоров, и, соответственно, уменьшить потери на трение. As an additional effect, this solution allows you to maintain a relatively stable temperature of the compressor and working parts, and therefore to eliminate changes in the value of temperature gaps, and, accordingly, reduce friction losses.

У существующих двигателей внутреннего и внешнего сгорания, величина крутящего момента в определенных пределах, по крайней мере в пределах эксплуатационного режима, изменяется в прямой зависимости от частоты вращения вала, что влечет за собой необходимость в использовании дополнительных устройств типа коробок передач. В этом состоит одно из принципиальных отличий от электрических двигателей и паровых машин. В идеале желательно иметь двигатель, характеристика крутящего момента которого имела бы обратную зависимость. Частично эта проблема решается в двигателе Стирлинга. Однако двигатель Стирлинга меняет лишь степень этой зависимости, а не принципиальный характер ее. Изобретение позволяет решить эту проблему в принципе, т. е. изменить сам характер зависимости крутящего момента от частоты вращения выходного вала, или получить его "перевернутую" характеристику. Наличие обратной зависимости момента от частоты вращения выходного вала означает, что крутящий момент достигает максимальной величины при частоте вращения выходного вала двигателя, равной нулю (неподвижный вал), а минимальной - при максимуме частоты вращения последнего. Практически это исключает необходимость в коробке передач и сцеплении и дает следующие дополнительные преимущества: автоматическое приспособление величины крутящего момента двигателя, например к условиям движения транспортного средства (сопротивление движению) или величине момента, необходимого для привода какого-то механизма, независимо от нагрузки (величины подачи смеси); работу двигателя в оптимальном режиме, т. е. в режиме максимального момента при полной нагрузке (по внешней характеристике) или любой частичной нагрузке; устойчивую работу двигателя без самопроизвольной остановки, независимо от требующейся величины крутящего момента на выходном валу; плавное изменение частоты вращения выходного вала при ускорении или замедлении; снижение удельного расхода топлива вследствие самонастраивания двигателя на оптимальный режим работы, т. е. режим максимального крутящего момента для данной нагрузки, а следовательно режим максимальной утилизации тепловой энергии рабочего тела. For existing internal and external combustion engines, the torque value within certain limits, at least within the operating mode, varies in direct proportion to the shaft speed, which entails the need to use additional devices such as gearboxes. This is one of the fundamental differences from electric motors and steam engines. Ideally, it is desirable to have an engine whose torque characteristic would have an inverse relationship. This problem is partially solved in the Stirling engine. However, the Stirling engine changes only the degree of this dependence, and not the fundamental nature of it. The invention allows to solve this problem in principle, that is, to change the very nature of the dependence of torque on the frequency of rotation of the output shaft, or to obtain its "inverted" characteristic. The presence of an inverse dependence of the moment on the output shaft rotation speed means that the torque reaches its maximum value at a speed of the engine output shaft equal to zero (fixed shaft), and the minimum - at the maximum rotation speed of the latter. In practice, this eliminates the need for a gearbox and clutch and gives the following additional advantages: automatic adaptation of the engine torque value, for example, to the vehicle’s driving conditions (resistance to movement) or the momentum required to drive some mechanism, regardless of load (feed rate mixtures); engine operation in optimal mode, i.e. in maximum torque mode at full load (according to an external characteristic) or any partial load; stable operation of the engine without spontaneous stop, regardless of the required torque on the output shaft; smooth change in the speed of the output shaft during acceleration or deceleration; reduction in specific fuel consumption due to engine self-tuning to the optimal operating mode, i.e., the maximum torque mode for a given load, and therefore the maximum utilization of the thermal energy of the working fluid.

У известных ДВС и двигателей внешнего сгорания увеличение мощности достигается (при прочих равных условиях) либо увеличением рабочего объема цилиндра, либо увеличением количества цилиндров (секций, в случае РПД), либо сочетанием обоих методов. Одновременно решается задача повышения равномерности работы двигателя, т. е. снижения уровня вибрации. Однако эти меры как в отдельности, так и в комплексе дают соответствующий эффект лишь применительно к абсолютной, а не удельной (относительной мощности двигателя, т. е. количественный результат, и не влияют на решение задачи в качественном аспекте. For well-known internal combustion engines and external combustion engines, an increase in power is achieved (ceteris paribus) either by increasing the working volume of the cylinder, or by increasing the number of cylinders (sections, in the case of RPD), or a combination of both methods. At the same time, the task of increasing the uniformity of engine operation, i.e., reducing the level of vibration, is being solved. However, these measures, both individually and in combination, give the corresponding effect only in relation to absolute, and not specific (relative engine power, i.e., quantitative result) and do not affect the solution of the problem in a qualitative aspect.

В поршневом варианте решение задачи повышения мощности достигается главным образом посредством повышения рабочего давления в камере сгорания, а следовательно, и увеличения крутящего момента благодаря использованию планетарного механизма, обеспечивающего соответствующую величину и интенсивность подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, т. е. количества зарядов смеси на рабочий ход (расширение). Это позволяет увеличивать мощность, не меняя рабочего объема компрессорной и рабочей частей двигателя, т. е. повышение мощности на единиц общего рабочего объема двигателя. In the piston version, the solution to the problem of increasing power is achieved mainly by increasing the working pressure in the combustion chamber, and, consequently, by increasing the torque due to the use of a planetary mechanism that provides the corresponding value and intensity of the supply of the air-fuel mixture to the combustion chamber, i.e., the number of charges of the mixture per working stroke (expansion). This allows you to increase power without changing the working volume of the compressor and working parts of the engine, i.e., increasing the power by units of the total working volume of the engine.

Однако более радикальным методом решение этой задачи в комплексе является увеличение количества пар лопаток в компрессорной и рабочей камерах варианта РПД. Поскольку в этом варианте рабочий объем камеры составляет разность между объемом внутреннего пространства камеры и объемом, занимаемым лопатками и валами, причем, не зависит от количества лопаток и остается постоянным, появляется возможность при неизменном рабочем объеме увеличивать количество пар лопаток. Это дает кратное сокращение продолжительности и, соответственно, увеличение количества циклов на один оборот (360о) вала камеры, причем как компрессорной, так и рабочей, а следовательно, и на один оборот выходного вала. Увеличение количества циклов при неизменном рабочем объеме камеры эквивалентно соответствующему увеличению количества камер. Например, двигатель с одной парой лопаток по своим характеристикам является эквивалентом однокамерного (односекционного) РПД, с двумя - двухсекционного, тремя - трехсекционного и т. д. Количество пар лопаток ограничивается только конструктивными соображениями и в этой связи вероятным пределом их количества является 4 пары лопаток или 8 лопаток. В пределах 1-4 пары лопаток продолжительность цикла изменяется кратно от 360о до 90о, а количество циклов - от 1 до 4. Такое решение позволяет: увеличить удельную (литровую) мощность двигателя по сравнению с роторно-поршневым аналогом, имеющим 2 пары лопаток, но работающим в режиме четырехтактного ДВС; уменьшить интенсивность (уровень) вибрации по сравнению с тем же вариантом.However, a more radical method of solving this problem in the complex is to increase the number of pairs of blades in the compressor and working chambers of the RPD variant. Since in this embodiment the working volume of the chamber is the difference between the volume of the inner space of the chamber and the volume occupied by the blades and shafts, moreover, it does not depend on the number of blades and remains constant, it becomes possible to increase the number of pairs of blades with a constant working volume. This gives a multiple reduction in duration and, consequently, an increase in the number of cycles per revolution (360 ° ) of the chamber shaft, both compressor and working, and, therefore, by one revolution of the output shaft. An increase in the number of cycles with a constant working volume of the camera is equivalent to a corresponding increase in the number of cameras. For example, an engine with one pair of blades is equivalent in its characteristics to a single-chamber (single-section) RPD, with two - two-section, three - three-section, etc. The number of pairs of blades is limited only by design considerations, and in this regard, the likely limit of their number is 4 pairs of blades or 8 blades. Within the range of 1-4 pairs of blades, the cycle duration varies in multiples from 360 о to 90 о , and the number of cycles is from 1 to 4. This solution allows you to: increase the specific (liter) engine power in comparison with the rotor-piston analogue having 2 pairs of blades but working in a four-stroke internal combustion engine mode; reduce the intensity (level) of vibration compared to the same option.

Получение этих результатов достигается только увеличением количества пар лопаток без учета получения соответствующих результатов другими методами. Obtaining these results is achieved only by increasing the number of pairs of blades without taking into account the receipt of the corresponding results by other methods.

Такое техническое решение является одним из основных отличительных признаков предлагаемого изобретения. Such a technical solution is one of the main distinguishing features of the invention.

Следует, однако, учитывать специфическую особенность предлагаемого двигателя. Поскольку величина мощности любого двигателя описывается произведением, одним из сомножителей которого является частота вращения вала, логично было бы считать, что при нулевом значении этого сомножителя произведение, т. е. величина мощности, тоже равна нулю. Однако наличие планетарного механизма позволяет двигателю работать даже при неподвижном выходном вале и при вращении только валов компрессорной и рабочей частей. Отсюда мощность, развиваемая двигателем, описывается произведением, сомножителями которого являются момент и частота вращения, относящиеся только к валу рабочей части двигателя, причем вся эта мощность расходуется только на привод вала компрессорной части, т. е. для работы двигателя "на себя". По достижении крутящим моментом величины, достаточной для привода во вращение выходного вала, мощность на выходном вале приобретает значение, отличное от нуля, и при прочих равных условиях изменяется в функциональной зависимости от частоты вращения выходного вала. При этом происходит распределение мощности на привод валов компрессорной и рабочей частей пропорционально распределению крутящего момента между ними, определяемому внутренним передаточным отношением планетарного механизма, задаваемым при проектировании в зависимости от назначения двигателя. Если ставится задача увеличения мощности за счет снижения частоты вращения выходного вала, выбирается передаточное отношение, позволяющее увеличить частоту вращения компрессора относительного выходного вала, и наоборот. However, one should take into account the specific feature of the proposed engine. Since the power value of any engine is described by a product, one of the factors of which is the shaft rotation frequency, it would be logical to assume that for this factor zero, the product, i.e., the power value, is also zero. However, the presence of a planetary mechanism allows the engine to work even with a stationary output shaft and when rotating only the shafts of the compressor and working parts. Hence, the power developed by the engine is described by the product, the factors of which are the moment and speed, which apply only to the shaft of the working part of the engine, and all this power is spent only on the drive of the compressor part shaft, that is, for the engine to work "on itself". When the torque reaches a value sufficient to drive the output shaft, the power on the output shaft acquires a value other than zero, and, ceteris paribus, varies in functional dependence on the speed of the output shaft. In this case, the power distribution to the drive shafts of the compressor and working parts is proportional to the distribution of torque between them, determined by the internal gear ratio of the planetary mechanism, set during design depending on the purpose of the engine. If the task is to increase power by reducing the speed of the output shaft, the gear ratio is selected, which allows to increase the speed of the compressor relative to the output shaft, and vice versa.

Все основные перечисленные отличительные признаки изобретения относятся к варианту двигателя полувнешнего сгорания. Однако этот вариант может без существенных переделок быть преобразован в двигатель внешнего сгорания. Для этого необходимо лишь обеспечить подвод тепла извне к стенкам камеры сгорания, превратив ее, таким образом, в нагревательную камеру для рабочего тела. При этом, как и в случае двигателя Стирлинга, может использоваться любой источник тепловой энергии (жидкое топливо, уголь и дрова, Солнце и т. д. ). В качестве рабочего тела может быть использован атмосферный воздух (в случае открытой системы) или любое газообразное тело. В обоих случаях отпадает необходимость в последовательном чередовании циклов нагрева и охлаждения рабочего тела, а сами эти процессы становятся непрерывными в отличие от цикла Стирлинга. All the main listed distinctive features of the invention relate to a variant of a semi-external combustion engine. However, this option can be converted into an external combustion engine without significant alterations. For this, it is only necessary to provide heat from the outside to the walls of the combustion chamber, turning it, thus, into a heating chamber for the working fluid. In this case, as in the case of the Stirling engine, any source of thermal energy (liquid fuel, coal and firewood, the Sun, etc.) can be used. Atmospheric air (in the case of an open system) or any gaseous body can be used as a working fluid. In both cases, there is no need for sequential alternation of heating and cooling cycles of the working fluid, and these processes themselves become continuous, in contrast to the Stirling cycle.

В случае использования воздуха, забираемого извне, отпадает необходимость в его специальном охлаждении, поскольку температура атмосферы значительно ниже температуры воздуха в нагревательной камере. Регулирование выходных параметров двигателя осуществляется в этом варианте либо регулированием интенсивности нагрева рабочего тела посредством регулирования расхода (подачи) топлива, либо дросселированием потока рабочего тела на входе в компрессор, либо сочетанием обоих методов. Принципиально возможно использование для этой цели и регулирования (дросселирования) расхода горячего рабочего тела из нагревательной камеры. In the case of using air taken from outside, there is no need for its special cooling, since the temperature of the atmosphere is much lower than the temperature of the air in the heating chamber. The regulation of the output parameters of the engine is carried out in this embodiment either by controlling the intensity of heating of the working fluid by controlling the flow (supply) of fuel, or by throttling the flow of the working fluid at the inlet to the compressor, or by a combination of both methods. In principle, it is possible to use for this purpose and control (throttling) the flow of hot working fluid from the heating chamber.

Таким образом, при некотором незначительном изменении принципиальной схемы предлагаемого двигателя, состоящем в дополнении его конструкции горелкой или другим нагревательным устройством, устанавливаемым вне камеры сгорания, подводом тепла к камере сгорания и преобразованием ее в нагревательную камеру типа парового котла, достигается преобразование его из двигателя полувнешнего сгорания в двигатель внешнего сгорания без ряда дополнительных устройств. При этом исключаются и некоторые дополнительные недостатки, в частности цикличность нагрева и охлаждения рабочего тела, влияние его тепловой инерционности, как и системы в целом, на выходные параметры, невозможность использования открытой системы, сложность принципиальной схемы, а следовательно и технического решения (устранение ряда механизмов и систем). Thus, with some slight change in the concept of the proposed engine, which consists in supplementing its design with a burner or other heating device installed outside the combustion chamber, supplying heat to the combustion chamber and converting it into a heating chamber such as a steam boiler, it is converted from a semi-external combustion engine into an external combustion engine without a number of additional devices. At the same time, some additional disadvantages are excluded, in particular, the cyclic heating and cooling of the working fluid, the influence of its thermal inertia, as well as the system as a whole, on the output parameters, the inability to use an open system, the complexity of the circuit diagram, and therefore the technical solution (elimination of a number of mechanisms and systems).

Изобретение представлено в нескольких вариантах и подвариантах, различающихся между собой по техническим решениям, исполнению и, как следствие, выходным параметрам. К ним относятся:
Вариант I - двигатель полувнешнего сгорания с поступательным движением поршней и общим коленчатым валом для компрессора и рабочего цилиндра;
Вариант II - двигатель полувнешнего сгорания с поступательным движением поршней и раздельными коленчатыми валами компрессора и рабочего цилиндра, связанными между собой кинематически через два элемента планетарного механизма (дифференциала), третий элемент которого непосредственно связан с выходным валом.
The invention is presented in several versions and sub-options, which differ from each other in technical solutions, execution and, as a result, output parameters. These include:
Option I - a semi-external combustion engine with translational movement of the pistons and a common crankshaft for the compressor and working cylinder;
Option II - a semi-external combustion engine with translational movement of the pistons and separate crankshafts of the compressor and the working cylinder, kinematically connected through two elements of the planetary mechanism (differential), the third element of which is directly connected to the output shaft.

Вариант III - двигатель полувнешнего сгорания в роторно-поршневом исполнении (РПД), являющийся версией варианта 1. Option III - a semi-external combustion engine in a rotary piston design (RPD), which is a version of option 1.

Вариант IV - двигатель полувнешнего сгорания, являющийся версией (подвариантом) варианта II в исполнении РПД. Option IV - a semi-external combustion engine, which is a version (sub-option) of option II in the performance of the RPD.

Вариант V - двигатель внешнего сгорания, являющийся версией (подвариантом) варианта I. Option V - an external combustion engine, which is a version (sub-option) of option I.

Вариант VI - двигатель внешнего сгорания, являющийся подвариантом варианта II. Option VI - an external combustion engine, which is a sub-option of option II.

Вариант VII - двигатель внешнего сгорания, являющийся подвариантом варианта III. Option VII - an external combustion engine, which is a sub-option of option III.

Вариант VIII - двигатель внешнего сгорания, являющийся подвариантом варианта IV. Option VIII - an external combustion engine, which is a sub-option of option IV.

К существенным признакам изобретения относятся: разделение рабочего пространства на три части - компрессор, рабочую часть (цилиндр, камеру) и камеру сгорания с распределением по ним элементов рабочего цикла, т. е. процессов впуска и сжатия-перепуска (компрессор), процесса сгорания (камера сгорания), процессов перепуска-расширения и выпуска (рабочая часть) при одновременном протекании всех процессов в пределах одного цикла, что позволяет поддерживать в каждой из частей оптимальную температуру и, как следствие, исключение или сведение к минимуму догорания смеси в процессе расширения, повышение коэффициента наполнения при впуске, самовоспламенение при прогретом двигателе топливовоздушной смеси различного состава как по α, так и по видам и сортам топлива, полноту сгорания смеси благодаря высокой температуре в камере сгорания и увеличенной продолжительности (располагаемого времени) горения смеси и, как следствие, повышение топливной экономичности и экологичности, а также отсутствие необходимости в механизме регулирования момента зажигания и необходимости в системе зажигания вообще при работе прогретого двигателя; использование раздельных систем охлаждения или различной интенсивности охлаждения для компрессорной и рабочей частей в целях оптимизации температурного режима каждой из них при максимально возможной по жаропрочности материала теплоизоляции камеры сгорания (эффект адиабатизации); непре- рывность процесса горения смеси в результате подачи очередной порции ее за каждый цикл и наличия в камере сгорания нескольких зарядов смеси (в зависимости от объема камеры), что обеспечивает постоянство рабочего давления на установившемся режиме, плавное изменение его на переходных режимах и, как следствие, значительное снижение уровня вибрации и повышение равномерности работы двигателя, а также бездетонационное сгорание каждой очередной порции смеси благодаря малой относительной величине приращения давления; вынесение камеры сгорания за пределы рабочей части (цилиндра, камеры) в сочетании с соответствующим подбором фаз газораспределения позволяет дозировать расход рабочего тела, что повышает степень утилизации его тепловой энергии при расширении и, как следствие, топливную экономичность и термический КПД; разделение общего вала компрессора, рабочего цилиндра (камеры) и выходного вала на три соответствующие части и установление между ними кинематической связи через планетарный механизм (дифференциал), что обеспечивает саморегулирование крутящего момента на выходном валу в обратной зависимости от частоты вращения последнего в диапазоне от нуля до максимума и от максимума до нуля при обеспечении оптимального режима работы двигателя, т. е. режима максимального для данных конкретных условий крутяще- го момента; возможность выбора соответствующего внутреннего передаточного отношения планетарного механизма (дифференциала) и/или использования компрессора и рабочего цилиндра различных объемов позволяет менять пределы диапазона значений коэффициента преобразования крутящего момента применительно к конкретному назначению двигателя; разделение рабочего пространства на четыре части - компрессор, рабочую часть (цилиндр, камеру), нагревательную камеру и камеру сгорания с полной изоляцией (кроме тепловой) от рабочего пространства двигателя и подводом тепла от нее к нагревательной камере (в подварианте двигателя внешнего сгорания), что позволяет осуществлять непрерывный нагрев рабочего тела, исключить влияние тепловой инерции рабочего тела на выходные параметры двигателя, использовать в качестве рабочего тела атмосферный воздух, упростить конструкцию двигателя посредством исключения из него всех устройств и систем для попеременного (циклического) нагрева и охлаждения рабочего тела, т. е. обеспечить преобразование двигателя полувнешнего сгорания в двигатель внешнего сгорания при значительном упрощении конструкции и повышении его выходных параметров и дополнительном снижении уровня вибрации; возможность увеличения пар лопастей (лопаток) в случае роторно-поршневого варианта до величины, ограничиваемой только конструктивными и прочностными соображениями (практически до 4 пар), что позволяет при неизменном объеме камеры кратно увеличить количество циклов за один оборот вала и, как следствие, пропорционально увеличить удельную мощность и снизить вибрацию, т. е. получить эффект, эквивалентный эффекту от увеличения количества цилиндров (камер); наличие компрессора позволяет осуществлять принудительную подачу холодного рабочего тела (воздуха) в нагревательную камеру (в варианте двигателя внешнего сгорания), что способствует повышению интенсивности газообмена и, как следствие, повышению выходных параметров двигателя (мощность, крутящий момент). The essential features of the invention include: the separation of the working space into three parts - the compressor, the working part (cylinder, chamber) and the combustion chamber with the distribution of the elements of the duty cycle, i.e., intake and compression-bypass processes (compressor), combustion process ( combustion chamber), processes of bypass-expansion and exhaust (working part) with the simultaneous flow of all processes within one cycle, which allows you to maintain the optimum temperature in each part and, as a result, the exclusion or reduction to mini the mind of burning the mixture during expansion, increasing the filling coefficient at the inlet, self-ignition when the engine is heated, the air-fuel mixture of various compositions both in α and in types and grades of fuel, the completeness of combustion of the mixture due to the high temperature in the combustion chamber and the increased duration (available time) of combustion mixtures and, as a result, increased fuel economy and environmental friendliness, as well as the lack of need for a mechanism for regulating the moment of ignition and the need for a system ignited Iya generally when the engine is warm; the use of separate cooling systems or different cooling intensities for the compressor and working parts in order to optimize the temperature regime of each of them with the highest possible heat resistance of the insulation material of the combustion chamber (adiabatization effect); the continuity of the combustion process of the mixture as a result of feeding another portion of it for each cycle and the presence of several charges of the mixture in the combustion chamber (depending on the volume of the chamber), which ensures a constant working pressure in the steady state, smooth change in transient conditions and, as a result , a significant reduction in the level of vibration and an increase in the uniformity of engine operation, as well as detonation-free combustion of each subsequent portion of the mixture due to the small relative magnitude of the pressure increment; the removal of the combustion chamber beyond the working part (cylinder, chamber) in combination with the appropriate selection of the gas distribution phases allows metering the flow rate of the working fluid, which increases the degree of utilization of its thermal energy during expansion and, as a result, fuel efficiency and thermal efficiency; separation of the common shaft of the compressor, the working cylinder (chamber) and the output shaft into three corresponding parts and the establishment of a kinematic connection between them through a planetary mechanism (differential), which ensures self-regulation of the torque on the output shaft in inverse proportion to the speed of the latter in the range from zero to maximum and from maximum to zero while ensuring optimal engine operation, that is, maximum mode for these specific torque conditions; the ability to select the appropriate internal gear ratio of the planetary gear (differential) and / or use a compressor and a working cylinder of various volumes allows you to change the limits of the range of values of the torque conversion coefficient in relation to the specific purpose of the engine; the separation of the working space into four parts — the compressor, the working part (cylinder, chamber), the heating chamber and the combustion chamber with complete isolation (except thermal) from the engine’s working space and the supply of heat from it to the heating chamber (in a variant of the external combustion engine), which It allows continuous heating of the working fluid, eliminating the influence of thermal inertia of the working fluid on the engine output parameters, using atmospheric air as the working fluid, and simplifying the design of the engine by by excluding from it all devices and systems for alternating (cyclic) heating and cooling of the working fluid, i.e., to ensure the transformation of the semi-external combustion engine into an external combustion engine with a significant simplification of the design and an increase in its output parameters and an additional reduction in the level of vibration; the possibility of increasing the pairs of blades (blades) in the case of a rotary-piston version to a value limited only by structural and strength considerations (almost 4 pairs), which allows for a constant chamber volume to increase the number of cycles by one revolution of the shaft and, as a result, proportionally increase specific power and reduce vibration, i.e., get the effect equivalent to the effect of increasing the number of cylinders (chambers); the presence of a compressor allows for the forced supply of a cold working fluid (air) to the heating chamber (in the variant of an external combustion engine), which contributes to an increase in gas exchange intensity and, as a result, an increase in the engine output parameters (power, torque).

Перечисленные существенные признаки носят комплексный характер с комплексным эффектом и все относятся к отличительным от признаков прототипа (прототипов). Из них второй признак достаточен во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. The listed essential features are complex with a complex effect and all relate to distinctive features of the prototype (prototypes). Of these, the second symptom is sufficient in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Изобретение пояcняетcя чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема двигателя в варианте 1; на фиг. 2 - расчетная сравнительная PV-диаграмма; на фиг. 3 - принципиальная схема варианта II; на фиг. 4 - общий характер зависимости крутящего момента на выходном валу двигателя от частоты его вращения; на фиг. 5 - схема планетарного механизма; на фиг. 6 - принципиальная схема двигателя в варианте III; на фиг. 7а - техническое решение камеры РПД на примере компрессора 2; на фиг. 7б - принципиальная схема компрессора; на фиг. 7в - принципиальная схема рабочей камеры; на фиг. 8 - техническое решение (8а) и принципиальная схема (8б) регулирующего механизма; на фиг. 9 - график изменения угловых скоростей валов камеры и продолжительности циклов при различных количествах пар лопастей; на фиг. 10 - принципиальная схема двигателя и 6 положений его рабочего процесса; на фиг. 11 - четыре подварианта двигателя внешнего сгорания (на фиг. 11а - варианты V и VI с открытой системой; на фиг. 11б - варианты V и VI c закрытой системой; на фиг. 11в - варианты VII и VIII с открытой системой; на фиг. 11г - варианты VII и VIII с закрытой системой. В варианте I двигатель содержит компрессорный цилиндр (компрессор) 1 с поршнем 2, связанным через шатун 3 с кривошипом коленчатого вала 4, и рабочий цилиндр 5 с поршнем 6, связанным через шатун 7 с другим кривошипом вала 4. Компрессор 1 и рабочий цилиндр 5 связаны перепускными трубо- проводами 8 и 9 с вынесенной за пределы рабочего пространства двигателя камерой сгорания 10, снабженной топливной форсункой 11 и свечой накаливания или с пульсирующей подачей искры зажигания 12. Перепускные трубопроводы 8 и 9 снабжены перепускными клапанами 13 и 14. Компрессор 1 через впускной трубопровод 15, оборудованный впускным клапаном 16, связан с воздухоочистителем или карбюратором (на схеме не показаны), а рабочий цилиндр 5 через выпускной трубопровод 17, оборудованный выпускным клапаном 18, - с выпускным трактом (на схеме не показан). На коленчатом валу 4 двигателя установлен маховик 19, используемый, в частности, как элемент ведущего диска сцепления и для привода вала 4 двигателя при пуске последнего. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of an engine in embodiment 1; in FIG. 2 is a calculated comparative PV diagram; in FIG. 3 is a schematic diagram of option II; in FIG. 4 - the general nature of the dependence of the torque on the output shaft of the engine on the frequency of its rotation; in FIG. 5 is a diagram of a planetary mechanism; in FIG. 6 is a schematic diagram of an engine in embodiment III; in FIG. 7a - technical solution of the RPD chamber on the example of compressor 2; in FIG. 7b is a schematic diagram of a compressor; in FIG. 7c is a schematic diagram of a working chamber; in FIG. 8 - technical solution (8a) and circuit diagram (8b) of the regulatory mechanism; in FIG. 9 is a graph of the change in the angular velocity of the chamber shafts and the duration of the cycles for various amounts of pairs of blades; in FIG. 10 is a schematic diagram of an engine and 6 positions of its working process; in FIG. 11 - four sub-variants of the external combustion engine (in Fig. 11a - options V and VI with an open system; in Fig. 11b - options V and VI with a closed system; in Fig. 11c - options VII and VIII with an open system; 11 g - variants VII and VIII with a closed system In version I, the engine comprises a compressor cylinder (compressor) 1 with a piston 2 connected through a connecting rod 3 with a crank of a crankshaft 4, and a working cylinder 5 with a piston 6 connected through a connecting rod 7 with another crank shaft 4. Compressor 1 and the working cylinder 5 are connected bypass pipes 8 and 9 to the remote affairs of the working space of the engine with a combustion chamber 10, equipped with a fuel nozzle 11 and a glow plug or with a pulsating supply of an ignition spark 12. Bypass pipelines 8 and 9 are equipped with bypass valves 13 and 14. The compressor 1 through the inlet pipe 15, equipped with an inlet valve 16, is connected to the air cleaner or a carburetor (not shown in the diagram), and the working cylinder 5 through the exhaust pipe 17, equipped with an exhaust valve 18, with an exhaust path (not shown in the diagram). A flywheel 19 is installed on the crankshaft 4 of the engine, used, in particular, as an element of the clutch plate and to drive the shaft 4 of the engine when starting the latter.

На фиг. 2 приведена расчетная сравнительная PV-диаграмма, дающая комплексную оценку предлагаемому двигателю в сравнении с эталонным (классическим) ДВС. Все обозначения, относящиеся к эталонному ДВС, отмечены индексом о. По оси абсцисс отложены значения полного объема цилиндров обоих двигателей в процентах образующиеся при движении поршней от НМТ к ВМТ и обратно, причем, поскольку ходы поршней (S и Sо) сравниваемых вариантов различаются по величине, для каждого из них предусмотрена своя ось абсцисс. По оси ординат отложены значения давления Р в кгс/см2.In FIG. 2 shows the calculated comparative PV-diagram, giving a comprehensive assessment of the proposed engine in comparison with the reference (classic) ICE. All designations related to the reference internal combustion engine are marked with the index o. The abscissa axis shows the values of the total cylinder volume of both engines as a percentage formed when the pistons move from BDC to TDC and vice versa, and since the piston strokes (S and S о ) of the compared variants differ in magnitude, each of them has its own abscissa axis. The ordinate shows the pressure P in kgf / cm 2 .

Точка Ра = Pao - давление конца выпуска - начала впуска. Точка Pco- давление сжатия в момент воспламенения смеси эталонного ДВС, точка Рс- давление сжатия к моменту начала перепуска для предлагаемого двигателя. Точки PZ; (PZo), PZ I (PZo I) - точки максимального давления при сгорании смеси для каждого из сравнительных двигателей, соответственно, причем точка Р соответствует давлению конца перепуска и началу процесса расширения для предлагаемого, а PZo - началу процесса расширение-догорание смеси в эталонном двигателе. Точка Pвoсоответствует давлению начала выпуска в эталонном ДВС. Точка РZ IIявляется эквивалентом точка РZ I при соответствующем увеличении объема (отрезок РZ I-PZ II) вследствие увеличения дозы рабочего тела, поступающего из камеры сгорания в рабочий цилиндр.Point P a = P ao - pressure of the end of the outlet - the beginning of the inlet. Point P co - compression pressure at the moment of ignition of the mixture of the standard internal combustion engine, point P with - compression pressure at the time the start of the bypass for the proposed engine. Points P Z ; (P Zo ), P Z I (P Zo I ) are the maximum pressure points during combustion of the mixture for each of the comparative engines, respectively, with the point P corresponding to the pressure of the end of the bypass and the beginning of the expansion process for the proposed one, and P Zo to the beginning of the expansion process combustion of the mixture in the reference engine. Point P in corresponds to the pressure of the beginning of release in the reference internal combustion engine. Point P Z II is equivalent to point P Z I with a corresponding increase in volume (segment P Z I -P Z II ) due to an increase in the dose of the working fluid coming from the combustion chamber to the working cylinder.

Вариант, представленный на фиг. 3, включает в себя дополнительно планетарный механизм (дифференциал) 19 с конической шестерней 20 коленчатого вала 21 компрессора 1, конической шестерней 22 выходного вала 23, водилом (коробкой дифференциала) 24 и сателлитами 25, установленными в подшипниках водила 24 и связывающими между собой шестерни 20 и 22. Водило 24 через зубчатый венец 26 связано с цилиндрической шестерней 27 коленчатого вала 28, кривошип которого шарнирно связан с шатуном 7 рабочего цилиндра 5. В варианте планетарного механизма (дифференциала) 19, представленного на фиг. 3, внутреннее передаточное отношение i0=

Figure 00000001
, где d20 - диаметр конической шестерни 20, а d22 - шестерни 22. Поскольку d20 = d22, io = 1.The embodiment of FIG. 3, additionally includes a planetary mechanism (differential) 19 with a bevel gear 20 of the crankshaft 21 of the compressor 1, a bevel gear 22 of the output shaft 23, a carrier (differential box) 24 and satellites 25 mounted in the bearings of the carrier 24 and connecting gears 20 and 22. The carrier 24 is connected via a ring gear 26 to a cylindrical gear 27 of the crankshaft 28, the crank of which is pivotally connected to the connecting rod 7 of the working cylinder 5. In the embodiment of the planetary mechanism (differential) 19 shown in FIG. 3, the internal gear ratio i 0 =
Figure 00000001
where d 20 is the diameter of the bevel gear 20 and d 22 is the gear 22. Since d 20 = d 22 , i o = 1.

На фиг. 4 приведен общий характер зависимости крутящего момента на выходном валу двигателя от частоты его вращения, М = f(n), при различных значениях внутреннего передаточного числа дифференциала. Величина М приведена в процентах, причем за базу (100% ) принятого значение М при n = 0 и iо = 0,5. На оси абсцисс графика отложены значения n, а на оси ординат - значения М. Зависимость представлена семейством из пяти кривых для iо, соответствующих iо = 1,2; 1,0; 0,7; 0,5; 0,3.In FIG. Figure 4 shows the general nature of the dependence of the torque on the output shaft of the engine on its rotation frequency, M = f (n), for various values of the internal gear ratio of the differential. The value of M is given in percent, and for the base (100%) of the adopted value of M at n = 0 and i about = 0.5. The values of n are plotted on the abscissa of the graph, and the values of M are plotted on the ordinate. The dependence is represented by a family of five curves for i o corresponding to i o = 1.2; 1.0; 0.7; 0.5; 0.3.

На фиг. 5 представлена схема планетарного механизма (дифференциала), имеющего внутреннее передаточное отношение iо ≠ 1. На этой фигуре 20 - коническая шестерня вала 21 компрессора 1, 22 - коническая шестерня выходного вала 23, 24 - водило, 25 - сателлиты конической шестерни 22; 25 - сателлиты конической шестерни 20.In FIG. 5 is a diagram of a planetary gear (differential) having an internal gear ratio i о ≠ 1. In this figure, 20 is a bevel gear of the shaft 21 of the compressor 1, 22 is a bevel gear of the output shaft 23, 24 is a carrier, 25 is a gear of the bevel gear 22; 25 - bevel gear satellites 20.

На фиг. 6 позиции имеют свою нумерацию. Двигатель включает в себя общий цилиндрический корпус, разделенный внутренними перегородками (стенками) на 6 частей - отсек 1 регулирующего механизма 7 компрессорной камеры 2, камеру сгорания 3, рабочую камеру 4, отсек 5 регулирующего механизма 10 рабочей камеры 4 и отсек 6 планетарного механизма 8. Отсеки 1 и 6 с наружных сторон закрыты торцевыми крышками. Регулирующий механизм 7 связан с солнечной шестерней 17 планетарного механизма 8 валом 9, а регулирующий механизм 10 - полым валом 11 с водилом 26 планетарного механизма, корона 27 которого связана с выходным валом 12 (возможны и другие сочетания). Компрессорная камера 2 имеет периферийное впускное окно, выполненное в соответствующей части стенки цилиндрического корпуса, с впускным трубопроводом 13, оснащенным воздушной (или дроссельной) заслонкой, а также перепускное окно (окна), выполненное в стенке (перегородке), разделяющей компрессорную камеру 2 и камеру сгорания 3. В стенке, разделяющей камеру сгорания 3 и рабочую камеру 4, выполнено перепускное окно (окна), а в части стенки цилиндрического корпуса - периферийное выпускное окно с выпускным трубопроводом 14. В части стенки цилиндрического корпуса, относящейся к камере сгорания 3, установлены топливная форсунка 15 и свеча зажигания 16, представленная либо свечой накаливания, либо свечой с пульсирующей подачей искры. Солнечная шестерня 17 планетарного механизма 8 жестко посажена на заднем конце вала 9, передний конец которого соединяется c регулирующим механизмом 7 на входе в него. Выход регулирующего механизма представлен двумя коаксиальными валами 18 и 19 с закрепленными на них лопастями 21 и 20, соответственно. Каждый из валов 18 и 19 с лопастями 21 и 20 представляет собой полуротор, а оба полуротора в сборе образуют ротор компрессора 2. Аналогично ротор рабочей части состоит из лопастей 22 и 23 и коаксиальных валов 24 и 25, связанных между собой через регулирующий механизм 10 рабочей камеры 4, имеющий один общий вал 11 с жестко посаженным на него водилом 26 планетарного механизма 8. Компрессорная камера 2 и рабочая камера 4 имеют раздельные системы охлаждения, которые могут выполняться как по д системы общей системы охлаждения, но с различной интенсивностью теплообмена. In FIG. 6 positions have their own numbering. The engine includes a common cylindrical body, divided into 6 parts by internal partitions (walls) - compartment 1 of the control mechanism 7 of the compressor chamber 2, the combustion chamber 3, the working chamber 4, compartment 5 of the control mechanism 10 of the working chamber 4 and the compartment 6 of the planetary gear 8. Compartments 1 and 6 are closed on the outside by end caps. The regulating mechanism 7 is connected to the sun gear 17 of the planetary mechanism 8 by a shaft 9, and the regulating mechanism 10 is connected to a hollow shaft 11 with a planet carrier 26, the crown 27 of which is connected to the output shaft 12 (other combinations are possible). The compressor chamber 2 has a peripheral inlet window made in the corresponding part of the wall of the cylindrical body, with an inlet pipe 13 equipped with an air (or throttle) damper, as well as a bypass window (windows) made in the wall (partition) separating the compressor chamber 2 and the chamber combustion 3. In the wall separating the combustion chamber 3 and the working chamber 4, a bypass window (s) is made, and in the wall part of the cylindrical body, a peripheral exhaust window with an exhaust pipe 14. In the cylinder part of the wall A fuel injector 15 and a spark plug 16, either a glow plug or a spark pulsed spark plug, are installed in the housing associated with the combustion chamber 3. The sun gear 17 of the planetary gear 8 is fixedly mounted on the rear end of the shaft 9, the front end of which is connected to the control mechanism 7 at the entrance to it. The output of the control mechanism is represented by two coaxial shafts 18 and 19 with blades 21 and 20 fixed to them, respectively. Each of the shafts 18 and 19 with the blades 21 and 20 is a half-rotor, and both half-rotor assemblies form the rotor of the compressor 2. Similarly, the rotor of the working part consists of blades 22 and 23 and coaxial shafts 24 and 25, interconnected via a regulating mechanism 10 of the working chamber 4, having one common shaft 11 with the carrier 26 of the planetary gear rigidly mounted on it 8. The compressor chamber 2 and the working chamber 4 have separate cooling systems, which can be performed as per the system of the general cooling system, but with different heat intensities oobmena.

На фиг. 7 представлены: техническое решение (7а) камеры РПД на примере компрессорной камеры 2, принципиальная схема (7б) компрессора 2 и принципиальная схема (7в) рабочей камеры 4 (фиг. 6). In FIG. 7 presents: the technical solution (7a) of the RPD chamber using the example of compressor chamber 2, the circuit diagram (7b) of the compressor 2 and the circuit diagram (7c) of the working chamber 4 (Fig. 6).

На фиг. 7а обозначения всех позиций относятся только к деталям компрессора 2, однако в тексте в скобках даны обозначения идентичных деталей рабочей камеры 4. In FIG. 7a, the designations of all positions refer only to the details of the compressor 2, however, in the text in parentheses are given the designations of identical parts of the working chamber 4.

Как показано на фиг. 7а, в цилиндрическом корпусе 2 (4) помещены три коаксиальных вала 9, 18 и 19 (9, 22 и 23) с консольно закрепленными на валах 18 и 19 (24 и 25) лопастями 20 и 21 (22 и 23). Вал 19 (24) выполнен с уступом (утолщенной и утонченной частями), причем торец утолщенной части находится примерно посредине длины камеры. На утонченную часть вала 19 (24) надет полый (трубчатый) вал 18 (25), точно равный по наружному диаметру утолщенной части вала 19. Вал 18 (25) своим торцом состыкован с торцом уступа вала 19 (24), причем место стыка пришлифовывается и оснащается уплотнением. Стык должен быть беззазорным. На утолщенной части вала 19 (25) крепится лопасть 20 (23), а вала 18 (24) - лопасть 21 (22). Лопасти имеют форму сектора с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса камеры 2 (4) и внутренним диаметром (у основания) - диаметру вала 18 (24) и, соответственно, утолщенной части вала 19 (25). По периферии лопасти снабжены пластинчатыми Г-образными уплотнениями, установленными в канавках 34. Валы 18 и 19 (24 и 25) в сборе с лопастями 20 и 21 (22 и 23) и с валом 9 установлены на подшипниках 30 и 31 в торцевых крышках 28 и 29 камеры по ее оси с возможностью вращения относительно друг друга. В цилиндрическом корпусе компрессора 2 выполнено впускное окно 35, а в торцевой крышке 29 - перепускное окно 36. В случае рабочей камеры 4 в цилиндрическом корпусе ее выполняется выпускное окно 38, а в торцевой крышке, отделяющей ее от камеры сгорания 3, - перепускное окно 37. Размеры окон определяются в зависимости от выбора фаз газораспределителя. As shown in FIG. 7a, three coaxial shafts 9, 18 and 19 (9, 22 and 23) with blades 20 and 21 (22 and 23) cantilevered on the shafts 18 and 19 (24 and 25) are placed in a cylindrical housing 2 (4). The shaft 19 (24) is made with a ledge (thickened and thinned parts), and the end face of the thickened part is located approximately in the middle of the length of the chamber. A hollow (tubular) shaft 18 (25) is put on the thinned part of the shaft 19 (24), exactly equal to the outer diameter of the thickened part of the shaft 19. The shaft 18 (25) is joined with the end face of the shoulder of the shaft 19 (24), and the joint is ground and equipped with a seal. The joint should be gapless. On the thickened part of the shaft 19 (25), the blade 20 (23) is attached, and the shaft 18 (24) - the blade 21 (22). The blades have the shape of a sector with an outer diameter equal to the inner diameter of the chamber body 2 (4) and the inner diameter (at the base) - the diameter of the shaft 18 (24) and, accordingly, the thickened part of the shaft 19 (25). On the periphery, the blades are equipped with lamellar L-seals installed in the grooves 34. The shafts 18 and 19 (24 and 25) assembled with the blades 20 and 21 (22 and 23) and with the shaft 9 are mounted on bearings 30 and 31 in the end caps 28 and 29 cameras along its axis with the possibility of rotation relative to each other. An inlet window 35 is made in the cylindrical housing of the compressor 2, and an overflow window 36 is formed in the end cap 29. In the case of the working chamber 4, an exhaust window 38 is formed in the cylindrical body thereof, and the bypass window 37 in the end cap separating it from the combustion chamber 3. The window sizes are determined depending on the choice of valve timing.

Лопасти 20 и 21 (22 и 23) имеют внутренние полости, выполняемые, в частности, высверливанием через технологические отверстия с пробками 32 и 33. Внутренняя полость лопастей заполняется маслом, поступающим от маслонасоса (на фиг. 7 не показан) через внутренний канал вала 9 и используемым как для охлаждения лопастей, так и для смазки рабочих поверхностей лопастей и сопряженных с ними поверхностей корпуса и валов. (Циркуляция масла на фиг. 7 не показана), обозначения позиций на фиг. 7а и 7б даны раздельно в соответствии с позициями компрессора 2 и рабочей камеры 4 (фиг. 6). The blades 20 and 21 (22 and 23) have internal cavities, in particular, drilled through technological holes with plugs 32 and 33. The internal cavity of the blades is filled with oil coming from the oil pump (not shown in Fig. 7) through the internal channel of the shaft 9 and used both for cooling the blades, and for lubricating the working surfaces of the blades and the associated surfaces of the housing and shafts. (Oil circulation in FIG. 7 not shown), reference numbers in FIG. 7a and 7b are given separately in accordance with the positions of the compressor 2 and the working chamber 4 (Fig. 6).

На фиг. 8 представлены техническое решение (8а) и принципиальная схема (8б) регулирующего механизма применительно, как и в предыдущем случае, к регулирующему механизму 7 компрессора 2 (фиг. 6). Механизм включает в себя передние выходы (концы) валов 9, 18 и 19, установленные коаксиально с валом 9 внутри и валом 19 снаружи. На конце вала 9 установлена шестерня 28, находящаяся в зацеплении с шестерней 29. Обе шестерни помещены в закрытом корпусе, что позволяет параллельно использовать эту пару в качестве масляного насоса. Масло, забираемое из поддона (на фиг. не показан) нагнетается через канал 30 в передней торцевой крышке и отверстие в вале 9 - во внутренний канал вала 9. Шестерня 29, закрепленная на валу 31, приводит через него во вращение шестерню 32, находящуюся в зацеплении с шестерней 33, которая в сочетании с пальцем 34 выполняет роль колена кривошипа, соответствующего радиусу 4 (см. схему 8б). Палец 34 входит в радиальный паз 35 шестерни 36, выполняющей роль радиуса r1. Шестерня 33 установлена на валу 37, вращающемся в подшипнике, смонтированном в перегородке (стенке) 38. На втором конце вала 37 установлено колесо 39 с пальцем 40, перемещавшимся вдоль радиального паза 41 в шестерне 42. Колесо 39 с пальцем 40 образует второе колено кривошипа с тем же радиусом r, но работающее в противофазе (развернуто на 180о). Соответственно паз 41 шестерни 42 выполняет роль второго подвижного радиуса (r2). Шестерня 36 находится в постоянном зацеплении с шестерней 43 вала 18, а шестерня 42 - с шестерней 44 вала 19. Валы шестерен 36 и 43 установлены в подшипниках 45 и 46, смонтированных соответственно в перегородках (торцевых стенках) 47 и 48 на общей геометрической оси: расположенной со смещением относительно оси вала 37 на величину а.In FIG. Figure 8 shows the technical solution (8a) and the circuit diagram (8b) of the regulating mechanism as applied, as in the previous case, to the regulating mechanism 7 of compressor 2 (Fig. 6). The mechanism includes front outputs (ends) of the shafts 9, 18 and 19, mounted coaxially with the shaft 9 inside and the shaft 19 outside. A gear 28 is installed at the end of the shaft 9, which is meshed with gear 29. Both gears are placed in a closed housing, which allows this pair to be used in parallel as an oil pump. The oil taken from the sump (not shown in Fig.) Is pumped through the channel 30 in the front end cover and the hole in the shaft 9 into the internal channel of the shaft 9. The gear 29, mounted on the shaft 31, rotates the gear 32 located in meshing with gear 33, which, in combination with pin 34, acts as a crank elbow corresponding to radius 4 (see diagram 8b). The finger 34 is included in the radial groove 35 of the gear 36, which plays the role of radius r 1 . Gear 33 is mounted on a shaft 37 rotating in a bearing mounted in a partition (wall) 38. A wheel 39 is mounted on the second end of the shaft 37 with a pin 40 moving along the radial groove 41 in the gear 42. The wheel 39 with the pin 40 forms a second crank with the same radius r, but operating in antiphase (rotated 180 ° ). Accordingly, the groove 41 of the gear 42 acts as a second movable radius (r 2 ). Gear 36 is in constant engagement with gear 43 of shaft 18, and gear 42 with gear 44 of shaft 19. Shafts of gears 36 and 43 are mounted in bearings 45 and 46 mounted respectively in partitions (end walls) 47 and 48 on a common geometric axis: located offset from the axis of the shaft 37 by a.

На фиг. 8б представлено несколько положений переменных радиусов r1и r2, поворачивающихся вокруг центра О1, смещенного на величину а относительно центра О вращения постоянного радиуса r.In FIG. 8b presents several positions of variable radii r 1 and r 2 , rotating around the center O 1 , offset by a value relative to the center O of rotation of constant radius r.

На фиг. 9 представлен график изменения угловых скоростей валов камеры и продолжительности цикла при различных количествах пар лопастей. График построен применительно к компрессору 2 (фиг. 6). . In FIG. 9 is a graph of the variation in the angular velocity of the chamber shafts and the cycle duration for various numbers of pairs of blades. The graph is built in relation to compressor 2 (Fig. 6). .

На фиг. 9а графически представлены зависимости ω1, ω2= f(α) и α1, α2= f(α) для вариантов m = 1, m = 2 и m = 3, где ω1 - угловая скорость вала, вращающегося с большей скоростью, ω2 - угловая скорость вала, вращающегося с меньшей скоростью, α1, α2 - углы поворота соответствующих валов, а m - количество пар лопастей.In FIG. 9a graphically shows the dependences ω 1 , ω 2 = f (α) and α 1 , α 2 = f (α) for the options m = 1, m = 2 and m = 3, where ω 1 is the angular velocity of the shaft rotating with a greater speed, ω 2 - the angular velocity of the shaft rotating at a lower speed, α 1 , α 2 - the rotation angles of the respective shafts, and m - the number of pairs of blades.

На фиг. 10 в общем виде представлена принципиальная схема двигателя и 6 положений его рабочего процесса (цикла). In FIG. 10 in general terms is a schematic diagram of the engine and 6 provisions of its working process (cycle).

Двигатель состоит из цилиндрической камеры 10 с установленной по ее оси парой коаксиальных валов 11 с закрепленными на них двумя парами оппозитно расположенных секторных лопастей А-А и В-В. Валы пары 11 связаны между собой механизмом преобразования движения (на схеме не показан). В цилиндрическом корпусе выполнены впускное 12 и выпускное 13 отверстия, а также отверстие для свечи зажигания 14. Цилиндрический корпус 10, лопасти А-А и В-В и боковые стенки образуют четыре камеры (I, II, III, IV), объемы которых изменяются на протяжении рабочего цикла. The engine consists of a cylindrical chamber 10 with a pair of coaxial shafts 11 installed along its axis with two pairs of opposed sector blades A-A and B-B mounted on them. The shafts of the pair 11 are interconnected by a movement conversion mechanism (not shown in the diagram). The inlet 12 and outlet 13 openings are made in the cylindrical body, as well as the hole for the spark plug 14. The cylindrical body 10, blades AA and BB, and the side walls form four chambers (I, II, III, IV), the volumes of which vary throughout the work cycle.

На фиг. 11 обозначены: 1 - компрессор; 2 - нагревательная камера; 3 - камера сгорания; 4 - рабочая часть; 5 - охладитель рабочего тела. In FIG. 11 are indicated: 1 - compressor; 2 - heating chamber; 3 - combustion chamber; 4 - working part; 5 - cooler working fluid.

Принцип работы двигателя по варианту I с поступательным движением поршней и жестким валом (фиг. 1). The principle of operation of the engine according to option I with the translational movement of the pistons and a rigid shaft (Fig. 1).

При пуске холодного двигателя предварительно включается свеча накапливания или пульсирующей подачи искры 12, работающая от аккумуляторной батареи (на фиг. 1 не показана), после чего от стартера (на фиг. 1 не показан) через маховик 19 приводится во вращение коленчатый вал 4. Одновременно с включением стартера производится (при раздельном смесеобразовании) включение топливного насоса высокого давления (на фиг. 1 не показан), обеспечивающего подачу топлива из топливного бака (на фиг. 1 не показан) через форсунку 11 в камеру сгорания 10. Возможен вариант внешнего смесеобразования, т. е. с использованием карбюратора или другого устройства для приготовления горючей смеси. В этом случае необходимость в топливном насосе высокого давления и форсунке 11 отпадает, однако возникает опасность самовоспламенения смеси при сжатии. Выбор системы смесеобразования зависит от соответствующих свойств топлива, на котором будет работать двигатель. When starting a cold engine, the accumulation or pulsating spark plug 12, which is powered by a rechargeable battery (not shown in FIG. 1), is preliminarily switched on, after which the crankshaft 4 is driven through the flywheel 19 through the flywheel 19. with the starter turned on (with separate mixture formation), the high-pressure fuel pump (not shown in Fig. 1) is turned on, which supplies fuel from the fuel tank (not shown in Fig. 1) through the nozzle 11 to the combustion chamber 10. Variation is possible m external mixture formation, ie. e. using a carburetor or other device for preparing the combustible mixture. In this case, the need for a high-pressure fuel pump and nozzle 11 disappears, however, there is a danger of self-ignition of the mixture during compression. The choice of a mixture formation system depends on the corresponding properties of the fuel on which the engine will operate.

Вращение коленчатого вала 4 приводит в движение поршень 2 компрессорного цилиндра - (компрессора) 1, который при ходе вниз осуществляет всасывание воздуха или горючей смеси (при внешнем смесеобразовании) в компрессор 1 через впускной трубопровод 15 с впускным клапаном 16. При движении поршня 2 вверх клапан 16 закрывается, а перепускной клапан 13 продолжает оставаться в закрытом положении почти до конца сжатия. В конце такта сжатия, когда давление сжимаемого воздуха (или смеси) достигает достаточно большой величины, открывается клапан 13, и сжатый воздух через перепускной трубопровод 8 нагнетается в камеру сгорания 10. Поскольку свободное пространство над днищем поршня 2 в его верхнем положении (ВМТ) практически равно нулю, весь или почти весь воздух (смесь) вытесняется из компрессора 1 в камеру сгорания 10, что снимает проблему остаточных газов. По достижении соответствующих условий (давления) в камере сгорания 10 происходит воспламенение смеси от свечи зажигания 12, причем момент воспламенения смеси не имеет значения, важен лишь сам факт воспламенения. The rotation of the crankshaft 4 drives the piston 2 of the compressor cylinder - (compressor) 1, which, when moving downward, sucks air or combustible mixture (with external mixture formation) into the compressor 1 through the intake pipe 15 with the intake valve 16. When the piston 2 moves up the valve 16 closes, and the bypass valve 13 continues to remain in the closed position almost until the end of compression. At the end of the compression stroke, when the pressure of the compressed air (or mixture) reaches a sufficiently large value, the valve 13 opens, and the compressed air is pumped through the bypass pipe 8 into the combustion chamber 10. Since the free space above the bottom of the piston 2 is in its upper position (TDC) is zero, all or almost all of the air (mixture) is displaced from the compressor 1 into the combustion chamber 10, which removes the problem of residual gases. Upon reaching the appropriate conditions (pressure) in the combustion chamber 10, the mixture ignites from the spark plug 12, and the moment of ignition of the mixture does not matter, only the fact of ignition is important.

При вращении вала 4 во время пуска двигателя аналогичное движение, только в противофазе, совершает и поршень 6 рабочего цилиндра 5, в котором происходят такты расширения и выпуска, поскольку сгорание смеси происходит в вынесенной за его пределы камере сгорания 10. Рабочее тело, являющееся продуктом сгорания смеси, поступает в рабочий цилиндр 5 через перепускной трубопровод 9 с перепускным клапаном 14 при рабочем ходе (вниз) поршня 6. Выпуск отработавшего рабочего тела из рабочего цилиндра 5 происходит через выпускной трубопровод 17 с выпускным клапаном 18 при движении поршня 6 вверх. When the shaft 4 rotates during engine start-up, the piston 6 of the working cylinder 5 also performs a similar movement, only in antiphase, in which the expansion and exhaust strokes occur, since the mixture is combusted in the combustion chamber 10 which is outside its limits. mixture, enters the working cylinder 5 through the bypass pipe 9 with the bypass valve 14 during the working stroke (down) of the piston 6. The exhaust working fluid from the working cylinder 5 is discharged through the exhaust pipe 17 with the exhaust to the valve 18 when the piston 6 moves up.

На фиг. 1 представлено положение, соответствующее концу сжатия и перепуска в компрессоре 1 и концу расширения и началу выпуска в рабочем цилиндре 5. In FIG. 1 shows the position corresponding to the end of compression and bypass in compressor 1 and the end of expansion and the beginning of release in the working cylinder 5.

После воспламенения смеси от свечи 12 начинается процесс прогрева двигателя, в результате которого камера сгорания 10 нагревается, и начинается самовоспламенение смеси, нагнетаемой в камеру сгорания 10. After igniting the mixture from the spark plug 12, the engine warming up process begins, as a result of which the combustion chamber 10 heats up, and self-ignition of the mixture injected into the combustion chamber 10 begins.

При пуске двигателя до момента воспламенения смеси давление в камере сгорания возрастает лишь благодаря разности массы смеси (воздуха), нагнетаемой в камеру сгорания компрессором 1, и отводимой из нее через рабочий цилиндр 5 в атмосферу. Благодаря этой разности ( масса отводимой смеси менее массы нагнетаемой) происходит накопление массы смеси, остающейся в камере сгорания. Величина этой разности определяется соответствующими фазами газораспределения, т. е. соотношением время-сечение клапанов 13 и 14. Механизм газораспределения принципиально ничем не отличается, кроме профиля кулачков и, соответственно, фаз газораспределения от механизма газораспределения классического ДВС, поэтому на фиг. 1 не показан. В качестве дополнительного средства повышения давления в камере сгорания 10, а следовательно и ускорения пуска, можно использовать дросселирование потока смеси либо в трубопроводе 9 либо в трубопроводе 17. When starting the engine until the mixture ignites, the pressure in the combustion chamber increases only due to the difference in the mass of the mixture (air) injected into the combustion chamber by the compressor 1 and discharged from it through the working cylinder 5 into the atmosphere. Due to this difference (the mass of the discharged mixture is less than the mass of the injected), an accumulation of the mass of the mixture remaining in the combustion chamber occurs. The magnitude of this difference is determined by the corresponding gas distribution phases, i.e., the time-section ratio of valves 13 and 14. The gas distribution mechanism is essentially the same as the cam profile and, accordingly, the gas distribution phases from the gas distribution mechanism of a classical internal combustion engine, therefore, in FIG. 1 is not shown. As an additional means of increasing the pressure in the combustion chamber 10, and hence the acceleration of start-up, it is possible to use a throttling of the mixture flow either in pipeline 9 or in pipe 17.

В связи с тем, что давление в камере сгорания до установления баланса между массой нагнетаемой смеси и массой ее, отводимой в атмосферу, возрастает с каждой подачей нового заряда, скорость нарастания этого давления при прочих равных условиях зависит только от соотношения объема камеры сгорания 10 и рабочего объема компрессора 1. Чем больше относительный объем камеры сгорания 10, тем меньше скорость нарастания давления, и наоборот. Due to the fact that the pressure in the combustion chamber until a balance is established between the mass of the injected mixture and its mass discharged into the atmosphere increases with each supply of a new charge, the rate of increase of this pressure, ceteris paribus, depends only on the ratio of the volume of the combustion chamber 10 and the working compressor volume 1. The larger the relative volume of the combustion chamber 10, the lower the rate of pressure rise, and vice versa.

После воспламенения смеси в камере сгорания 10 начинается процесс работы двигателя. Принципиальные отличия процесса работы от процесса пуска двигателя состоят в следующем. Во-первых, отключается механизм внешнего привода, и двигатель переходит на режим работы от тепловой энергии, образующейся в результате сгорания топливовоздушной смеси. Во-вторых, резко возрастают рабочее давление и температура в камере сгорания 10. В третьих, происходит самовоспламенение смеси. В четвертых, процесс сгорания смеси приобретает непрерывный характер с некоторой пульсацией рабочего давления в камере сгорания 10. В пятых, появляется возможность перехода на обедненные смеси и/или другие виды топлива. After ignition of the mixture in the combustion chamber 10, the engine operation process begins. The fundamental differences between the operation process and the engine starting process are as follows. Firstly, the external drive mechanism is turned off, and the engine switches to the mode of operation from the thermal energy generated as a result of combustion of the air-fuel mixture. Secondly, the working pressure and temperature in the combustion chamber 10 sharply increase. Thirdly, the mixture spontaneously ignites. Fourth, the combustion process of the mixture becomes continuous with some fluctuation in the working pressure in the combustion chamber 10. Fifth, it becomes possible to switch to lean mixtures and / or other types of fuel.

Поскольку по химической реакции для полного сгорания топлива в двигателе не хватает воздуха, регулирование его подачи (состава смеси) является, хотя и желательным, но не обязательным. По этой причине управление двигателем осуществляется только изменением величины подачи топлива без регулирования подачи воздуха, хотя вариант с регулируемой подачей воздуха тоже возможен. Как и при пуске двигателя, воздух (смесь), поступающий в компрессор 1 при впуске, сжимаются и нагнетаются компрессором в камеру сгорания 10. Давление конца сжатия, к моменту открытия перепускного клапана 13, должно примерно соответствовать давлению в камере сгорания 10, хотя может и несколько отклоняться от него. После открытия клапана 13 сжатый воздух (смесь) под воздействием собственного давления и поршня 2 поступает в камеру сгорания 10 и сразу же воспламеняется, соответственно повышая давление в ней на некоторую величину в зависимости от наполнения компрессора 1 и его относительного (к камере сгорания 10) объема. На фиг. 1 представлено положение конца сжатия перепуска и начала впуска (ВМТ) в компрессоре 1 и конца расширения и начала выпуска (НМТ) в рабочем цилиндре 5. При последующем повороте вала 4 на 180о поршень 2 перемещается вниз до НМТ, всасывая новую порцию воздуха (смеси). Одновременно поршень 6 рабочего цилиндра 5 перемещается из НМТ в ВМТ, выталкивая отработавшее рабочее тело через открывающийся выпускной клапан 18 в атмосферу. В положении ВМТ открывается перепускной клапан 14, и рабочее тело под давлением в камере сгорания 10 поступает в рабочий цилиндр 5, воздействуя на поршень 6 и перемещая его к НМТ. Таким образом, за 360о оборота коленчатого вала 4 совершается полный цикл с разделением тактов впуск-сжатие и расширение-выпуск между компрессором 1 и рабочим цилиндром 5, а также с вынесением процесса сгорания за их пределы. Нарастание давления в камере сгорания 10 при подаче очередного заряда смеси нивелируется соответствующим падением его при подаче очередной порции рабочего тела в рабочий цилиндр 5, поэтому практически при установившемся режиме рабочий процесс протекает с постоянным давлением при незначительной его пульсации.Since the chemical reaction does not have enough air in the engine to completely burn the fuel, regulation of its supply (mixture composition) is, although desirable, but not necessary. For this reason, the engine is controlled only by changing the amount of fuel supply without regulating the air supply, although the option with adjustable air supply is also possible. As when starting the engine, the air (mixture) entering the compressor 1 at the inlet is compressed and pumped by the compressor into the combustion chamber 10. The pressure of the compression end, by the time the bypass valve 13 is opened, should approximately correspond to the pressure in the combustion chamber 10, although it may deviate somewhat from him. After opening the valve 13, compressed air (mixture) under the influence of its own pressure and piston 2 enters the combustion chamber 10 and immediately ignites, respectively, increasing the pressure in it by a certain amount depending on the filling of the compressor 1 and its relative (to the combustion chamber 10) volume . In FIG. 1 shows the position of the end of compression and beginning bypass inlet (TDC) in the compressor 1 and the end of expansion and start of manufacture (BDC) in the working cylinder 5. Upon subsequent rotation of the shaft 4 at 180 ° piston 2 moves downward to BDC, the air sucking new serving (mixture ) At the same time, the piston 6 of the working cylinder 5 moves from BDC to TDC, pushing the spent working fluid through the opening exhaust valve 18 into the atmosphere. In the TDC position, the bypass valve 14 opens, and the working fluid under pressure in the combustion chamber 10 enters the working cylinder 5, acting on the piston 6 and moving it to the BDC. Thus, for 360 o rotation of the crankshaft 4, a complete cycle is performed with the separation of the intake-compression and expansion-exhaust cycles between the compressor 1 and the working cylinder 5, as well as taking the combustion process beyond. The increase in pressure in the combustion chamber 10 when applying the next charge of the mixture is leveled off by a corresponding drop in it when the next portion of the working fluid is fed into the working cylinder 5, therefore, almost at a steady state, the working process proceeds with constant pressure with insignificant pulsation.

Основные преимущества предлагаемого двигателя из общего анализа PV диаграммы, представленной на фиг. 2. Для обеспечения возможно более корректного подхода к сравнительной оценке обоих вариантов был принят ряд предварительных условий. Прежде всего, принято условие равенства рабочих объемов цилиндров сравниваемых вариантов, причем в случае предлагаемого двигателя рабочий объем цилиндра является одновременно и его полным объемом. The main advantages of the proposed engine from the general analysis of the PV diagram shown in FIG. 2. To ensure the most correct approach to the comparative assessment of both options, a number of preconditions were adopted. First of all, the condition of equality of the working volumes of the cylinders of the compared variants was adopted, and in the case of the proposed engine, the working volume of the cylinder is also its total volume.

Поскольку объем камеры сжатия, как части объема цилиндра предлагаемого двигателя, практически равен нулю, а эталонного ДВС при принятой степени сжатия Σ = 9 составляет примерно 11% полного объема цилиндра, последний имеет более короткий ход поршня. Для соблюдения условия равенства рабочих объемов при расчетах диаметр цилиндра эталонного двигателя внутреннего сгорания принят увеличенным на 6% . Наконец, если цикл предлагаемого двигателя совершается в двух цилиндрах (компрессор и рабочий цилиндр), то в случае эталонного ДВС - только в одном цилиндре. Таким образом, при равенстве рабочих объемов компрессора, рабочего цилиндра и цилиндра эталонного ДВС суммарный рабочий (он же полный) объем предлагаемого двигателя будет вдвое превышать рабочий объем эталонного ДВС. Но в первом случае полный цикл совершается за 360о поворота вала, а во втором - за 720о. Отсюда, на один цикл предлагаемого двигателя приходится половина цикла эталонного ДВС, что обеспечивает соблюдение принципа равенства условий (объемов).Since the volume of the compression chamber, as part of the cylinder volume of the proposed engine, is practically zero, and the standard internal combustion engine with the adopted compression ratio Σ = 9 is approximately 11% of the total cylinder volume, the latter has a shorter piston stroke. To comply with the condition of equality of working volumes in the calculations, the cylinder diameter of the reference internal combustion engine is adopted increased by 6%. Finally, if the cycle of the proposed engine takes place in two cylinders (compressor and slave cylinder), then in the case of a reference internal combustion engine - only in one cylinder. Thus, if the working volumes of the compressor, the working cylinder and the cylinder of the standard internal combustion engine are equal, the total working (also full) volume of the proposed engine will be twice the working volume of the standard internal combustion engine. But in the first case, the full cycle is completed for 360 about the rotation of the shaft, and in the second for 720 about . Hence, one cycle of the proposed engine accounts for half of the cycle of the internal combustion engine, which ensures compliance with the principle of equality of conditions (volumes).

На представленной PV диаграмме отражены все такты четырехтактного двигателя с той лишь разницей, что в случае эталонного ДВС они относятся к одному цилиндру, а в случае предлагаемого двигателя распределены попарно между компрессором и рабочим цилиндром. The PV diagram shows all the cycles of a four-stroke engine, with the only difference being that in the case of a reference internal combustion engine they belong to one cylinder, and in the case of the proposed engine, they are distributed in pairs between the compressor and the working cylinder.

При расчете и построении PV диаграммы приняты следующие исходные параметры и их значения: начальное давление сжатия Ра = Рао = 0,8 кгс/см2; степень сжатия Σ = 30, Σo = 9; степень расширения -Σ = 6,7 и 5 (второй вариант); - Σo = 9; показатель политропы сжатия n1 = 1,35; давление сгорания P = 60 кгс/см2, PZ = 86 кгс/см2.When calculating and constructing the PV diagram, the following initial parameters and their values were taken: initial compression pressure P a = P ao = 0.8 kgf / cm 2 ; compression ratio Σ = 30, Σ o = 9; the degree of expansion -Σ = 6.7 and 5 (second option); - Σ o = 9; the compression polytropic index n 1 = 1.35; combustion pressure P Zo = 60 kgf / cm 2 , P Z = 86 kgf / cm 2 .

Равенство значений Pa, т. е. . Pa = Pao принято лишь для соблюдения принципа равенства начальных условий для обоих сравниваемых вариантов. В действительности Pa ≠ Pao в связи с различием в температурном режиме, наличием остаточных газов у эталонного ДВС и др.The equality of the values P a, r. F.. P a = P ao is accepted only to comply with the principle of equality of initial conditions for both compared options. In fact, P a ≠ P ao due to the difference in temperature conditions, the presence of residual gases in the reference internal combustion engine, etc.

Степень сжатия Σ для предлагаемого двигателя - величина, представляющая собой отношение полного объема компрессора к объему его в точке Pc, т. е. в конце сжатия и начале перепуска. Степень расширения - величина, равная отношению полного объема рабочего цилиндра к объему его в точке PZ I, соответствующей концу перепуска рабочего тела из камеры сгорания в рабочий цилиндр и началу процесса расширения в чистом виде. Для эталонного ДВС принята степень расширения - Σo = 9. Для предлагаемого двигателя - Σ = 6,7 и - Σ = 5 (второй вариант). Фактически расширение начинается в точке P, при нулевом объеме V = 0, т. е. - Σ =

Figure 00000002
= ∞ .The compression ratio Σ for the proposed engine is a value representing the ratio of the total volume of the compressor to its volume at the point P c , i.e., at the end of compression and the beginning of the bypass. The degree of expansion is a value equal to the ratio of the total volume of the working cylinder to its volume at the point P Z I corresponding to the end of the bypass of the working fluid from the combustion chamber to the working cylinder and the beginning of the expansion process in its pure form. For the standard internal combustion engine, the degree of expansion is adopted - Σ o = 9. For the proposed engine - Σ = 6.7 and - Σ = 5 (second option). In fact, expansion begins at point P, with zero volume V = 0, i.e., - Σ =
Figure 00000002
= ∞.

Для показателя политропы сжатия n1 в обоих случаях принято среднее значение n1 = 1,35, типичное для современных ДВС.For the compression polytropic exponent n 1 in both cases, the average value n 1 = 1.35, typical of modern ICEs, is accepted.

Координаты характерных точек PV диаграммы получены расчетным путем на осно- ве приведенных исходных данных, взятых из технической литературы. The coordinates of the characteristic points of the PV diagram were obtained by calculation on the basis of the given initial data taken from the technical literature.

Приведенная PV диаграмма носит в основном иллюстративный характер и не претендует на абсолютную точность. The given PV diagram is mainly illustrative and does not claim absolute accuracy.

В анализе всего рабочего цикла с учетом приведенных замечаний рассматривается в основном идеальный цикл. In the analysis of the entire working cycle, taking into account the above comments, an ideal cycle is considered mainly.

Процесс впуска. Для обоих сравниваемых вариантов этот процесс начинается в ВМТ и ВМТо, т. е. по завершении процесса выпуска. Различие состоит в том, что в случае предлагаемого двигателя впуск производится в компрессор, а в случае эталонного ДВС - в тот же цилиндр, в котором совершается весь цикл. Наличие в цилиндре эталонного ДВС камеры сгорания предопределяет и наличие в нем остаточных газов, следствием чего является снижение наполнения его свежей топливовоздушной смесью (или воздухом) и ухудшение состава смеси (воздуха) вследствие примеси негорючих остаточных газов (до 11% ). Несмотря на принятое условие равенства, согласно которому начальное давление впуска Pa принято одинаковым для обоих случаев, т. е. . Pa = Pao, в действительности наличие остаточных газов значительно повышает его, и, если в случае предлагаемого двигателя впуск начинается при нулевом или близком к нулю давления, то в случае эталонного ДВС давление начала впуска близко к атмосферному или превышает его. Дополнительным фактором, снижающим наполнение цилиндра является более высокая температура его в случае эталонного ДВС. Этот процесс завершается общей для обоих вариантов НМТ и описывается на диаграмме кривыми ВМТ-НМТ и ВМТо-НМТ, соответственно, при равных давлениях Pa = = Pao = 0,8 кгс/см2.Intake process. For both compared options, this process begins at TDC and TDC about , i.e., at the end of the release process. The difference is that in the case of the proposed engine, the intake is made into the compressor, and in the case of the reference internal combustion engine - into the same cylinder in which the entire cycle is completed. The presence of a combustion chamber in the cylinder of the standard internal combustion engine determines the presence of residual gases in it, which results in a decrease in its filling with fresh air-fuel mixture (or air) and a deterioration in the composition of the mixture (air) due to the admixture of non-combustible residual gases (up to 11%). Although taken equality condition that the initial intake pressure P a made the same for both cases, ie. F.. P a = P ao , in fact, the presence of residual gases significantly increases it, and if, in the case of the proposed engine, the inlet starts at zero or close to zero pressure, then in the case of a reference internal combustion engine, the pressure at which the inlet starts is close to atmospheric or exceeds it. An additional factor that reduces the filling of the cylinder is its higher temperature in the case of a reference internal combustion engine. This general process is completed for both NMT and embodiments described in the diagram the curves TDC-BDC and TDC of -NMT, respectively, at equal pressures P a = = P ao = 0,8 kgf / cm 2.

Процесс сжатия. Сжатие начинается в общей для обоих вариантов НМТ при давлении Pa = Pao = 0,8 кгс/см2. Он аналогичен для обоих вариантов, однако в деталях имеет весьма существенные различия. В предлагаемом двигателе он происходит в компрессоре и продолжается в чистом виде до точки Pc, абсцисса которой соответствует примерно 2,5-3,5 объема последнего, а ордината - примерно 80 кгс/см2. Завершением процесса сжатия является перепуск, описываемый участком Pc-PZ кривой Pa-Pc-PZ с абсциссой точки PZ, равной нулю, и ординатой, равной примерно 86 кгс/см2. При этом перепуск по своему характеру аналогичен сжатию, но в отличие от последнего сопровождается противотоком горячего (или горящего) рабочего тела из камеры сгорания в компрессор, однако только в том случае, если давление в точке Pc ниже давления PZ. При этом противоток носит мгновенный характер, поскольку сразу же наступает выравнивание давлений, т. е. условие Pc = PZ, после чего противоток прекращается. Если давление Pc ≥ PZ, противотока не возникает.Compression process. Compression starts at BDC common to both embodiments at a pressure P a = P ao = 0,8 kgf / cm 2. It is similar for both options, but in the details it has very significant differences. In the proposed engine, it occurs in the compressor and continues in its pure form to the point P c , the abscissa of which corresponds to about 2.5-3.5 of the volume of the latter, and the ordinate - about 80 kgf / cm 2 . The completion of the compression process is the bypass described by the section P c -P Z of the curve P a -P c -P Z with the abscissa of the point P Z equal to zero and the ordinate equal to approximately 86 kgf / cm 2 . In this case, the bypass is similar in nature to compression, but unlike the latter, it is accompanied by a counterflow of hot (or burning) working fluid from the combustion chamber to the compressor, but only if the pressure at point P c is lower than pressure P Z. In this case, the counterflow is instantaneous in nature, since pressure equalization immediately sets in, that is, the condition P c = P Z , after which the counterflow ceases. If the pressure P c ≥ P Z , no counterflow occurs.

В отличие от предлагаемого двигателя в эталонном ДВС процесс сжатия происходит в том же цилиндре, где и весь цикл, причем завершается в чистом виде в точке Pco общей кривой сжатия Pao-Pco-PZo с абсциссой, соответствующей примерно 0,2 полного и 0,1 рабочего объема этого цилиндра. Завершением общего процесса сжатия является смешанный процесс-процесс сгорание-сжатие, описываемый участок Pco-PZo общей кривой сжатия. Эти различия оказывают влияние на характеристику процесса и, как следствие, на выходные параметры двигателя. У эталонного ДВС он протекает при более высокой температуре вообще, а на Pco-PZo - при резком повышении температуры и давления вследствие воспламенения и сгорания заряда смеси, т. е. при большом противодавлении, а следовательно и большом реактивном моменте, на преодоление которого бесполезно расходуется значительная часть мощности. У предлагаемого двигателя мощность расходуется только на сжатие заряда смеси (воздуха), поскольку даже на небольшом участке Pc-PZ общей кривой сжатия, т. е. при перепуске, этот дополнительный расход мощности используется на повышение давления в камере сгорания. Более низкая температура процесса позволяет значительно увеличить степень сжатия при использовании топливовоздушной смеси (внешнее смесеобразование). Завершение процесса сжатия (включая перепуск) в точке PZ с абсциссой, соответствует нулевому объему цилиндра (V = 0) и с ординатой, соответствующей давлению в камере сгорания, полностью снимает проблему остаточных газов, обеспечивает плавный переход от давления конца сжатия к давлению рабочего тела в камере сгорания и максимальное использование заряда смеси (воздуха).In contrast to the proposed engine in the standard internal combustion engine, the compression process takes place in the same cylinder as the entire cycle, and ends in its pure form at the point P co the general compression curve P ao -P co -P Zo with an abscissa corresponding to about 0.2 full and 0.1 of the working volume of this cylinder. The completion of the overall compression process is a mixed process-combustion-compression process, the described section P co -P Zo of the overall compression curve. These differences affect the characteristics of the process and, as a consequence, the output parameters of the engine. In the standard internal combustion engine, it proceeds at a higher temperature in general, and on P co -P Zo - with a sharp increase in temperature and pressure due to ignition and combustion of the mixture charge, i.e., with high back pressure, and therefore a large reactive moment, to overcome which a significant part of the power is wasted. The power of the proposed engine is spent only on compressing the charge of the mixture (air), because even in a small area P c -P Z of the general compression curve, i.e., when bypassing, this additional power consumption is used to increase the pressure in the combustion chamber. The lower process temperature can significantly increase the degree of compression when using a fuel-air mixture (external mixture formation). The completion of the compression process (including bypass) at the point P Z with an abscissa corresponds to the zero volume of the cylinder (V = 0) and with the ordinate corresponding to the pressure in the combustion chamber completely eliminates the problem of residual gases, provides a smooth transition from the pressure of the end of compression to the pressure of the working fluid in the combustion chamber and the maximum use of the charge of the mixture (air).

Процесс сгорания смеси. Вынесение процесса сгорания смеси за пределы рабочего пространства предлагаемого двигателя обеспечивает ему ряд преимуществ. Кроме упоминавшихся преимуществ следует добавить, что вследствие подачи свежего заряда в атмосферу уже сгоревших или продолжающих гореть высокотемпературных газов проблемы воспламенения смеси свежего заряда и полноты его сгорания не возникает. В отличие от эталонного ДВС это относится к смесям широкого диапазона как по составу (коэффициенту избытка воздуха α), так и по видам и сортам топлива. The process of combustion of the mixture. The removal of the combustion process of the mixture beyond the working space of the proposed engine provides him with several advantages. In addition to the advantages mentioned, it should be added that due to the supply of a fresh charge to the atmosphere of high-temperature gases already burnt or continuing to burn, the problem of ignition of the fresh charge mixture and its complete combustion does not arise. In contrast to the standard internal combustion engine, this applies to mixtures of a wide range both in composition (coefficient of excess air α) and in types and grades of fuel.

Процесс расширения. Основные различия в характеристиках этого процесса для сравниваемых вариантов обусловлены тем, что в случае предлагаемого двигателя он происходит в отдельном рабочем цилиндре, а в случае эталонного ДВС - в цилиндре общем для всего цикла. Преимущество предлагаемого двигателя состоит в том, что в первом случае расширение начинается с перепуска при нулевой величине объема цилиндра (точка PZ с абсциссой, соответствующей ВМТ) и продолжается при постоянном давлении до точки PZ I (участок PZ-PZ I общей кривой расширения). Постоянство давления на этом участке обеспечивается балансом подачи смеси или воздуха и топлива (при раздельном смесеобразовании) в камеру сгорания 10 (фиг. 1) и расхода рабочего тела при перепуске. Абсолютная величина PZ = PZ I для каждого конкретного режима нагрузка регулируется подачей подобно дизельному процессу. В отличие от эталонного ДВС, здесь на начальной стадии процесса дополнительно используется объем цилиндра, определяемый абсциссой точки PZ I. В данном примере он составляет порядка 15% объема цилиндра.Expansion process. The main differences in the characteristics of this process for the compared options are due to the fact that in the case of the proposed engine, it occurs in a separate working cylinder, and in the case of a reference internal combustion engine - in the cylinder common to the entire cycle. The advantage of the proposed engine is that in the first case, the expansion begins with a bypass at zero volume of the cylinder (point P Z with an abscissa corresponding to TDC) and continues at constant pressure to point P Z I (section P Z -P Z I of the general curve extensions). The constancy of pressure in this section is ensured by the balance of the supply of the mixture or air and fuel (with separate mixture formation) into the combustion chamber 10 (Fig. 1) and the flow rate of the working fluid during bypass. The absolute value P Z = P Z I for each specific mode, the load is regulated by the flow similar to the diesel process. In contrast to the reference internal combustion engine, here at the initial stage of the process, the cylinder volume determined by the abscissa of the point P Z I is additionally used. In this example, it makes up about 15% of the cylinder volume.

В случае эталонного ДВС расширение начинается в точке PZo с абсциссой, соответствующей объему камеры сгорания, т. е. примерно 11% полного объема цилиндра. Следовательно, до 11% объема цилиндра в процессе расширения не участвуют.In the case of a reference internal combustion engine, expansion begins at point P Zo with an abscissa corresponding to the volume of the combustion chamber, i.e., approximately 11% of the total volume of the cylinder. Consequently, up to 11% of the cylinder volume is not involved in the expansion process.

В случае предлагаемого двигателя в процессе расширения участвует уже готовое рабочее тело, являющееся продуктом полного или близкого к нему сгорания смеси, поэтому после перепуска (в точке PZ I) начинается расширение в чистом виде. Это позволяет посредством соответствующего подбора величины перепуска (длина отрезка PZ-PZ I) устанавливать (при проектировании) глубину расширения, т. е. степень утилизации энергии рабочего тела и таким образом определять соотношение мощность - КПД. При увеличении длины отрезка PZ-PZ I возрастает мощность, при уменьшении - КПД.In the case of the proposed engine, an already prepared working fluid is involved in the expansion process, which is the product of complete or close combustion of the mixture, therefore, after bypassing (at the point P Z I ), expansion in its pure form begins. This allows, by appropriate selection of the bypass value (segment length P Z -P Z I ), to establish (during design) the expansion depth, i.e., the degree of utilization of the energy of the working fluid, and thus determine the power-efficiency ratio. With an increase in the length of the segment P Z -P Z I , the power increases, with a decrease in efficiency.

Теоретически можно таким образом довести процесс расширения до холодного выпуска, т. е. максимально использовать энергию рабочего тела, поступаясь выходной мощностью, либо довести мощность до максимума, ограничиваемого только величиной противодавления выпуска. На фиг. 2 дополнительно представлен вариант с увеличенной длиной отрезка PZ-PZ I до PZ-PZ II, дающий соответствующий прирост площади фигуры, описывающий работу и, как следствие, увеличение мощности двигателя.Theoretically, it is possible in this way to bring the expansion process to a cold outlet, i.e., to maximize the use of the energy of the working fluid by sacrificing output power, or to bring the power to a maximum limited only by the amount of backpressure of the outlet. In FIG. 2, an option is additionally presented with an increased length of the segment P Z -P Z I to P Z -P Z II , giving a corresponding increase in the area of the figure, describing the operation and, as a consequence, an increase in engine power.

В случае эталонного двигателя внутреннего сгорания подобное дозирование расхода рабочего тела исключено, кроме того, процесс расширения в нем практически представлен тремя сложными процессами-воспламенение-предварительное горение смеси (участок Pco-PZo), сгорание смеси (участок PZo-PZo I) и расширение-догорание. При этом образование рабочего тела происходит на всех перечисленных этапах и полностью не заканчивается или заканчивается за пределами собственно двигателя в дожигателе, т. е. бесполезно. Процесс расширения обоих сравниваемых вариантов заканчивается в общей для них точке с ординатой Pa = Pao и абсциссой, соответствующей НМТ.In the case of a reference internal combustion engine, such a dosing of the flow of the working fluid is excluded, in addition, the expansion process in it is practically represented by three complex processes — ignition — preliminary combustion of the mixture (section P co -P Zo ), combustion of the mixture (section P Zo -P Zo I ) and extension-completion. In this case, the formation of the working fluid occurs at all of the stages listed and does not completely end or ends outside the engine proper in the afterburner, that is, it is useless. The process of expansion of both ends in the compared options common to them at the ordinate P a = P ao and the abscissa corresponding to BDC.

Процесс выпуска. Описывается на PV диаграмме кривыми, имеющими общее начало с абсциссой НМТ и ординатой Pa = = Pao и заканчивается в ВМТ и ВМТо, соответственно. Однако это справедливо лишь для идеального цикла. В реальном цикле выпуск начинается раньше ВМТ (ВМТо) для снижения противодавления продуктов сгорания и, соответственно, более полной очистки цилиндра от продуктов сгорания. Началом выпуска применительно к эталонному ДВС является начало открытия выпускного клапана (точка Pвo), т. е. при давлении порядка 4-8 кгс/см2, что влечет за собой значительную потерю энергии и шум, для глушения которого используются глушители шума выпуска, создающие дополнительное сопротивление и дополнительную потерю энергии. Более того, в современных ДВС для снижения токсичности продуктов сгорания используются устройства типа дожигателей, каталитических и термических реакторов, которые, создавая еще большее сопротивление выпуску, требуют для нормальной работы обогащения продуктов сгорания и подачи в выпускной тракт вторичного воздуха. Все это приводит к большим потерям энергии и снижению топливной экономичности, а также потере мощности вследствие значительной величины коэффициента остаточных газов.Release process. Described in PV diagram, the curves having a common origin with the abscissa and ordinate BDC P a = = P ao and ends at about TDC and TDC, respectively. However, this is true only for an ideal cycle. In a real cycle, production begins earlier than TDC (TDC o ) to reduce backpressure of the combustion products and, accordingly, to more completely clean the cylinder of combustion products. The beginning of the release with reference to the internal combustion engine is the beginning of the opening of the exhaust valve (point P o ), i.e., at a pressure of about 4-8 kgf / cm 2 , which entails a significant loss of energy and noise, for which the silencers of the exhaust noise are used to suppress, creating additional resistance and additional energy loss. Moreover, in modern internal combustion engines, devices such as afterburners, catalytic and thermal reactors are used to reduce the toxicity of combustion products, which, creating even greater resistance to exhaust, require the enrichment of combustion products and the supply of secondary air to the exhaust duct for normal operation. All this leads to large energy losses and reduced fuel efficiency, as well as power loss due to the significant value of the coefficient of residual gases.

В случае предлагаемого двигателя имеется возможность избежать эти недостатки: благодаря полноте сгорания смеси на выпуск поступают экологически чистые продукты сгорания; возможность дозирования подачи рабочего тела в рабочий цилиндр позволяет довести величину Pa до минимума (теоретически ниже атмосферного давления), т. е. исключить необходимость в устройствах гашения шума выпуска; чистый выпуск исключается необходимость в устройствах для нейтрализации токсичных компонент в нем. Все это одновременно повышает экологичность и топливную экономичность двигателя и доводит их до приемлемого оптимума.In the case of the proposed engine, it is possible to avoid these disadvantages: due to the completeness of the combustion of the mixture, environmentally friendly combustion products enter the exhaust; the possibility of dispensing the supply of the working fluid to the working cylinder allows P a to be minimized (theoretically below atmospheric pressure), i.e., to eliminate the need for exhaust silencing devices; clean release eliminates the need for devices to neutralize the toxic components in it. All this simultaneously increases the environmental friendliness and fuel efficiency of the engine and brings them to an acceptable optimum.

Значительная часть этих преимуществ наглядно просматривается при сопоставлении площадей фигур, соответствующих работе сравниваемых вариантов за один цикл одинаковых рабочих объемах цилиндров, если принять объем рабочего цилиндра предлагаемого двигателя за его рабочий объем. A significant part of these advantages is clearly visible when comparing the areas of the figures corresponding to the work of the compared options in one cycle of the same working cylinder volumes, if we take the volume of the working cylinder of the proposed engine for its working volume.

Принцип работы двигателя по вариант II - усовершенствованному варианту 1 (фиг. 3). Основное отличие варианта II от варианта I состоит в разделении общего коленчатого вала 4 (фиг. 1) на два коленчатых вала - 21 (вал компрессора 1) и 28 (вал рабочего цилиндра 5) и выходной вал 23 в сочетании с введением планетарного механизма (дифференциала) 19 (фиг. 3). Введение этих усовершенствований создает принципиально новый эффект. The principle of the engine according to option II - improved option 1 (Fig. 3). The main difference between option II and option I is the separation of the common crankshaft 4 (Fig. 1) into two crankshafts - 21 (compressor shaft 1) and 28 (working cylinder shaft 5) and output shaft 23 in combination with the introduction of a planetary mechanism (differential ) 19 (Fig. 3). The introduction of these improvements creates a fundamentally new effect.

Пуск холодного двигателя в принципе происходит так же, как в варианте 1, однако имеет ряд отличий, обусловленных его схемой. Starting a cold engine, in principle, is the same as in option 1, however, it has a number of differences due to its circuit.

Пуск двигателя от внешнего привода (стартера) осуществляется посредством вращения водила (коробки дифференциала) 24. При этом крутящий момент на водиле 24 распределяется между шестернями 20 и 22 вала 21 компрессора 1 и выходного вала 23 в соответствии с внутренним передаточным отношением iо, представляющим собой отношение диаметра dкшестерни вала 21 компрессора 1 к диаметру db шестерни 22 выходного вала 23 (фиг. 3), т. е. i0=

Figure 00000003
, и составляющим в данном случае (при dк = dв) iо = 1. Это означает, что при некоторых условиях (например, пуск двигателя стоящего автомобиля с включенной трансмиссией), когда крутящий момент на выходном валу 23 недостаточен для проворачивания последнего, вал 23 можно считать заблокированным (неподвижным). В этом случае вал 21 компрессора 1 будет вращаться с удвоенной частотой по отношению к частоте вращения водила 24 и вала 28 рабочего цилиндра 5, если принять передаточное число для зацепления пары шестерня 27 - зубчатый венец 26 равным 1. Распределение момента соответствует iо. При этом подача смеси компрессором 1 в камеру сгорания 10 будет осуществляться с удвоенной частотой, что значительно сокращает время пуска и облегчает сам пуск. После воспламенения смеси в камере сгорания 10 резко возрастает давление, что приводит к увеличению реактивного крутящего момента (-М) на валу 21 компрессора 1 и, соответственно, активного момента (Мр) на водиле 24. Одновременно возрастает и момент М (М = -М) на выходном валу 23.Starting the engine from an external drive (starter) is carried out by rotating the carrier (differential box) 24. In this case, the torque on the carrier 24 is distributed between the gears 20 and 22 of the shaft 21 of the compressor 1 and the output shaft 23 in accordance with the internal gear ratio i о , which is the ratio of the diameter d to the gear of the shaft 21 of the compressor 1 to the diameter d b of the gear 22 of the output shaft 23 (Fig. 3), i.e., i 0 =
Figure 00000003
, and components in this case (with d к = d в ) i о = 1. This means that under certain conditions (for example, starting the engine of a standing car with the transmission engaged), when the torque on the output shaft 23 is insufficient to rotate the latter, the shaft 23 can be considered locked (fixed). In this case, the shaft 21 of the compressor 1 will rotate at twice the frequency with respect to the rotational speed of the carrier 24 and the shaft 28 of the working cylinder 5, if we take the gear ratio for engagement of the pair of gear 27 - ring gear 26 equal to 1. The distribution of torque corresponds to i about . In this case, the mixture is supplied by the compressor 1 to the combustion chamber 10 with a double frequency, which significantly reduces the start time and facilitates the start itself. After ignition of the mixture in the combustion chamber 10, the pressure increases sharply, which leads to an increase in the reactive torque (-M) on the shaft 21 of the compressor 1 and, accordingly, the active moment (M p ) on the carrier 24. At the same time, the moment M (M = - M) on the output shaft 23.

После пуска двигателя, при включении прогрева, горение смеси в камере сгорания 10, как и в случае варианта 1, стабилизируется, т. е. приобретает непрерывный характер. При этом распределение моментов -М и М, как составных частей на водиле 24, остается таким же, как и при пуске. Однако, если при пуске момент на водиле 24 создается внешним устройством (стартером), то при работе двигателя - рабочим цилиндром 5 в результате использования энергии продуктов сгорания смеси. Это меняет характер не только происхождения, но и распределения крутящего момента. Прежде всего, если при пуске момент, подводимый извне расходуется только на преодоление сопротивления вращению валов 21 и 23, то при работе двигателя соответствующая часть момента, создаваемого рабочим цилиндром 5, т. е. момента Мр, расходуется и на создание последнего (привод компрессора 1, обеспечивающего подачу смеси в камеру сгорания). При аналогии с вариантом 1 здесь имеют место и существенные различия. Первое из них состоит в увеличении частоты вращения nк вала 21 компрессора 1 при пуске. Второе - в саморегулировании соотношения частот вращения nрводила и nк - вала компрессора. Третье - в возможности работы двигателя "на себя", т. е. при вращении только вала 21 компрессора 1 и вала 28 рабочего цилиндра 5 при неподвижном выходном вале 23.After starting the engine, when the heating is turned on, the combustion of the mixture in the combustion chamber 10, as in the case of option 1, is stabilized, i.e., it becomes continuous. In this case, the distribution of moments -M and M, as components on the carrier 24, remains the same as at start-up. However, if during start-up the moment on carrier 24 is created by an external device (starter), then when the engine is running, by the working cylinder 5 as a result of using the energy of the combustion products of the mixture. This changes the nature of not only the origin, but also the distribution of torque. First of all, if at start-up the moment supplied from the outside is spent only on overcoming the resistance to rotation of the shafts 21 and 23, then when the engine is running, the corresponding part of the moment created by the working cylinder 5, i.e., the moment M p , is also spent on creating the latter (compressor drive 1, providing the mixture in the combustion chamber). By analogy with option 1, there are significant differences. The first of these consists in increasing the speed n to the shaft 21 of the compressor 1 during start-up. The second - in self-regulation of the ratio of rotational speeds n p drove and n to - the compressor shaft. The third - in the possibility of the engine working "on itself", that is, when rotating only the shaft 21 of the compressor 1 and the shaft 28 of the working cylinder 5 with a stationary output shaft 23.

По достижении на выходном валу величины момента М, достаточной для привода его во вращение, частота его вращения n становится отличной от нуля, причем по мере ее возрастания снижается величина nк, а следовательно и момент Mр, развиваемый рабочим цилиндром 5. При снижении величины nв относительно возрастает величина nк, что приводит к возрастанию абсолютной величины Mр, а следовательно, и к возрастанию абсолютной величины выходного момента M в соответствии со значением iо. В конечном итоге величина выходного момента M двигателя в пределах диапазона его изменений, определяемых величиной iо, становится функцией n. Отсюда, можем записать: M = f (kn-1iо), где k - коэффициент соответствия момента M частоте n, зависящий, в частности, от ряда факторов, определяемых экспериментально.Upon reaching the output shaft the moment M is sufficient to drive it into rotation, its rotation frequency n becomes non-zero, and as it increases, the quantity n k decreases, and therefore the moment M p developed by the working cylinder 5. When the value decreases n in relatively increases the value of n to , which leads to an increase in the absolute value of M p , and therefore to an increase in the absolute value of the output moment M in accordance with the value of i about . Ultimately, the magnitude of the output torque M of the engine within the range of its changes, determined by the value of i o , becomes a function of n. From here, we can write: M = f (kn -1 i о ), where k is the coefficient of correspondence of moment M to frequency n, depending, in particular, on a number of factors determined experimentally.

Поскольку процесс изменения величины M в зависимости от n носит непрерывный характер, это приводит к саморегулированию его в соответствующем диапазоне в зависимости от конкретных условий (например, сопротивления движению, в случае автомобиля), и к оптимизации режима работы двигателя. Это означает, что в отличие от эталонного ДВС, этот двигатель автоматически выходит на оптимальный режим (режим максимального момента для любой нагрузки), т. е. режим максимальной утилизации энергии рабочего тела. Более того, при любой величине подачи, т. е. независимо от нее, двигатель развивает момент M, необходимый для преодоления сопротивления движению (в случае автомобиля), вплоть до максимально возможной величины при соответствующей частоте вращения n выходного вала. Он может развить максимально возможный момент даже в режиме холостого хода при соответствующей (минимальной) частоте n. Since the process of changing the value of M depending on n is continuous, this leads to its self-regulation in the appropriate range depending on specific conditions (for example, resistance to movement, in the case of a car), and to optimization of the engine operating mode. This means that, unlike the standard internal combustion engine, this engine automatically reaches the optimal mode (maximum torque mode for any load), i.e., the maximum energy recovery mode for the working fluid. Moreover, at any feed rate, i.e., independently of it, the engine develops the moment M necessary to overcome the resistance to movement (in the case of a car), up to the maximum possible value at the corresponding speed n of the output shaft. It can develop the maximum possible moment even in idle mode at the corresponding (minimum) frequency n.

Можно задать любое значение iо, n. Если предпочтение отдается мощности, принимается io > 1, если экономичности, принимается io < 1.You can set any value i o , n. If the preference is given to power, i o > 1 is accepted, if profitability, i o <1 is accepted.

На фиг. 4 семейством кривых представлена зависимость M = f(io). По оси абсцисс отложены значения n, а по оси ординат - значения M в процентах к величине его, принятой за 100% при io = 0,5.In FIG. 4 a family of curves presents the dependence M = f (i o ). The abscissa axis represents the values of n, and the ordinate axis represents the values of M as a percentage of its value, taken as 100% at i o = 0.5.

Все пять представленных кривых имеют аналогичный характер и типичные точки перегиба n1, n2, n3, n4, n5, соответствующие началу резкого снижения величины M и n, обусловленного исчерпанием запаса M на преодоление внутреннего сопротивления в двигателе.All five curves presented have a similar character and typical inflection points n 1 , n 2 , n 3 , n 4 , n 5 , corresponding to the beginning of a sharp decrease in the value of M and n, due to the exhaustion of the reserve M to overcome internal resistance in the engine.

Функция M = f(io), представленная на графике, показывает прямую зависимость M и, соответственно, мощности от iо. Так, увеличение iо в 2 раза (от io = 0,5 до iо = 1) дает соответствующее (до 200% ) увеличение M. При увеличении M вследствие увеличения iо возрастает и общий расход топлива.The function M = f (i o ), presented on the graph, shows a direct dependence of M and, accordingly, power on i o . So, a 2-fold increase in i о (from i o = 0.5 to i о = 1) gives a corresponding (up to 200%) increase in M. With an increase in M due to an increase in i о , the total fuel consumption also increases.

При анализе графика возникает, на первый взгляд, представление о его несоответствии обратной зависимости M от n. Так, кривая iо = 1,2, соответствующая максимальному (для данного примера) значению M = 240% , имеет абсциссу конечной точки порядка n = 11600 мин-1. Однако эта зависимость справедлива лишь для каждой конкретной величины iо. В пределах той же кривой увеличение n от 0 до 11600 мин-1 дает снижение M от 340 до 0% . Кривая iо = = 0,3 дает снижение M от 60 до 0% .When analyzing the graph, at first glance, an idea arises about its mismatch of the inverse dependence of M on n. So, the curve i o = 1.2, corresponding to the maximum (for this example) value of M = 240%, has an abscissa of the end point of the order of n = 11600 min -1 . However, this dependence is valid only for each specific quantity i о . Within the same curve, an increase in n from 0 to 11,600 min -1 gives a decrease in M from 340 to 0%. The curve i o = = 0.3 gives a decrease in M from 60 to 0%.

Что касается прямой зависимости n от M, представленной на графике, то она объясняется тем, что больший начальный момент (при нулевом значении n) обеспечивает и больший конечный момент, что приводит к продлению соответствующей кривой. Однако в пределах каждой отдельно взятой кривой эта обратная зависимость сохраняется. Величина iоопределяет коэффициент преобразования крутящего момента.As for the direct dependence of n on M presented on the graph, it is explained by the fact that a larger initial moment (at a zero value of n) provides a larger final moment, which leads to the extension of the corresponding curve. However, within each individual curve, this inverse relationship is preserved. The value of i about determines the torque conversion coefficient.

Технически значение iо ≠ 1 достигается применением устройства типа планетарных механизмов, позволяющих разделять частоту вращения на входе на две различные частоты на выходе. В данном случае предлагается использовать для этой цели дифференциал, как частный случай планетарного механизма.Technically, the value of i о ≠ 1 is achieved by the use of a device such as planetary mechanisms, which allow to divide the rotation frequency at the input into two different frequencies at the output. In this case, it is proposed to use the differential for this purpose, as a special case of the planetary mechanism.

Как видно на принципиальной схеме этого устройства, приведенной на фиг. 5, оно представляет собой дифференциал с коническими шестернями 20 коленчатого вала 21 компрессора и 22 выходного вала 23. Шестерни различны по диаметру, что дает iо ≠ 1. В данном случае d20 > d23, поэтому iо > 1. Замена шестерни 20 и 22 местами позволяет получить обратную величины iо, т. е. iо < 1. Шестерни находятся в зацеплении с сателлитами 25' и 25, соответственно. При вращении водила 24 вокруг собственной оси сателлиты 25I и 25, жестко посаженные на один общий вал, установленный в подшипниках водила 24, будут распределять момент на водиле 24 между шестернями 20 и 22 в прямой зависимости от их диаметров.As can be seen in the circuit diagram of this device shown in FIG. 5, it is a differential with bevel gears 20 of the crankshaft 21 of the compressor and 22 of the output shaft 23. The gears are different in diameter, which gives i о ≠ 1. In this case, d 20 > d 23 , therefore i о > 1. Replacing gear 20 and 22 places allows you to get the inverse of i o , that is, i o <1. The gears mesh with the satellites 25 'and 25, respectively. When the carrier 24 rotates around its own axis, the satellites 25 I and 25, rigidly mounted on one common shaft installed in the bearings of the carrier 24, will distribute the moment on carrier 24 between the gears 20 and 22 in direct proportion to their diameters.

Вариант III - РПД с планетарным механизмом (фиг. 6) представляет собой роторно-поршневой эквивалент вариантов II и 1, как более простого технического решения, отличающегося от варианта II отсутствием планетарного механизма. Как показано на фиг. 6, вариант III включает в себя все основные элементы варианта II, а также несколько дополнительных механизмов и устройств. Option III - RPD with a planetary mechanism (Fig. 6) is a rotary piston equivalent of options II and 1, as a simpler technical solution that differs from option II by the absence of a planetary mechanism. As shown in FIG. 6, option III includes all the basic elements of option II, as well as several additional mechanisms and devices.

Вращение при пуске стартером (на фиг. 6 не показан) водила 26 планетарного механизма (или дифференциала) 8 передается через сателлиты солнечной шестерне 17 и связанному жестко с ней валу 9, который передает его на вход расположенного в отсеке 1 регулирующего механизма 7 компрессора 2, где оно преобразуется из равномерного вращения вала 9 во вращение коаксиальных валов 18 и 19 с синусоидальным изменением угловых скоростей в противофазе. Это приводит к изменению объемов, заключенных между лопастями 21 и 20, жестко закрепленными на валах 18 и 19, соответственно. Поскольку лопасти 20 и 21 делят внутреннее пространство компрессора 2 на две части, образуя два взаимно изменяющихся угла, уменьшение одного из них влечет за собой соответствующее увеличение другого, и наоборот. В компрессоре 2 одновременно происходят 2 процесса. В той части камеры, где угол, а следовательно и объем между лопастями 18 и 19 увеличивается, происходит всасывание (впуск) воздуха (или топливовоздушной смеси) через впускной трубопровод 13 с дроссельной или воздушной заслонкой. В части компрессора 2 с уменьшающимся объемом происходит сжатие, начинающееся с момента перекрытия впускного окна телом одной из лопастей (20 или 21), вращающейся с меньшей скоростью, и завершающееся к началу перепуска, т. е. в точке Pc - на PV диаграмме (фиг. 2). При перепуске воздух (или топливовоздушная смесь) нагнетается в камеру сгорания 3 через перепускное окно в торцевой стенке между компрессором 2 и камерой сгорания 3. В камере сгорания 3 воздух перемешивается с топливом, подаваемым через форсунку 15 (в случае раздельного смесеобразования), и полученная (или готовая) смесь поджигается свечой 16.The rotation during start-up by the starter (not shown in Fig. 6) drove the planetary gear 26 (or differential) 8 through the satellites to the sun gear 17 and the shaft 9 rigidly connected to it, which transmits it to the input of the control mechanism 7 of the compressor 2 located in the compartment 1, where it is converted from a uniform rotation of the shaft 9 to the rotation of the coaxial shafts 18 and 19 with a sinusoidal change in angular velocities in antiphase. This leads to a change in volumes enclosed between the blades 21 and 20, rigidly mounted on the shafts 18 and 19, respectively. Since the blades 20 and 21 divide the internal space of the compressor 2 into two parts, forming two mutually changing angles, a decrease in one of them entails a corresponding increase in the other, and vice versa. In compressor 2, 2 processes occur simultaneously. In that part of the chamber where the angle, and therefore the volume between the blades 18 and 19 increases, air (or air-fuel mixture) is sucked (inlet) through the inlet pipe 13 with a throttle or air damper. In the part of compressor 2 with a decreasing volume, compression occurs, starting from the moment of blocking the inlet window by the body of one of the blades (20 or 21), rotating at a lower speed, and ending at the beginning of the bypass, i.e., at the point P c - on the PV diagram ( Fig. 2). During the bypass, air (or the air-fuel mixture) is pumped into the combustion chamber 3 through the bypass window in the end wall between the compressor 2 and the combustion chamber 3. In the combustion chamber 3, the air is mixed with the fuel supplied through the nozzle 15 (in the case of separate mixing), and obtained ( or finished) the mixture is ignited by candle 16.

Параллельно вращение водила 26 через жестко связанный с ним полый вал 11 и систему шестерни передается на вход регулирующего механизма 5 рабочей камеры 4, где из равномерного вращения вала 11 преобразуется на выходе во вращение коаксиальных полых валов 24 и 25 с закрепленными на них лопастями 22 и 23 с синусоидальным изменением угловых скоростей в противофазе. Как и в случае компрессора 2, это приводит к изменению углов, а следовательно и объемов рабочей камеры 4, заключенных между лопастями 22 и 23, что создает необходимые условия для процессов расширения и выпуска, которые совершаются одновременно с процессами впуска и сжатия в компрессоре 2. Наличие планетарного механизма 8 создает необходимые условия для вращения валов 9 и 11 с различными частотами nк и nр в соответствии с распределением моментов, однако это проявляется лишь в продолжительности процессов и не исключает одновременности их протекания. Подача воздуха (смеси) компрессором 2 в камеру сгорания 3 сопровождается одновременным выходом из нее этого воздуха (смеси) в рабочую камеру 4 через перепускное окно в стенке между камерой сгорания 3 и рабочей камерой 4, а затем при такте выпуска в рабочей камере 4 - через выпускной трубопровод 14 в атмосферу. Как и в случае вариантов I и II, давление смеси в камере сгорания 3 возрастает вследствие разности в подаче и выпуске ее.In parallel, the rotation of the carrier 26 through the hollow shaft 11 which is rigidly connected with it and the gear system is transmitted to the input of the regulating mechanism 5 of the working chamber 4, where from the uniform rotation of the shaft 11 it is converted at the output into the rotation of the coaxial hollow shafts 24 and 25 with the blades 22 and 23 fixed to them with a sinusoidal change in angular velocities in antiphase. As in the case of compressor 2, this leads to a change in the angles, and therefore the volumes of the working chamber 4, enclosed between the blades 22 and 23, which creates the necessary conditions for the expansion and exhaust processes that occur simultaneously with the intake and compression processes in the compressor 2. The presence of the planetary mechanism 8 creates the necessary conditions for the rotation of the shafts 9 and 11 with different frequencies n k and n p in accordance with the distribution of moments, however, this is manifested only in the duration of the processes and does not exclude the simultaneity of their flow Niya. The supply of air (mixture) by the compressor 2 to the combustion chamber 3 is accompanied by the simultaneous exit of this air (mixture) from it into the working chamber 4 through the bypass window in the wall between the combustion chamber 3 and the working chamber 4, and then, through the exhaust stroke in the working chamber 4, through exhaust pipe 14 to the atmosphere. As in the case of options I and II, the pressure of the mixture in the combustion chamber 3 increases due to the difference in its supply and exhaust.

После воспламенения смеси в камере сгорания 3 от свечи 16 и прогрева камеры сгорания 3 начинается процесс непрерывного горения при самовоспламенении смеси, а стартер и подача энергии на свечу зажигания 16 отключаются. After igniting the mixture in the combustion chamber 3 from the candle 16 and warming up the combustion chamber 3, the process of continuous combustion starts with self-ignition of the mixture, and the starter and power supply to the spark plug 16 are turned off.

При пуске основания функция камеры сгорания 3 сводится к накоплению смеси или образованию и накоплению ее, т. е. носит подготовительный характер, то после воспламенения смеси и начала работы двигателя камера сгорания 3 дополнительно приобретает функции сжигания смеси и образования рабочего тела, т. е. функции топки и котла. Сочетание ее с компрессором 2, выступающим в роли своеобразного инжектора, образует своеобразный генератор рабочего тела, создающего рабочее давление. When starting the base, the function of the combustion chamber 3 is reduced to the accumulation of the mixture or its formation and accumulation, i.e. it is of a preparatory nature, then after ignition of the mixture and the start of engine operation, the combustion chamber 3 additionally acquires the functions of burning the mixture and forming a working fluid, i.e. functions of the furnace and boiler. Its combination with the compressor 2, acting as a kind of injector, forms a kind of generator of the working fluid that creates the working pressure.

До начала работы двигателя рабочая камера 4 выступает в роли откачивающего насоса, перекачивающего смесь из камеры сгорания в атмосферу. После воспламенения смеси и начала ее устойчивого горения рабочая камера 4 превращается в собственно двигатель, работающий под давлением рабочего тела и создающий соответствующий крутящий момент. Before the engine starts, the working chamber 4 acts as a pumping pump that pumps the mixture from the combustion chamber to the atmosphere. After ignition of the mixture and the beginning of its steady burning, the working chamber 4 turns into the actual engine, working under the pressure of the working fluid and creating the appropriate torque.

Пуск двигателя рассматривался применительно к неподвижному выходному валу 12, связанному с третьим элементом планетарного механизма 8, т. е. короной. После пуска и начала работы двигателя вал 12 остается неподвижным до достижения крутящим моментом M величины, необходимой для привода его во вращение, после чего относительная частота вращения n вала 12 (относительно вала 9 компрессора 2) начинает возрастать, а частота вала 9 - снижается, что приводит к соответствующему снижению величины M. Необходимо отметить, что речь идет лишь об относительном, а не абсолютном снижении и увеличении соответствующих частот вращения и момента M. Абсолютно они могут возрастать. Starting the engine was considered with reference to the stationary output shaft 12, connected with the third element of the planetary mechanism 8, i.e., the crown. After starting and starting the engine, the shaft 12 remains stationary until the torque M reaches the value necessary to drive it into rotation, after which the relative speed n of the shaft 12 (relative to the shaft 9 of the compressor 2) begins to increase, and the frequency of the shaft 9 decreases, which leads to a corresponding decrease in the value of M. It should be noted that we are talking only about a relative, and not an absolute decrease and increase in the corresponding rotational speeds and moment M. Absolutely they can increase.

На фиг. 7 представлены техническое решение компрессорной камеры 2 и принципиальные схемы компрессорной 2 и рабочей 4 камер двигателя (фиг. 6). Поскольку обе камеры имеют в целом аналогичную конструкцию и различаются в основном лишь направлением потоков и характером газов, циркулирующих в них, достаточно ограничиться описанием технического решения одной из них, например компрессорной (компрессора) 2, а различия показать на принципиальных схемах. Техническое решение камеры представлено в простейшем, двухлопастном (с одной парой лопастей) варианте (фиг. 7а). In FIG. 7 presents the technical solution of the compressor chamber 2 and circuit diagrams of the compressor 2 and the working 4 engine chambers (Fig. 6). Since both chambers have a generally similar design and differ mainly only in the direction of flows and the nature of the gases circulating in them, it suffices to confine ourselves to a description of the technical solution of one of them, for example, compressor (compressor) 2, and show the differences on the schematic diagrams. The technical solution of the camera is presented in the simplest, two-bladed (with one pair of blades) version (Fig. 7a).

Вращение вала 9 (см. также фиг. 6), преобразуемое регулирующим механизмом (фиг. 8) во вращение валов 18 и 19, а следовательно и лопастей 21 и 20, соответственно, с взаимно (в противофазе) изменяющимися угловыми скоростями приводит к изменению углов, а следовательно и двух частей объема камеры 2, заключенных между лопастями. Сумма углов, на которые поворачиваются валы 18 и 19 (α18 и α19), а следовательно и лопасти 21 и 20 составляет α1819= α9 = const, где α9 - угол поворота вала 9. Поскольку в данном случае диапазон изменений α9 находится в пределах 0о < α9 < 360о, а α19 -0о< α19 < (360о - -α18). На протяжении следующего цикла диапазоны изменений α18 и α19 взаимно меняются, а лопасти 20 и 21 взаимно меняются местами. Лопасти 20 и 21 имеют форму секторов, т. е. занимают своим телом какую-то часть внутреннего объема камеры 2, поэтому α18 и α19 представляют собой углы поворота биссектрис этих секторов. Теоретически лопасти 20 и 21 могут иметь любую толщину (угол образующих их секторов), но при условиях равенства этих углов, а также, что их суммарный угол не должен превышать 180о. Уменьшение углов секторов лопастей соответственно увеличивает свободное пространство камеры, т. е. ее рабочий объем. Однако здесь возникают два ограничивающих фактора. Первый из них обусловлен прочностными ограничениями, поскольку уменьшение угла сектора лопасти влечет за собой уменьшение толщины, а следовательно и прочности ее у основания. Второй связан с фазами газораспределения, поскольку тело лопастей используется для перекрытия впускного 35 и перепускного 36 окон, а следовательно размеры его должны согласовываться с размерами и формой окон. В рассматриваемом случае принята максимально возможная толщина лопастей, т. е. 90о, что в случае составляет 180о. Отсюда, за цикл углы поворота валов составляют α9 = 360о, α19 = 270о, α18 = 90о. При каждом последующем цикле значения α19 и α18 взаимно меняются.The rotation of the shaft 9 (see also Fig. 6), converted by the regulating mechanism (Fig. 8) into the rotation of the shafts 18 and 19, and therefore the blades 21 and 20, respectively, with mutually (in antiphase) changing angular velocities leads to a change in angles , and therefore two parts of the volume of the chamber 2, enclosed between the blades. The sum of the angles that the shafts 18 and 19 rotate (α 18 and α 19 ), and therefore the blades 21 and 20, is α 18 + α 19 = α 9 = const, where α 9 is the angle of rotation of the shaft 9. Since in this case the range of changes of α 9 is in the range 0 about9 <360 about , and α 19 -0 about19 <(360 about18 ). Over the next cycle, the ranges of changes of α 18 and α 19 are mutually changed, and the blades 20 and 21 are mutually interchanged. The blades 20 and 21 are in the form of sectors, that is, they occupy some part of the internal volume of chamber 2 with their bodies, therefore α 18 and α 19 represent the angles of rotation of the bisectors of these sectors. Theoretically, the blades 20 and 21 can have any thickness (the angle of the sectors forming them), but under the conditions of equality of these angles, and also that their total angle should not exceed 180 about . Reducing the angles of the sectors of the blades, respectively, increases the free space of the camera, i.e., its working volume. However, two limiting factors arise here. The first of them is due to strength limitations, since a decrease in the angle of the sector of the blade entails a decrease in thickness, and hence its strength at the base. The second is associated with the gas distribution phases, since the body of the blades is used to block the inlet 35 and the bypass 36 windows, and therefore its dimensions should be consistent with the size and shape of the windows. In the case under consideration, the maximum possible thickness of the blades was adopted, i.e. 90 ° , which in the case is 180 ° . Hence, for the cycle, the rotation angles of the shafts are α 9 = 360 о , α 19 = 270 о , α 18 = 90 о . At each subsequent cycle, the values of α 19 and α 18 mutually change.

На схеме (фиг. 7) представлено 3 положения цикла, соответствующие различным его стадиям (значениям α9). Положение I соответствует ВМТ, т. е. α9= α18= α19 = 0о. При этом мгновенные угловые скорости ω валов 18 и 19 равны (ω18= ω19), лопасти 20 и 21 сведены до предела, положение лопасти 20 соответствует моменту начала открытия впускного окна 35, а лопасть 18 полностью закрывает перепускное окно 36.The diagram (Fig. 7) shows 3 positions of the cycle corresponding to its various stages (values α 9 ). Position I corresponds to TDC, i.e., α 9 = α 18 = α 19 = 0 about . In this case, the instantaneous angular velocities ω of the shafts 18 and 19 are equal (ω 18 = ω 19 ), the blades 20 and 21 are brought to the limit, the position of the blade 20 corresponds to the moment the inlet window 35 begins to open, and the blade 18 completely closes the bypass window 36.

При повороте вала 9 по часовой стрелке на некоторый угол валы 18 и 19 поворачиваются в том же направлении, однако вал 19 с ускорением, а вал 18 с замедлением. Это влечет за собой увеличение разрыва (угла) между лопастями и, как следствие, увеличение объема внутреннего пространства камеры, заключенного между ними. Одновременно лопасть 20 начинает открывать впускное окно 35, а лопасть 18 - закрывать его, но медленнее, а также продолжает закрывать перепускное окно 36. В результате образующегося разрежения в пространстве между лопастями 18 и 19, через окно 35 происходит впуск воздуха (смеси). В положении II (α9= 180о, α19 = 135о, α18 = 45о), соответствующем половине цикла, впускное окно 35 полностью открыто лопастью 20, но закрыто наполовину лопастью 21, которая продолжает закрывать и перепускное окно 36. Это положение соответствует также максимуму ω19 и минимуму ω18. При дальнейшем увеличении α9 разность между угловыми скоростями ω19 и ω18возрастает, что приводит к еще большему увеличению угла, а следовательно и объема пространства между лопастями, т. е. к увеличению поступления массы воздуха (смеси) в камеру. При этом перепускное окно 36 продолжает оставляться закрытым лопастью 21. В положении III (α9 = 351о, α19 = 265о, α18 = 86о) процесс впуска в чистом виде заканчивается. Доворот вала 9 до полного оборота (α = = 360о) сопровождается увеличением α19 и α18 до максимума, т. е. до α19 = 270о и α18 = 90о, что соответствует максимуму разрыва между лопастями 21 и 20, эквивалентному рабочему (он же полный) объему камеры. При этом вся система приходит в исходное положение с той лишь разницей, что места и поведение валов 18 и 19 лопастей 21 и 20 взаимно меняются и начинается следующий цикл.When the shaft 9 is rotated clockwise by a certain angle, the shafts 18 and 19 rotate in the same direction, however, the shaft 19 is accelerated and the shaft 18 is decelerated. This entails an increase in the gap (angle) between the blades and, as a result, an increase in the volume of the inner space of the chamber enclosed between them. At the same time, the blade 20 begins to open the inlet window 35, and the blade 18 closes it, but more slowly, and also continues to close the bypass window 36. As a result of the resulting vacuum in the space between the blades 18 and 19, the air (mixture) is admitted through the window 35. In position II (α 9 = 180 about , α 19 = 135 about , α 18 = 45 about ) corresponding to half the cycle, the inlet window 35 is fully open by the blade 20, but half closed by the blade 21, which continues to close the bypass window 36. This the position also corresponds to a maximum of ω 19 and a minimum of ω 18 . With a further increase in α 9, the difference between the angular velocities ω 19 and ω 18 increases, which leads to an even larger increase in the angle, and hence the volume of space between the blades, i.e., to an increase in the flow of air (mixture) into the chamber. In this case, the bypass window 36 continues to remain closed by the blade 21. In position III (α 9 = 351 about , α 19 = 265 about , α 18 = 86 about ) the inlet process in its pure form ends. Complete rotation of the shaft 9 to complete rotation (α = = 360 degrees) accompanied by an increase α 19 and α 18 to the maximum, ie. E. To α 19 = 270 ° and α 18 = 90, which corresponds to the maximum gap between the blades 21 and 20, equivalent to the working (also full) camera volume. Moreover, the whole system comes to its original position with the only difference that the places and behavior of the shafts 18 and 19 of the blades 21 and 20 are mutually changed and the next cycle begins.

Одновременно во второй части, объем которой на протяжении цикла адекватно уменьшается от максимума при α9 = 0о до нуля при α9 = 360о, происходит процесс сжатия, завершающийся перепуском. Начало перепуска соответствует началу открытия лопастью 20 впускного окна. Почти на всем протяжении сжатие происходит при закрытых впускном 35 и перепускном 36 окнах и только в конце, за несколько градусов до ВМТ (положение III), лопасть 21 своей задней кромкой начинает открывать перепускное окно 36, что соответствует началу перепуска, заканчивающегося в ВМТ (положение 1). По завершении цикла (α9 = 360о) плоскости поверхностей лопастей полностью (или практически полностью) смыкаются, что приводит к полному вытеснению в камеру сгорания воздуха (смеси), заключенного между лопастями, и, как следствие, дает максимальное использование рабочего объема компрессора и снимает проблему остаточных газов.At the same time, in the second part, the volume of which during the cycle adequately decreases from the maximum at α 9 = 0 о to zero at α 9 = 360 о , a compression process occurs, which ends with a bypass. The beginning of the bypass corresponds to the beginning of the opening of the inlet window by the blade 20. For almost the entire length, compression occurs when the inlet 35 and bypass 36 windows are closed and only at the end, a few degrees before the TDC (position III), the blade 21 with its trailing edge begins to open the bypass port 36, which corresponds to the beginning of the bypass ending at the TDC (position 1). At the end of the cycle (α 9 = 360 ° ), the planes of the surfaces of the blades completely (or almost completely) close, which leads to the complete displacement of air (mixture) between the blades into the combustion chamber and, as a result, gives maximum use of the compressor working volume and removes the problem of residual gases.

Опираясь на техническое решение компрессора 2, можно для описания рабочей камеры 4 (фиг. 6) ограничится рассмотрением ее принципиальной схемы применительно, как и в случае компрессора 2, к тем основным положениям, приведенным на фиг. 7 в. Рабочая камера 4 предназначена для тактов расширения и выпуска, совершающихся одновременно. Relying on the technical solution of compressor 2, it is possible to describe the working chamber 4 (Fig. 6) by restricting itself to considering its circuit diagram as applied, as in the case of compressor 2, to those basic provisions shown in Figs. 7 c. The working chamber 4 is designed for expansion and release cycles occurring simultaneously.

Положение 1 (ВМТ) - момент начала перепуска в распирающейся части и выпуска в сужающейся части камеры 4 (фиг. 6). Лопасть 22 начинает открывать перепускное окно 37 в перегородке между камерой сгорания 3 и рабочей камерой 4, а лопасть 23 - выпускное окно 38 в цилиндрической стенке корпуса камеры 4. Угловые скорости ω валов 24 и 25, а следовательно и лопастей 22 и 23 равны, т. е. ω24= ω25, однако с этого момента вал 24 с лопастью 22 начинает поворачиваться с ускорением, а вал 25 с лопастью 23 - с замедлением, что приводит к появлению и увеличению разрыва (угла) между поверхностями этих лопастей.Position 1 (TDC) - the moment of the start of the bypass in the bursting part and the release in the tapering part of the chamber 4 (Fig. 6). The blade 22 begins to open the bypass window 37 in the partition between the combustion chamber 3 and the working chamber 4, and the blade 23 - the exhaust window 38 in the cylindrical wall of the chamber 4. The angular velocities ω of the shafts 24 and 25, and therefore the blades 22 and 23 are equal, t i.e., ω 24 = ω 25 , however, from this moment on, the shaft 24 with the blade 22 starts to rotate with acceleration, and the shaft 25 with the blade 23 starts to slow down, which leads to the appearance and increase of the gap (angle) between the surfaces of these blades.

При повороте системы рабочее тело через открывающееся окно 37 поcтупает под давлением из камеры cгорания 3 в увеличивающееcя пространство между лопастями 22 и 23 и, воздействуя на них, приводит во вращение валы 24 и 25, которое преобразуется регулирующим механизмом 5 во вращение общего вала 9, распределяемое планетарным механизмом 8 между компрессором 2 и выходным валом 12. Давление рабочего тела действует на лопасти в противоположных направлениях, как бы раздвигая их. Однако в связи с соответствующим распределением регулирующим механизмом 5 момента между валами активный момент на валу 24 превышает реактивный момент на валу 25, что приводит к вращению обоих валов в одном направлении. Одновременно через открывающуюся лопастью 23 часть выпускного окна 38 из сужающейся части камеры 4 происходит выпуск отработавшего за предыдущий цикл рабочего тела. When the system rotates, the working fluid through the opening window 37 enters under pressure from the combustion chamber 3 into the increasing space between the blades 22 and 23 and, acting on them, rotates the shafts 24 and 25, which is converted by the regulating mechanism 5 into the rotation of the common shaft 9, distributed planetary mechanism 8 between the compressor 2 and the output shaft 12. The pressure of the working fluid acts on the blades in opposite directions, as if pushing them apart. However, due to the corresponding distribution of the moment between the shafts by the regulating mechanism 5, the active moment on the shaft 24 exceeds the reactive moment on the shaft 25, which leads to the rotation of both shafts in one direction. At the same time, through the opening blade 23 of the part of the outlet window 38, from the tapering part of the chamber 4, the working fluid spent for the previous cycle is released.

Положение II соответствует моменту полного перекрытия перепускного окна 37 лопастью 23, т. е. завершению перепуска и началу расширения в чистом виде при продолжающемся выпуске отработавшего рабочего тела через открытую часть выпускного окна 38. Перепуск заканчивается при угле разрыва между смежными поверхностями лопастей 22 и 23, равном 22,5о, что соответствует абсциссе точки PZ I на PV диаграмме (фиг. 2) или 12,5% объема камеры 4 (фиг. 6).Position II corresponds to the moment the bypass window 37 is completely blocked by the blade 23, that is, the bypass is completed and the expansion begins in its pure form when the exhausted working fluid continues to be released through the open part of the outlet window 38. The bypass ends at a gap angle between the adjacent surfaces of the blades 22 and 23, equal to 22.5 about , which corresponds to the abscissa of the point P Z I on the PV diagram (Fig. 2) or 12.5% of the volume of the chamber 4 (Fig. 6).

Изменение (при проектировании) размера перепускного окна 37 (угла сектора окна) позволяет менять дозу рабочего тела, поступающего в камеру 4, следовательно, увеличивать или уменьшать работу, совершаемую двигателем и мощность, развиваемую им. Увеличение работы (повышение мощности) приводит к повышенному расходу рабочего тела, для компенсации которого требуется увеличение подачи смеси (или топлива и воздуха) в камеру сгорания 3, что достигается, в частности, увеличением количества циклов компрессора 2 на один цикл рабочей камеры 4. При дальнейшем повороте вала 9, а следовательно и валов 24 и 25 процесс чистого расширения, сопровождающийся выпуском, продолжается. Changing (when designing) the size of the bypass window 37 (the angle of the window sector) allows you to change the dose of the working fluid entering the chamber 4, therefore, increase or decrease the work performed by the engine and the power developed by it. The increase in work (increase in power) leads to increased consumption of the working fluid, which requires an increase in the supply of the mixture (or fuel and air) to the combustion chamber 3, which is achieved, in particular, by increasing the number of cycles of the compressor 2 by one cycle of the working chamber 4. When further rotation of the shaft 9, and therefore the shafts 24 and 25, the process of pure expansion, accompanied by the release continues.

В положении III (α9

Figure 00000004
350о, α22
Figure 00000005
262о, α23
Figure 00000006
87о) наступает завершающая стадия расширения и выпуска, после чего система приходит в положение (α9 = 360o, α22 = 270о, α23 = 90о), соответствующее концу цикла и началу следующего цикла. Оно аналогично положению 1, за исключением взаимозамененных мест лопастей 22 и 23.In position III (α 9
Figure 00000004
350 about , α 22
Figure 00000005
262 about , α 23
Figure 00000006
87 o ) the final stage of expansion and release begins, after which the system comes to the position (α 9 = 360 o , α 22 = 270 o , α 23 = 90 o ), which corresponds to the end of the cycle and the beginning of the next cycle. It is similar to position 1, except for the interchangeable places of the blades 22 and 23.

Поскольку принцип действия компрессора 2 и рабочей камеры 4 аналогичны, достаточно остановиться на более детальном рассмотрении технического решения камеры, базируясь на частично рассмотренном компрессорном варианте (фиг. 7а). Обозначения деталей варианта рабочей камеры также даны в соответствии с фиг. 6, но в скобках. Техническое решение камеры наглядно просматривается на фиг. 7а. Это техническое решение дано применительно к простейшему, двухлопастному варианту (с одной парой лопастей). Since the principle of operation of the compressor 2 and the working chamber 4 are similar, it is enough to dwell on a more detailed consideration of the technical solution of the chamber, based on the partially considered compressor variant (Fig. 7a). Designations of details of a variant of the working chamber are also given in accordance with FIG. 6, but in parentheses. The technical solution of the camera is clearly visible in FIG. 7a. This technical solution is given in relation to the simplest, two-bladed version (with one pair of blades).

Принцип действия механизма основан на изменении размера (длины) подвижного радиуса r1 (переменной длины), сопряженного с радиусом r (постоянной длины) при вращении обоих радиусов вокруг своих О1 и О центров, разнесенных на величину а (фиг. 8б). Отношение длины радиусов r и r1 дает обратную зависимость их угловых скоростей. Принимая r = const, можем получить угловую скорость ω1 (радиуса r1) относительно угловой скорости радиуса r, т. е. величину 1/r1. В развернутом виде эта зависимость может быть представлена, как
ω1=

Figure 00000007

или в упорядоченном виде
ω1=
Figure 00000008
.The principle of the mechanism is based on a change in the size (length) of the moving radius r 1 (variable length), conjugated with a radius r (constant length) when both radii rotate around their O 1 and O centers, spaced by a value (Fig. 8b). The ratio of the lengths of the radii r and r 1 gives an inverse relationship of their angular velocities. Taking r = const, we can obtain the angular velocity ω 1 (radius r 1 ) relative to the angular velocity of radius r, i.e., the value 1 / r 1 . In expanded form, this dependence can be represented as
ω 1 =
Figure 00000007

or in an ordered manner
ω 1 =
Figure 00000008
.

Таким образом, если вращать радиус r вокруг центра О, то это повлечет за собой вращение связанного с ним радиуса r1 вокруг своего центра О1. При этом каждому положению r по углу поворота α соответствует определенное положение r1 с углом α1 . Как видно на схеме, при возрастаниях α в диапазоне 0о ≅α≅ 180о радиус r1 возрастает от r1min = r - а до r1max = r + a. В диапазоне 180о ≅α≅ 360о величина r1 убывает в обратной зависимости. Это приводит к соответствующему уменьшению его угловой скорости ω1 в диапазоне 0о-180о и возрастанию ее в диапазоне 180о-360о по α.Thus, if you rotate the radius r around the center O, then this will entail the rotation of the radius r 1 associated with it around its center O 1 . Moreover, each position r in the rotation angle α corresponds to a certain position r 1 with an angle α 1 . As seen in the figure, with increase α in the range 0 to 180 ≅α≅ radius r 1 increases from 1min r = r - a to r 1max = r + a. In the range 180 о ≅α≅ 360 о, the value of r 1 decreases in the inverse relationship. This leads to a corresponding decrease in its angular velocity ω 1 in the range of 0 about -180 about and its increase in the range of 180 about -360 about α.

В данном случае приведено описание взаимодействия двух радиусов, r и r1. Однако, если продлить радиус r до диаметра и связать его аналогичным образом с радиусом r2, вращающимся вокруг того же центра О1, угловая скорость ω2 радиуса r2 будет меняться в противофазе относительно ω1. Этот принцип положен в основу технического решения, представленного на фиг. 8а.In this case, a description is given of the interaction of two radii, r and r 1 . However, if we extend the radius r to a diameter and relate it in a similar way to a radius r 2 rotating around the same center О 1 , the angular velocity ω 2 of radius r 2 will change in antiphase with respect to ω 1 . This principle underlies the technical solution presented in FIG. 8a.

При вращении вала 9, а следовательно и шестерни 28 и находящейся с ней в зацеплении шестерни 29, приводится во вращение вал 31 с шестерней 32, находящейся в зацеплении с шестерней 33 и сидящей на одном валу 37 с колесом 39. Шестерня 33 с пальцем 34 и колесо 39 с пальцем 40, выполняя роль кривошипов, работающих в противофазе и задающих сопряженным с ними шестернями 36 и 42 с радиальными пазами вращение с взаимно изменяющимися в противофазе по синусоиде угловыми скоростями. Это вращение передается валом 18 и 19 через шестерни 43 и 44 этих валов, находящиеся в зацеплении с шестернями 36 и 42, соответственно. When the shaft 9, and therefore the gear 28 and the gear 29 which is engaged with it, rotates, the shaft 31 is rotated with the gear 32, which is meshed with the gear 33 and sitting on the same shaft 37 with the wheel 39. The gear 33 with the finger 34 and a wheel 39 with a finger 40, playing the role of cranks operating in antiphase and defining gears 36 and 42 with radial grooves coupled with them, rotating with angular velocities mutually changing in antiphase along a sinusoid. This rotation is transmitted by the shaft 18 and 19 through the gears 43 and 44 of these shafts, which are meshed with gears 36 and 42, respectively.

Таким образом, рассмотренный регулирующий механизм позволяет преобразовывать вращение вала 9 двигателя с постоянной угловой скоростью ω во вращение валов камеры с угловыми скоростями ω1 и ω2, изменяющимися в противофазе. Наличие в двигателе двух механизмов 5 и 7, т. е. для рабочей камеры 4 и компрессора 2, в сочетании с планетарным механизмом 8 (фиг. 6) позволяет получать также различные частоты вращения валов компрессора 2 и рабочей камеры 4, т. е. возможность саморегулирования крутящего момента и, соответственно, мощности двигателя.Thus, the considered regulatory mechanism allows you to convert the rotation of the shaft 9 of the engine with a constant angular velocity ω into the rotation of the camera shafts with angular velocities ω 1 and ω 2 changing in antiphase. The presence in the engine of two mechanisms 5 and 7, i.e., for the working chamber 4 and compressor 2, in combination with the planetary mechanism 8 (Fig. 6) also allows to obtain different rotational speeds of the shafts of the compressor 2 and the working chamber 4, i.e. the possibility of self-regulation of torque and, accordingly, engine power.

Характер этих изменений показан графически на фиг. 9. Как показано на фиг. 9, в простейшем варианте (m = 1), т. е. с одной парой лопастей, за один оборот вала 9, (α = = 360о), совершается один цикл соответствующей продолжительности (360о). При этом α= α12 = const, ω = const, а ω1 и ω2 изменяются по величине от ω1= ω2 при α= α1= α2 = 0 до ω1 = max, ω2 = min при α = = 180о, α1 = 135о, α2 = 45о и снова до ω1= ω2 при α = 360o, α1 = 270о и α2 = 90. Таким образом, за 360осовершается один цикл. В случае m = 2, т. е. при двух парах лопастей создаются условия для двух циклов за 360о или для одного цикла за каждые 180o (α = = 180o, 360о; α1 = 135о, 180о; α2= 45о, 180о).The nature of these changes is shown graphically in FIG. 9. As shown in FIG. 9, in the simplest version (m = 1), i.e., with one pair of blades, for one revolution of the shaft 9, (α = 360 o ), one cycle of the corresponding duration (360 o ) is performed. Moreover, α = α 1 + α 2 = const, ω = const, and ω 1 and ω 2 vary in magnitude from ω 1 = ω 2 for α = α 1 = α 2 = 0 to ω 1 = max, ω 2 = min at α = = 180, α 1 = 135, α = 2 and again about 45 to ω 1 = ω 2 when α = 360 o, α 1 = 270 ° and α 2 = 90. Thus, for a 360 one cycle takes place. In the case of m = 2, ie during two vanes pairs, the conditions for the two cycles per 360 ° or one cycle for every 180 o (α = = 180 o, 360 °;.. Α 1 = 135, 180; α 2 = 45 about , 180 about ).

Аналогично при m = 3 за один оборот (360о) вала 9 три цикла по 120ои т. д.Similarly, when m = 3 per one revolution (360 degrees) the shaft 9, three cycles 120, and so on. D.

В общем виде продолжительность одного цикла в углах поворота α вала 9 можно представить в виде зависимости α =

Figure 00000009
, где m - количество пар лопаток. Однако, помимо количества (пар) лопаток необходимо обеспечить выбор соответствующих значений α1, α2 = f(α). Технически же это достигается выбором соответствующих передаточных отношений пар шестерен 36-43 и 42-44 (фиг. 8).In general terms, the duration of one cycle in the rotation angles α of the shaft 9 can be represented as the dependence α =
Figure 00000009
where m is the number of pairs of blades. However, in addition to the number (pairs) of blades, it is necessary to ensure the selection of the corresponding values of α 1 , α 2 = f (α). Technically, this is achieved by selecting the appropriate gear ratios of pairs of gears 36-43 and 42-44 (Fig. 8).

Работа регулирующего механизма показана применительно к компрессору, однако принципиально он применим и к рабочей камере. The operation of the regulating mechanism is shown with reference to the compressor, but in principle it is applicable to the working chamber.

Примером частичного аналога можно считать роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, представленный на фиг. 10. Принцип действия этого двигателя рассматривается применительно к шести положениям, занимаемым им в ходе рабочего цикла. В исходном положении 1 пара лопастей А-А, поворачиваясь с минимальной угловой скоростью, разделяет впускное и выпускное окна 12 и 13. Пара лопастей В-В начинает движение (вращение) с ускорением в направлении, указанном стрелкой. При этом образуется камера 1, в которую засасывается рабочая смесь. An example of a partial analogue is the rotary vane internal combustion engine shown in FIG. 10. The principle of operation of this engine is considered in relation to the six positions occupied by it during the working cycle. In the initial position 1, a pair of blades AA, rotating with a minimum angular velocity, separates the inlet and outlet windows 12 and 13. A pair of blades B-B begins to move (rotation) with acceleration in the direction of the arrow. In this case, a chamber 1 is formed, into which the working mixture is sucked.

В положении 2 пара лопастей А-А перемещается на незначительный угол, а пара лопастей В-В занимает положение, где она достигает максимальной скорости. In position 2, a pair of blades AA moves to an insignificant angle, and a pair of blades B-B is in a position where it reaches maximum speed.

В положении 3 лопасть пары А-А, двигаясь медленно, закрывает впускное отверстие 12 и с этого момента пара начинает движение (вращение) с ускорением, сжимая рабочую смесь в зоне 1. In position 3, the blade of a pair A-A, moving slowly, closes the inlet 12 and from this moment the pair begins to move (rotation) with acceleration, compressing the working mixture in zone 1.

В положении 4 пара лопастей А-А смыкается с лопастями В-В, сжимая рабочую смесь, которая подается под свечу зажигания 14. Происходит зажигание (воспламенение) рабочей смеси. In position 4, a pair of blades AA closes with the blades BB, compressing the working mixture, which is fed under the spark plug 14. The ignition (ignition) of the working mixture occurs.

В положении 5 в зоне III происходит процесс сгорания рабочего тела, для чего требуется соответствующее время. Лопасти А-А и В-В перемещаются из положения 5 в положение 6. In position 5 in zone III, the process of combustion of the working fluid occurs, which requires the appropriate time. Blades AA and BB move from position 5 to position 6.

В положении 6 пара лопастей А-А занимает положение "мертвой точки" механизма преобразования движения. С этого положения под воздействием маховика и давления газа (зона III) в зоне III начинается такт расширения. Одновременно в зоне I происходит такт впуска, в зоне II - такт сжатия, а в зоне IV - выпуск отработавших газов. At position 6, a pair of AA blades occupies a dead center position of the motion conversion mechanism. From this position, under the influence of the flywheel and gas pressure (zone III) in zone III, the expansion stroke begins. At the same time, an intake stroke occurs in zone I, a compression stroke in zone II, and exhaust gas discharge in zone IV.

Таким образом, в двигателе совершается полный цикл 4-тактного ДВС при одновременном протекании всех четырех тактов, что является безусловным достоинством этого изображения. Более того, двигатель совершает 4 рабочих хода за один оборот выходного вала. Thus, the engine completes the full cycle of a 4-stroke internal combustion engine with the simultaneous flow of all four cycles, which is the undoubted advantage of this image. Moreover, the engine makes 4 working strokes per revolution of the output shaft.

Были рассмотрены варианты предлагаемого двигателя в исполнении ДПС, т. е. двигателя полувнешнего сгорания. Однако, как было отмечено, каждый из этих вариантов может иметь эквиваленты или подварианты в исполнении двигателя внешнего сгорания, принципиально аналогичные двигателю Стирлинга. Variants of the proposed engine in the performance of DPS, i.e., a semi-external combustion engine, were considered. However, as noted, each of these options may have equivalents or sub-options for the external combustion engine, fundamentally similar to the Stirling engine.

Использование ДПС в качестве базы для создания вариантов двигателя внешнего сгорания дает возможность для применения в качестве рабочего тела атмосферного воздуха (открытая система), и водорода или гелия (закрытая система). Кроме того, выбор варианта с поступательным движением поршней или варианта РПД оказывает прямое влияние на техническое решение нагревательной камеры. В этой связи рассматриваются две группы вариантов двигателя внешнего сгорания - группа с поступательным движением поршней (варианты V и VI) и группа РПД (варианты VII и VIII), причем как с открытой, так и закрытой системами. The use of DPS as a basis for creating options for an external combustion engine makes it possible to use atmospheric air (open system) and hydrogen or helium (closed system) as a working fluid. In addition, the choice of the variant with the translational movement of the pistons or the RPD variant has a direct impact on the technical solution of the heating chamber. In this regard, two groups of options for an external combustion engine are considered - a group with translational movement of pistons (options V and VI) and a RPD group (options VII and VIII), both with open and closed systems.

Как показано на фиг. 11а (вариант V) в компрессор 1 из атмосферы поступает холодный воздух, нагнетаемый затем в нагревательную камеру 2. Одновременно из камеры сгорания 3 к нагревательной камере 2 поступают горячие продукты сгорания топливовоздушной смеси, омывающие камеру сгорания и отводимые в атмосферу. При нагреве воздуха в нагревательной камере по мере повышения его температуры возрастает и давление. Нагретый воздух под давлением поступает из нагревательной камеры 2 в рабочий цилиндр 4, где используется как рабочее тело. Из рабочего цилиндра 4 отработанный воздух поступает в камеру сгорания 3, где образует с топливом топливовоздушную смесь, сжигаемую для нагрева воздуха нагревательной камере 2. As shown in FIG. 11a (option V) cold air enters the compressor 1 from the atmosphere, which is then pumped into the heating chamber 2. At the same time, hot combustion products of the air-fuel mixture flow from the combustion chamber 3 to the heating chamber 2, washing the combustion chamber and discharged into the atmosphere. When air is heated in the heating chamber, as its temperature rises, so does the pressure. Heated air under pressure enters from the heating chamber 2 into the working cylinder 4, where it is used as a working fluid. From the working cylinder 4, the exhaust air enters the combustion chamber 3, where it forms a fuel-air mixture with fuel burned to heat the air in the heating chamber 2.

В варианте VI, представленном на фиг. 11б, вместо воздуха в качестве рабочего тела используются гелий или водород, что предопределяет использование закрытой системы и, как следствие, охладителя 5 отработанного газа, причем забор воздуха извне производится только для образования топливовоздушной смеси в камере сгорания 3. При такой схеме в компрессор 1 поступает вместо воздуха охлажденный газ (гелий, водород), нагнетаемый затем в нагревательную камеру 2. Нагретый продуктами сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания 3 газ под давлением выходит из нагревательной камеры 2 в рабочий цилиндр 4, где производит работу. После отдачи значительной части тепловой энергии отработанный газ (рабочее тело) отводится из рабочего цилиндра 4 в охладитель 5, где охлаждается и вновь поступает в компрессор, после чего цикл повторяется. Подача воздуха в камеру сгорания 3 происходит независимо от системы циркуляции рабочего тела. In embodiment VI shown in FIG. 11b, instead of air, helium or hydrogen is used as a working medium, which determines the use of a closed system and, as a result, an exhaust gas cooler 5, and air is taken from the outside only to form a fuel-air mixture in combustion chamber 3. With this scheme, compressor 1 enters instead of air, the cooled gas (helium, hydrogen), then injected into the heating chamber 2. Heated by the combustion products of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3, gas under pressure exits the heating chamber 2 into the working cylinder 4, where it produces work. After the transfer of a significant part of the thermal energy, the exhaust gas (working medium) is discharged from the working cylinder 4 to the cooler 5, where it is cooled and again fed to the compressor, after which the cycle repeats. The air supply to the combustion chamber 3 occurs regardless of the circulation system of the working fluid.

Варианты V (фиг. 11а) и VI (фиг. 11б) представляют собой версии с поступательным движением поршней с открытой и закрытой системами, соответственно. Options V (Fig. 11a) and VI (Fig. 11b) are versions with the translational movement of the pistons with open and closed systems, respectively.

Варианты VII (фиг. 11в) и VIII (фиг. 11г) представляют собой РПД эквиваленты соответственно вариантов V (фиг. а) и VI (фиг. б). Options VII (Fig. 11c) and VIII (Fig. 11d) are RPD equivalents of variants V (Fig. A) and VI (Fig. B), respectively.

Claims (4)

1. ДВИГАТЕЛЬ, содержащий компрессор с впускным элементом, внешнюю камеру сгорания, соединенную с компрессором через первый перепускной элемент и имеющую источник воспламенения, выполненный с возможностью отключения во время работы, расширитель с выпускным элементом, сообщенный с камерой сгорания через второй перепускной элемент, и рабочие органы, размещенные в компрессоре и расширителе и кинематически связанные с выходным валом, причем компрессор, камера сгорания и расширитель снабжены индивидуальными системами охлаждения, а камера сгорания выполнена объемом, превышающим объем компрессора, отличающийся тем, что кинематическая связь рабочих органов с выходным валом выполнена в виде планетарного механизма с двумя коническими шестернями, двумя сателлитами и водилом с зубчатым венцом, причем рабочий орган компрессора соединен с одной из конических шестерней, выходной вал - с другой конической шестерней, а рабочий орган расширителя - с зубчатым венцом водила. 1. An engine comprising a compressor with an inlet element, an external combustion chamber connected to the compressor through a first bypass element and having an ignition source configured to be switched off during operation, an expander with an exhaust element in communication with the combustion chamber through a second bypass element, and workers bodies located in the compressor and expander and kinematically connected with the output shaft, moreover, the compressor, combustion chamber and expander are equipped with individual cooling systems, and the chamber with The scuffing is performed with a volume exceeding the volume of the compressor, characterized in that the kinematic connection of the working bodies with the output shaft is made in the form of a planetary mechanism with two bevel gears, two satellites and a carrier with a gear ring, and the compressor working element is connected to one of the bevel gears, the output shaft - with another bevel gear, and the working body of the expander - with a gear ring drove. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый рабочий орган выполнен в виде по меньшей мере одной пары лопастей. 2. The engine under item 1, characterized in that each working body is made in the form of at least one pair of blades. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена с пазами по ее периметру и снабжена Г-образными пластинчатыми уплотнениями, расположенными в пазах. 3. The engine according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that each blade is made with grooves around its perimeter and is equipped with L-shaped plate seals located in the grooves. 4. Двигатель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена с внутренней полостью, заполненной циркулирующей жидкостью. 4. The engine according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that each blade is made with an internal cavity filled with circulating fluid.
SU5064975 1992-08-14 1992-08-14 Engine RU2013629C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5064975 RU2013629C1 (en) 1992-08-14 1992-08-14 Engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5064975 RU2013629C1 (en) 1992-08-14 1992-08-14 Engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2013629C1 true RU2013629C1 (en) 1994-05-30

Family

ID=21614582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5064975 RU2013629C1 (en) 1992-08-14 1992-08-14 Engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2013629C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2235214C2 (en) * 2002-03-26 2004-08-27 Орлов Александр Георгиевич Method of operation of internal combustion engine (versions)
RU2338079C1 (en) * 2007-05-21 2008-11-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Электронные системы специальной техники" Ice operation method and ice
RU2414619C2 (en) * 2008-05-04 2011-03-20 Ривенер Мусавирович Габдуллин Operating method of internal combustion engine - irek
RU2435975C2 (en) * 2009-02-16 2011-12-10 Владимир Николаевич Меньшов Menshov internal combustion engine
RU2477375C2 (en) * 2011-05-03 2013-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Method of piston engine cycling and piston engine
RU2486354C1 (en) * 2010-03-15 2013-06-27 СКАДЕРИ ГРУП, ЭлЭлСи Air-hybrid engine with splitted cycle and method of its operation
RU2715307C1 (en) * 2019-08-07 2020-02-26 Лятиф Низами оглу Абдуллаев Two-stroke internal combustion engine with external combustion chamber (versions)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2235214C2 (en) * 2002-03-26 2004-08-27 Орлов Александр Георгиевич Method of operation of internal combustion engine (versions)
RU2338079C1 (en) * 2007-05-21 2008-11-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Электронные системы специальной техники" Ice operation method and ice
RU2414619C2 (en) * 2008-05-04 2011-03-20 Ривенер Мусавирович Габдуллин Operating method of internal combustion engine - irek
RU2435975C2 (en) * 2009-02-16 2011-12-10 Владимир Николаевич Меньшов Menshov internal combustion engine
RU2486354C1 (en) * 2010-03-15 2013-06-27 СКАДЕРИ ГРУП, ЭлЭлСи Air-hybrid engine with splitted cycle and method of its operation
RU2487254C1 (en) * 2010-03-15 2013-07-10 СКАДЕРИ ГРУП, ЭлЭлСи Air hybrid engine with splitted cycle
RU2477375C2 (en) * 2011-05-03 2013-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Method of piston engine cycling and piston engine
RU2715307C1 (en) * 2019-08-07 2020-02-26 Лятиф Низами оглу Абдуллаев Two-stroke internal combustion engine with external combustion chamber (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4334506A (en) Reciprocating rotary engine
US7634988B1 (en) Internal combustion engine
US4996953A (en) Two plus two stroke opposed piston heat engine
US9708966B2 (en) Internal combustion engine with pilot and main injection
US3871337A (en) Rotating cylinder internal combustion engine
US6539913B1 (en) Rotary internal combustion engine
JP2000507661A (en) Vane type rotary engine
KR20140024390A (en) Split cycle phase variable reciprocating piston spark ignition engine
US6341590B1 (en) Rotary engine
JP2004521216A (en) Variable compression ratio air supply variable efficiency engine (VCRC engine)
EP0393170A1 (en) Rotary piston engine
WO2012057838A2 (en) Rotary valve continuous flow expansible chamber dynamic and positive displacement rotary devices
CA1082603A (en) Reciprocating rotary engine
RU2013629C1 (en) Engine
EP2458145B1 (en) &#34;turbomotor&#34; rotary machine with volumetric expansion and variants thereof
JPH1068301A (en) Vane rotation type volume changing device and internal combustion engine using the device
CN101010498A (en) reciprocating-rotary piston engine
CA1133337A (en) Method and apparatus for control of pressure in internal combustion engines
CN107587936B (en) Eccentric rotor engine and combustion work-doing method thereof
US2943450A (en) Chemo-kinetic engines
RU2083850C1 (en) Rotor internal combustion engine
WO2007120074A2 (en) Turbo-piston engine and a turbo-piston supercharger
Kandari et al. Six stroke engine
CN110529237A (en) A multi-fuel internal combustion engine
CN110173348A (en) Deng appearance engine