RU2146009C1

RU2146009C1 - Rotary piston machine (design versions) and seal of piston of rotary piston machine

Info

Publication number: RU2146009C1
Application number: RU97105724A
Authority: RU
Inventors: П.С. Владимиров
Original assignee: Владимиров Порфирий Сергеевич
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2000-02-27

Abstract

FIELD: power engineering; rotary volumetric compression and expansion engines: external heating and internal combustion engines, compressors and hydraulic machines such as pumps and hydraulic motors. SUBSTANCE: first invention considers machine consisting of stator with exchange ports and wave shaped working surface with four projections and four cavities mated with ends of six pistons hinge coupled with rotor. Second invention considers engine consisting of stator and rotors with pistons. inlet of heated duct of recuperative heat exchanger communicates through delivery valve with compression chamber, and outlet communicates through valve with heating chamber, inlet of heating duct being connected with outlet of expansion chamber. Heating chamber is arranged in stator and is connected with expansion chamber through filling valve. EFFECT: provision of balancing of working medium pressure forces, unloading of bearings, increased specific power output and increased efficiency. 9 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, конкретнее - к роторным машинам объемного сжатия и расширения: двигателям внешнего нагрева и внутреннего сгорания, компрессорам, а также к гидромашинам - насосам и гидромоторам. The invention relates to the field of energy, and more particularly, to rotary volume compression and expansion machines: external heating and internal combustion engines, compressors, and also to hydraulic machines - pumps and hydraulic motors.

Известны объемные роторные машины (Акатов Е.И. и др. Судовые роторные двигатели. Л., Судостроение, 1967 г., стр.12, рис. 2B) и (SU, авторское свидетельство 1242629 A1, кл. F 01 C 1/44, 07.07.86), содержащие корпус с внутренней цилиндрической расточкой, в котором эксцентрично установлен ротор с шарнирно закрепленными на нем криволинейными лопастями, образующими рабочие камеры, сообщающиеся с каналами для подвода и отвода рабочей среды. Volumetric rotary machines are known (Akatov E.I. et al. Marine rotary engines. L., Shipbuilding, 1967, p. 12, Fig. 2B) and (SU, copyright certificate 1242629 A1, class F 01 C 1 / 44, 07.07.86), comprising a housing with an internal cylindrical bore, in which a rotor is eccentrically mounted with curved blades pivotally mounted on it, forming working chambers that communicate with channels for supplying and discharging the working medium.

Указанные устройства характеризуются простотой конструкции, но имеют существенные недостатки: низкая герметичность рабочих камер в шарнирах и по торцам лопастей, большие потери на трение между корпусом и лопастями, нагруженными силами давления среды и центробежными силами, интенсивный износ, малый ресурс и низкий КПД. These devices are characterized by simplicity of design, but have significant drawbacks: low tightness of the working chambers in the hinges and at the ends of the blades, large friction losses between the casing and the blades loaded with medium pressure forces and centrifugal forces, intense wear, low life and low efficiency.

Из патентной литературы (DE, патент 3027208, кл. F 01 C 1/40, 08.10.81) известна роторно-поршневая машина, принятая в качестве прототипа для первого изобретения и содержащая статор с окнами газообмена и волнообразной рабочей поверхностью с выступами и впадинами, сопряженными с концами пластин-поршней, шарнирно соединенных с ротором. From the patent literature (DE, patent 3027208, class F 01 C 1/40, 08/10/81) a rotary piston machine is known, adopted as a prototype for the first invention and containing a stator with gas exchange windows and a wavy working surface with protrusions and depressions, mating with the ends of the plate-pistons pivotally connected to the rotor.

Из патентной литературы известен роторно-поршневой двигатель (US, патент 3872839, кл. F 02 B 53/00, 25.03.75), принятый для второго изобретения в качестве прототипа, содержащий статор с волнообразной рабочей поверхностью, впускными и выпускными окнами, ротор-поршень с уплотнениями, камеры сжатия и расширения, камеру нагрева со средством нагрева, теплообменник-рекуператор, вход нагреваемого тракта которого сообщен через нагнетательный клапан с камерой сжатия, выход через клапан сообщен с камерой нагрева, а вход греющего тракта соединен с выходом камеры расширения. From the patent literature known rotary piston engine (US patent 3872839, CL F 02 B 53/00, 25.03.75), adopted for the second invention as a prototype, containing a stator with a wave-like working surface, inlet and outlet windows, the rotor a piston with seals, compression and expansion chambers, a heating chamber with heating means, a heat exchanger-recuperator, the input of the heated path of which is communicated through a pressure valve with a compression chamber, the output through the valve is communicated with the heating chamber, and the input of the heating path is connected to the output of the chamber extensions.

Известно уплотнение поршня роторно-поршневой машины (Алексеев В.П. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа. М., Машиностроение, 1990 г., стр. 259), принятое в качестве прототипа для третьего изобретения и содержащее установленные в канавках с пружинами радиальные и торцевые пластины и штифты в стыках между ними. Known piston seal of a rotary piston machine (Alekseev V.P. and other Internal Combustion Engines. Device and work. M., Mechanical Engineering, 1990, p. 259), adopted as a prototype for the third invention and containing installed in the grooves with springs, radial and end plates and pins in the joints between them.

Задачей изобретений является уравновешивание сил давления рабочего тела, разгрузка корневых подшипников, повышение удельной мощности машины и увеличение КПД машины за счет уменьшения утечек. The objective of the invention is the balancing of the pressure of the working fluid, unloading the root bearings, increasing the specific power of the machine and increasing the efficiency of the machine by reducing leakage.

Технический результат в первом изобретении достигается тем, что роторно-поршневая машина содержит статор с окнами газообмена и волнообразной рабочей поверхностью с выступами и впадинами, сопряженными с концами пластин-поршней, шарнирно соединенный с ротором, при этом волнообразная поверхность статора выполнена с четырьмя впадинами и сопряжена с шестью поршнями. При использовании роторно-поршневой машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, во впадинах рабочей поверхности поочередно расположены окна газообмена и средства воспламенения. В случае использования машины в качестве гидромашины внутри ротора может быть размещен цапфовый распределитель, соединенный через каналы в шарнирном соединении с рабочими камерами. Для подвода смазки к сопряжениям между статором и поршнями в статоре выполнено соединенное с источником смазочной жидкости отверстие с подвижным шариком, выступающим над рабочей поверхностью статора и сопряженным с наклонными фасками на кромках поршней. The technical result in the first invention is achieved by the fact that the rotary piston machine comprises a stator with gas exchange windows and a wave-like working surface with protrusions and depressions associated with the ends of the piston plates, pivotally connected to the rotor, while the wave-like stator surface is made with four depressions and is conjugated with six pistons. When using a rotary piston machine as an internal combustion engine, gas exchange windows and ignition devices are alternately located in the hollows of the working surface. In the case of using the machine as a hydraulic machine, a trunnion distributor can be placed inside the rotor, connected through channels in a hinged connection with the working chambers. To supply lubricant to the mates between the stator and the pistons in the stator, a hole is connected to the lubricant source with a movable ball protruding above the working surface of the stator and conjugated with inclined chamfers at the edges of the pistons.

Технический результат во втором изобретении достигается тем, что роторно-поршневой двигатель содержит статор с волнообразной рабочей поверхностью, впускные и выпускные окна, ротор-поршень с уплотнениями, камеры сжатия и расширения, камеру нагрева со средством нагрева, теплообменник-рекуператор, вход нагреваемого тракта которого сообщен через нагнетательный клапан с камерой сжатия, выход через клапан сообщен с камерой нагрева, а вход греющего тракта соединен с выходом камеры расширения, при этом камера нагрева размещена в статоре и соединена с камерой расширения через наполнительный клапан, а средство нагрева выполнено в виде теплообменника с внешним подводом тепла или средства воспламенения. Нагнетательный клапан снабжен упругим элементом и дополнительным поршнем, надпоршневая полость которого сообщена со входом нагреваемого тракта рекуператора, а подпоршневая полость сообщена с камерой сжатия. Обращенные в камеры сжатия и расширения поверхности клапанов выполнены с профилем волнообразной поверхности статора, причем клапаны снабжены фиксаторами от поворота. Рабочие поверхности клапанов имеют "мягкое" истираемое покрытие. The technical result in the second invention is achieved in that the rotary piston engine comprises a stator with a wave-like working surface, inlet and outlet windows, a rotor-piston with seals, compression and expansion chambers, a heating chamber with a heating means, a heat exchanger-recuperator, the input of which is heated communicated through the discharge valve with the compression chamber, the output through the valve is communicated with the heating chamber, and the input of the heating path is connected to the output of the expansion chamber, while the heating chamber is placed in the stator and soy inena with the expansion chamber through the inlet valve, and heating means designed as a heat exchanger with external supply of heat or ignition means. The discharge valve is equipped with an elastic element and an additional piston, the supra-piston cavity communicating with the inlet of the heat recovery duct, and the sub-piston cavity communicating with the compression chamber. The compression and expansion chambers of the valve surface facing the chambers are made with a profile of the wave-like surface of the stator, the valves being provided with rotation locks. Valve surfaces have a soft, abrasion resistant coating.

Технический результат в третьем изобретении достигается тем, что уплотнение поршня роторно-поршневой машины содержит установленные в канавках с пружинами радиальные и торцевые пластины и штифты в стыках между ними, при этом штифты выполнены с расположенными в пазах поршня радиальными выступами, концы которых обработаны по контуру скругленных кромок поршней. Обеспечение уравновешивания сил давления рабочего тела, разгрузка корневых подшипников в первом и втором изобретении обеспечивается соосным с корпусом расположением ротора, расположением шарнира в средней части лопасти-поршня и выпуклой формой его концов, сопряженных с волнообразной поверхностью. The technical result in the third invention is achieved in that the piston seal of the rotary piston machine comprises radial and end plates and pins located in grooves with springs in the joints between them, while the pins are made with radial protrusions located in the piston grooves, the ends of which are machined along rounded contours the edges of the pistons. Ensuring the balancing of the pressure of the working fluid, the unloading of the root bearings in the first and second invention is provided by the location of the rotor coaxial with the housing, the location of the hinge in the middle of the piston blade and the convex shape of its ends, conjugated with a wavy surface.

На фиг. 1, 2, 3 и 4 изображена роторно-поршневая машина (4-тактный ДВС) в поперечном и осевом разрезах;
на фиг. 5, 6, 7 приведены варианты шарнирного соединения;
на фиг. 8 - конструкция штифта уплотнения в разрезе по В-В;
на фиг. 9 - поперечный разрез ДВС с рекуператором;
на фиг. 10 - объемная гидромашина с цапфовым распределителем;
на фиг. 11 - разрез по С-С;
на фиг. 12, 13 изображен вариант ДВС с шестью поршнями.In FIG. 1, 2, 3 and 4 shows a rotary piston machine (4-stroke ICE) in the transverse and axial sections;
in FIG. 5, 6, 7 show options for swivel joints;
in FIG. 8 is a cross-sectional view of a seal pin;
in FIG. 9 - cross section of the internal combustion engine with a recuperator;
in FIG. 10 - volumetric hydraulic machine with trunnion distributor;
in FIG. 11 is a section along CC;
in FIG. 12, 13, an embodiment of an internal combustion engine with six pistons is shown.

На фиг. 1, 2 представлена роторно-поршневая машина, которую можно использовать в качестве четырехтактного ДВС. Она содержит корпус 1 с неподвижным статором 2 и крышкой 3. В корпусе на подшипниках 4 установлен ротор с кронштейнами 5, шарнирно соединенными посредством пальцев с поршнями 7 в средней части их длины. Концы поршней закруглены радиусом r, который может быть постоянным (цилиндрическая поверхность на концах) или переменным при других выпуклых поверхностях, и сопряжены с минимальным зазором с рабочей поверхностью 8 статора, которая имеет волнообразную форму с выступами и впадинами плавно изменяющейся кривизны. Поверхность 8 может быть образована различными кривыми; из соображений простоты, технологичности и оптимальных угловых ускорений качательных движений поршней предпочтительно исполнение выступов этой поверхности цилиндрическими с радиусом R. Остальные участки поверхности (впадины) определяются кинематикой механизма, т.е. движением второго конца поршня относительно статора при вращении ротора и скольжении первого конца по выступу с радиусом R (здесь и далее понятие "выступ" относится к наиболее удаленным от оси ротора участкам профиля), при этом есть возможность исполнения впадин из набора сопряженных между собой цилиндрических и плоских поверхностей. Поверхность 8 может быть как внутренней, так и внешней; в последнем варианте поршни располагаются снаружи статора. В четырехтактном двигателе число выступов (и впадин) исполняется четным, т.е. равным 2 м, 4 м, 6 м, 8 м и т.д.; во впадинах поочередно расположены впускные окна 9, выпускные 10 и средства воспламенения 11 (свеча или топливная форсунка). В двигателях с внешней рабочей поверхностью расположение газообменных окон и средств воспламенения тоже поочередное, но они расположены не во впадинах, а на выступах рабочей поверхности корпуса. Машина с внешним расположением поршней больше по массе и габаритам, но имеет некоторые преимущества; в частности, минимальный перевальный объем камер и высокие геометрические степени сжатия, простое воздушное охлаждение поршней и значительный момент инерции ротора, устраняющий необходимость в маховике. Число поршней 7 из условия размещения принимается на один или два меньше числа выступов и впадин. В первом варианте достигается наибольший рабочий объем двигателя, во втором при четном числе поршней, кратном 4 м - силовая разгрузка коренных подшипников от сил давления газа (см. фиг. 10). Поршни уплотнены по периметру установленными в канавках с волнистыми пружинами радиальными 12 и торцевыми 13 пластинчатыми уплотнениями. In FIG. 1, 2 presents a rotary piston machine, which can be used as a four-stroke ICE. It contains a housing 1 with a fixed stator 2 and a cover 3. In the housing on the bearings 4 there is a rotor with brackets 5 pivotally connected by means of fingers to the pistons 7 in the middle part of their length. The ends of the pistons are rounded with a radius r, which can be constant (a cylindrical surface at the ends) or variable for other convex surfaces, and are associated with a minimum clearance with the working surface 8 of the stator, which has a wavy shape with protrusions and troughs of smoothly varying curvature. The surface 8 may be formed by various curves; for reasons of simplicity, manufacturability and optimal angular accelerations of the oscillating movements of the pistons, it is preferable that the protrusions of this surface be cylindrical with a radius R. The remaining parts of the surface (depression) are determined by the kinematics of the mechanism, i.e. by moving the second end of the piston relative to the stator during rotation of the rotor and sliding the first end along the protrusion with radius R (hereinafter, the term “protrusion” refers to the profile sections farthest from the rotor axis), while there is the possibility of making cavities from a set of cylindrical and flat surfaces. Surface 8 can be either internal or external; in the latter embodiment, the pistons are located outside the stator. In a four-stroke engine, the number of protrusions (and troughs) is even, i.e. equal to 2 m, 4 m, 6 m, 8 m, etc .; the inlets 9, exhaust 10 and ignition means 11 (candle or fuel injector) are alternately located in the depressions. In engines with an external working surface, the arrangement of gas exchange windows and ignition means is also alternate, but they are not located in cavities, but on the protrusions of the working surface of the housing. A machine with an external arrangement of pistons is larger in mass and dimensions, but has some advantages; in particular, the minimum passage volume of the chambers and high geometrical compression ratios, simple air cooling of the pistons and a significant rotor inertia, eliminating the need for a flywheel. The number of pistons 7 from the placement conditions is taken one or two less than the number of protrusions and depressions. In the first embodiment, the largest engine displacement is achieved, in the second with an even number of pistons multiple of 4 m, the power unloading of the main bearings from gas pressure forces (see Fig. 10). The pistons are sealed around the perimeter installed in grooves with wavy springs radial 12 and end 13 plate seals.

Четырехтактный двигатель на фиг. 3, 4, 5, 6, 7, 8 содержит центральную секцию с корпусом 14, имеющим рабочую полость овальной формы, образованной цилиндрическими и плоскими поверхностями, в которой на валу 15 с кронштейнами 16 посредством шарниров 17 установлены поршни 18 с камерами сгорания 19. В корпусе завернута свеча зажигания 20 (или топливная форсунка) и выполнены впускные и выпускные окна 21, 22. Шарниры выполнены в виде отверстий с пальцами 17. Возможно применение шарниров с пальцами 23 сегментной формы, сопряженных с подшипниками 24, или шарниров с трением качения, содержащих плоские вкладыши 25, 26 из твердого материала (например, из закаленной стали), опертые на выпуклые поверхности вкладышей 27, 28, зафиксированных в ребрах поршней. Причем боковые поверхности вкладышей скруглены радиусами r₁, r₂ и сопряжены с вогнутыми поверхностями окон 29, 30 в поршне.The four stroke engine of FIG. 3, 4, 5, 6, 7, 8 contains a central section with a housing 14 having an oval-shaped working cavity formed by cylindrical and flat surfaces, in which pistons 18 with combustion chambers 19 are mounted on the shaft 15 with brackets 16 through hinges 17. a spark plug 20 (or a fuel injector) is wrapped and inlet and outlet windows 21, 22 are made. Hinges are made in the form of holes with fingers 17. Hinges with fingers 23 of a segment shape, conjugated with bearings 24, or hinges with rolling friction containing flat e inserts 25, 26 of solid material (for example, hardened steel) supported on the convex surfaces of the inserts 27, 28, fixed in the ribs of the pistons. Moreover, the side surfaces of the liners are rounded with radii r ₁ , r ₂ and mated with the concave surfaces of the windows 29, 30 in the piston.

По периметру поршней установлены уплотнения, содержащие радиальные 31 и торцевые 32 пластины, размещенные в канавках и поджатые к корпусу волнистыми пружинами-расширителями 33. Стыки пластин уплотнены штифтами 34 цилиндрической формы, имеющими радиальные выступы 35, обработанные по контуру (заподлицо) закругленных концов поршней. Seals are installed around the piston perimeter, containing radial 31 and 32 end plates placed in grooves and pressed against the housing by wave springs 33. The plate joints are sealed with cylindrical pins 34 having radial protrusions 35 processed along the contour (flush) of the rounded ends of the pistons.

Такое выполнение по сравнению с аналогом (Алексеев В.П. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа. М., Машиностроение, 1990 г., стр. 259) - системой уплотнения РПД схемы Ванкеля позволяет минимизировать неуплотняемые участки δ и повысить герметичность рабочих камер. Радиальные выступы штифтов подвижно с минимальными посадочными зазорами утоплены в пазах поршня. Штифты поджаты к торцевым поверхностям камер пружинными шайбами 36. Пазы под пластины 31 в поршне и в штифтах прорезаются совместно. This embodiment is compared with the analogue (Alekseev V.P. et al. Internal combustion engines. Device and operation. M., Mashinostroenie, 1990, p. 259) —the Wankel scheme RPD sealing system minimizes uncompressed sections δ and improves tightness working chambers. The radial protrusions of the pins are movably recessed in the piston grooves movably with minimal seating clearances. The pins are pressed against the end surfaces of the chambers by spring washers 36. The slots for the plates 31 in the piston and in the pins are cut together.

С центральной секцией двигателя шпильки 37 скреплены две боковые секции 38, 39, ширина которых в 2 раза меньше, чем у центральной секции, а окна, свечи и поршни расположены в противофазе относительно последней, т.е. смещены на 180^o. Это обеспечивает разгрузку коренных подшипников 40 от сил давления газа P, следовательно, повышение КПД и ресурса. Для устранения влияния на разгрузку неидентичности рабочих процессов в камерах секции целесообразно соединение камер сжатия и расширения газопроводами, закрепленными в корпусе (огневая связь). Охлаждение поршней происходит, в основном, теплопередачей в торцевые крышки корпуса.Two side sections 38, 39 are fastened to the central section of the hairpin motor 37, the width of which is 2 times smaller than that of the central section, and the windows, candles and pistons are in antiphase relative to the latter, i.e. offset by 180 ^o . This provides the unloading of the main bearings 40 from the gas pressure forces P, therefore, increasing the efficiency and resource. To eliminate the effect on the unloading of the non-identity of working processes in the chambers of the section, it is advisable to connect the compression and expansion chambers with gas pipelines fixed in the housing (fire connection). The pistons are cooled mainly by heat transfer to the end caps of the housing.

Действие двигателя происходит следующим образом. The action of the engine is as follows.

Через впускные окна 21 осуществляется всасывание топливовоздушной смеси в рабочие камеры, затем ее сжатие, воспламенение от свечи 20 (или самовоспламенение от сжатия в цикле Дизеля), расширение и выпуск в патрубки 22. Число четырехтактных циклов за один оборот вала двигателя на фиг. 3, 4 равно трем, т. е. числу поршней. Двигатель с четырьмя выступами в рабочей полости (см. фиг. 1, 2) совершает 14 циклов за один оборот вала, он может быть эффективно использован без понижающего редуктора для привода гребного винта водного судна или несущего винта вертолета. Through the inlet ports 21, the air-fuel mixture is sucked into the working chambers, then it is compressed, ignited by the spark plug 20 (or self-ignited by compression in the Diesel cycle), expanded and discharged into the nozzles 22. The number of four-stroke cycles per revolution of the engine shaft in FIG. 3, 4 is equal to three, i.e. the number of pistons. An engine with four protrusions in the working cavity (see Fig. 1, 2) makes 14 cycles in one revolution of the shaft, it can be effectively used without a reduction gear to drive the propeller of a watercraft or the rotor of a helicopter.

Относительный недостаток предложенных конструкций - динамические нагрузки вследствие колебательного движения поршней, определяющие механические потери порядка 5%. Целесообразно изготовление поршней из высокопрочных легких сплавов и композитов, например из углекона. Динамические нагрузки могут быть значительно снижены оптимальным выбором радиуса качения между деталями 26, 28, поскольку перемещение линии опорного контакта при качании поршня создает дополнительные моменты сил давления газа на поршень, которые уравновешивают инерционные моменты. Наибольший эффект достигается при асимметричном положении линии контакта, когда ось симметрии поршня в его номинальном (без наклона) положении смещена назад по ходу поршня относительно линии контакта. Шарниры с трением качения имеют механический КПД и ресурс примерно в 2 раза выше, чем шарниры с трением скольжения. A relative drawback of the proposed designs is dynamic loads due to the oscillatory movement of the pistons, which determine mechanical losses of the order of 5%. It is advisable to manufacture pistons from high-strength light alloys and composites, for example from coal. Dynamic loads can be significantly reduced by the optimal choice of the rolling radius between parts 26, 28, since the displacement of the support contact line during the swing of the piston creates additional moments of gas pressure forces on the piston, which balance the inertial moments. The greatest effect is achieved with an asymmetric position of the contact line, when the axis of symmetry of the piston in its nominal (without tilt) position is shifted back along the piston relative to the contact line. Hinges with rolling friction have mechanical efficiency and the resource is approximately 2 times higher than hinges with sliding friction.

На фиг. 9 изображена конструктивная схема рекуперативного двигателя, являющаяся дальнейшим развитием предложения, рассмотренного выше. Она содержит статор 14 с волнообразной рабочей поверхностью, ротор 15 с кронштейнами 16, шарнирами 17, поршнями 18, впускными и выпускными окнами 21, 22. В корпусе установлен нагнетательный клапан 41, с пружиной сжатия 42. Стержень клапана снабжен поршнем 43, надпоршневая полость которого каналом 44 соединена со входом нагреваемого тракта рекуператора 45, а подпоршневая полость каналом 46 сообщена с трактом сжатия двигателя. Выход рекуператора через обратный клапан 47 соединен с камерой нагрева 48, которая для ДВС исполнена в виде камеры сгорания с форсункой 49 и теплоизоляцией 50, а для ДВН (двигателя внутреннего нагрева) содержит нагреватель в виде противоточного теплообменника с внешним подводом тепла (подобно двигателю Стирлинга). Камера нагрева каналом 51 через наполнительный клапан 52 сообщена с камерой расширения, на конце стержня клапана закреплена шайба 53 с пружиной 54, поджатой гайкой 55. Выпускные окна 22 газопроводом 56 соединены со входом греющего тракта рекуператора, выход которого 57 сообщен через холодильник с впускным патрубком 21 (при замкнутом цикле) или с внешней атмосферой (версия ДВС). In FIG. 9 shows a structural diagram of a regenerative engine, which is a further development of the proposal discussed above. It contains a stator 14 with a wave-like working surface, a rotor 15 with brackets 16, hinges 17, pistons 18, inlet and outlet windows 21, 22. A pressure valve 41 is installed in the housing, with a compression spring 42. The valve stem is equipped with a piston 43, the over-piston cavity of which channel 44 is connected to the input of the heated tract of the recuperator 45, and the piston cavity is connected by channel 46 to the compression path of the engine. The recuperator output through a non-return valve 47 is connected to a heating chamber 48, which for an internal combustion engine is designed as a combustion chamber with a nozzle 49 and heat insulation 50, and for an internal combustion engine (internal heating engine) it contains a heater in the form of a counterflow heat exchanger with an external heat supply (similar to a Stirling engine) . The heating chamber by channel 51 through the filling valve 52 is in communication with the expansion chamber, a washer 53 is fixed at the end of the valve stem with a spring 54 pressed by a nut 55. Outlets 22 are connected by a gas line 56 to the inlet of the heat recovery path of the heat exchanger, the output of which 57 is communicated through a refrigerator with an inlet pipe 21 (with a closed cycle) or with an external atmosphere (ICE version).

Стержни клапанов 41, 52 установлены в направляющих втулках подвижно в осевом направлении, но фиксированы от поворота, например, сопряжением квадратного сечения, шлицами и т.п. Поверхности тарелок клапанов, обращенные к камере сжатия, обработаны совместно (заподлицо) с рабочей поверхностью полости корпуса и могут иметь относительно мягкое истираемое покрытие. Рекуператор 45 выполнен в виде компактного теплообменника, основной рабочий элемент которого представляет лист из жаропрочного материала с мелкими наклонными рифлениями-гофрами. Лист изогнут зигзагообразно и сжат ("гармошкой") до соприкосновения рифлений, верхние щели образуют полости греющего тракта и загерметизированы с торцов (например, запаяны, заварены лазером). Нижние щели являются нагреваемым трактом, и торцы их открыты к каналу 44 и входу в камеры нагрева 48. Объем камеры нагрева соответствует массе воздушного заряда в камере сжатия, объем нагреваемого тракта рекуператора 45 вмещает один или несколько единичных зарядов. Управление клапанами 41, 52 может быть традиционным, т.е. от распределительного вала с кулачками, толкателями и др. Очевидно, предложенное устройство двигателя может быть реализовано и на конструктивной основе РПД Ванкеля. The valve stems 41, 52 are mounted axially in the guide bushings, but are fixed against rotation, for example, by mating square sections, splines, etc. The surfaces of the valve plates facing the compression chamber are processed together (flush) with the working surface of the body cavity and can have a relatively soft abrasion coating. The recuperator 45 is made in the form of a compact heat exchanger, the main working element of which is a sheet of heat-resistant material with small inclined corrugations-corrugations. The sheet is curved in a zigzag and compressed ("accordion") until the corrugations touch, the upper slots form the cavity of the heating tract and are sealed from the ends (for example, sealed, welded with a laser). The lower slots are a heated path, and their ends are open to the channel 44 and to the entrance to the heating chambers 48. The volume of the heating chamber corresponds to the mass of the air charge in the compression chamber, the volume of the heated path of the recuperator 45 contains one or more unit charges. The control of valves 41, 52 may be conventional, i.e. from a camshaft with cams, pushers, etc. Obviously, the proposed engine arrangement can also be implemented on a constructive basis of the Wankel RPD.

Действует рекуперативный двигатель следующим образом. The regenerative engine operates as follows.

Через патрубки 21 осуществляется впуск воздушного заряда, затем его сжатие в камере сжатия, в конце которого давлением воздуха на тарелку клапана 41 и поршень 43 открывается клапан 41, сжатый газ перепускается в рекуператор 45, где подогревается теплом выпускных газов, и через обратный клапан 47 тангенциальным потоком подается в вихревую камеру сгорания 48. Через форсунку 49 впрыскивается топливо, происходит его сгорание, и обратный клапан 47 закрывается. В конце процесса сжатия давлением газа открывается наполнительный клапан 52, и продукты сгорания через канал 51 и горловину клапана 52 поступают в камеру расширения. Открытие клапана 41 давлением P исключено за счет соединения подпоршневой полости с внутренним объемом газа через канал 46, так как при этом возникает дополнительное закрывающее усилие на поршень 43. После расширения продукты сгорания через окно 22 и газопровод 56 подаются на вход греющего тракта рекуператора 45, отдают тепло сжатому воздуху в нагреваемом тракте и через патрубок 57 выпускаются во внешнюю среду. The air charge is inlet through the nozzles 21, then it is compressed in the compression chamber, at the end of which the valve 41 opens with the air pressure on the valve plate 41 and the piston 43, the compressed gas is transferred to the recuperator 45, where it is heated by the heat of the exhaust gases, and through the check valve 47 it is tangential flow is supplied to the vortex combustion chamber 48. Fuel is injected through the nozzle 49, it is combusted, and the check valve 47 closes. At the end of the compression process, the filling valve 52 opens and the combustion products through the channel 51 and the neck of the valve 52 enter the expansion chamber. The opening of the valve 41 by the pressure P is excluded due to the connection of the sub-piston cavity with the internal gas volume through the channel 46, since this creates an additional closing force on the piston 43. After expansion, the combustion products through the window 22 and the gas pipeline 56 are fed to the input of the heating path of the recuperator 45, heat to compressed air in the heated tract and through the pipe 57 are released into the external environment.

Действие двигателя внешнего нагрева с замкнутым циклом происходит аналогично. Отличие заключается в том, что нагрев в камере 48 происходит через теплообменник от внешнего источника тепла (горелка, концентратор солнечных лучей, ядерный реактор, расплав вещества и др.), а рабочее тело, например гелий, поступает из патрубка 57 в холодильник и оттуда во впускной патрубок 21. Роторная гидромашина на фиг. 10 содержит статор с рабочей полостью 58 в виде квадратного отверстия со скругленными по радиусу углами, сопряженного с поршнями 59, которые имеют цилиндрические выступы, образующие шарнирные соединения с соответствующими выемками в роторе 60. Внутри ротора размещен неподвижный цапфовый распределитель 61 с впускными каналами 62 и выпускными 63, которые через каналы 64, 65 в шарнирных соединениях сообщены с рабочими камерами 66, количество которых предпочтительно четное (на фиг. 10 равно шести). The action of the closed-loop external heating engine is similar. The difference is that the heating in the chamber 48 occurs through a heat exchanger from an external heat source (burner, solar concentrator, nuclear reactor, melt of the substance, etc.), and the working fluid, for example helium, comes from the pipe 57 to the refrigerator and from there to inlet pipe 21. The rotary hydraulic machine of FIG. 10 contains a stator with a working cavity 58 in the form of a square hole with radially rounded corners, mating with pistons 59, which have cylindrical protrusions forming articulated joints with corresponding recesses in the rotor 60. A fixed axle distributor 61 with inlet channels 62 and outlet is placed inside the rotor 63, which through channels 64, 65 in articulated joints are connected with working chambers 66, the number of which is preferably even (in FIG. 10 it is six).

Действует машина, например гидродвигатель, следующим образом: через наполнительные каналы 62, соединенные с источником жидкости высокого давления, последняя каналами 64, 65 подается в камеры 66 и расширяющимся объемом и создает крутящий момент с парой сил, приложенных к ротору, при этом радиальные силы уравновешены и не создают существенных нагрузок на коренные подшипники ротора. По достижении максимального объема камеры каналами 63 соединяются со сливной магистралью. Рабочий объем камер герметизируется установленными по периметру поршней пластинчатыми уплотнениями, устройство которых рассмотрено выше (см. фиг. 1 - 9). A machine, such as a hydraulic motor, operates as follows: through filler channels 62 connected to a high-pressure liquid source, the latter is supplied by channels 64, 65 to chambers 66 and has an expanding volume and creates a torque with a pair of forces applied to the rotor, while the radial forces are balanced and do not create significant loads on the main bearings of the rotor. Upon reaching the maximum volume of the chamber, the channels 63 are connected to the drain line. The working volume of the chambers is sealed with plate seals installed around the piston perimeter, the device of which is discussed above (see Fig. 1 - 9).

Удельный рабочий объем машины, соответствующей фиг. 10, меньше, чем у машины на фиг. 1 - 9, но она имеет определенные преимущества:
- наиболее простая и технологичная форма рабочей полости, очерченная двумя элементами - радиусом и плоскостью;
- примерно вдвое ниже динамические нагрузки от колебательного движения поршней;
- полная уравновешенность радиальных сил давления рабочей среды, достигаемая при односекционном наполнении;
- минимальный пассивный (перевальный) объем камеры в ВМТ, обеспечивающий концентрацию заряда воздуха в камере сгорания (при исполнении машины в варианте ДВС), качественное и быстрое сгорание смеси с минимальной теплопередачей в поршень. На фиг. 11 изображено устройство подвода смазки к сопряжениям между статором 2 и поршнями 7, которое содержит шарики 67, ход которых ограничен гайкой 68, отверстие 69 сообщено с источником подачи смазки под давлением. Шарики выступают над рабочей поверхностью статора на величину h, равную 0,2 - 1 мм, на кромках поршней выполнена соответствующая наклонная фаска 70, которая отжимает шарики и обеспечивает подачу масла на время взаимодействия поршня с шариком. Таким образом обеспечена дозированная подача смазки на торцевые поверхности статора и затем на поверхность 8. На фиг. 12, 13 изображен вариант ДВС с шестью поршнями 71, уплотняемыми по периметру радиальными пластинами 72 и торцевыми пластинами 73, снабженными камерами сгорания 74, сопряженными посредством шарниров 75 с кронштейнами 76, которые винтами 77 неподвижно соединены с валом 78, установленным в крышке 86 на подшипниках 80. На валу закреплен маховик 81 с лопастями 82 центробежного нагнетателя, воздушный тракт которого соединен с каналами 83 в корпусе.The specific working volume of the machine according to FIG. 10, less than that of the machine in FIG. 1 - 9, but it has certain advantages:
- the most simple and technologically advanced form of the working cavity, outlined by two elements - the radius and the plane;
- about half the dynamic loads from the oscillatory movement of the pistons;
- complete balance of the radial pressure forces of the working medium, achieved with single-section filling;
- the minimum passive (pass) volume of the chamber in the TDC, providing the concentration of air charge in the combustion chamber (when the machine is in the ICE version), high-quality and rapid combustion of the mixture with minimal heat transfer to the piston. In FIG. 11 shows a device for supplying lubricant to the mates between the stator 2 and the pistons 7, which contains balls 67, the stroke of which is limited by the nut 68, the hole 69 is in communication with the source of supply of lubricant under pressure. Balls protrude above the working surface of the stator by an amount of h equal to 0.2 - 1 mm, a corresponding inclined chamfer 70 is made on the edges of the pistons, which squeezes the balls and provides oil supply for the time of interaction of the piston with the ball. In this way, a dosed supply of lubricant to the end surfaces of the stator and then to surface 8 is provided. FIG. 12, 13, an internal combustion engine is shown with six pistons 71 sealed around the perimeter by radial plates 72 and end plates 73, equipped with combustion chambers 74, coupled by hinges 75 with brackets 76, which are fixedly connected to the shaft 78 by the bearings 78 mounted in the cover 86 on bearings 80. A flywheel 81 with centrifugal supercharger blades 82 is fixed to the shaft, the air path of which is connected to channels 83 in the housing.

Внутри кронштейнов 76 выполнены внутренние полости 84, которые через отверстия 85 в крышке 86 сообщены с выходом нагнетателя 82. Снаружи кронштейнов имеются внешние полости 87, сообщенные с выпускными отверстиями 88 в крышке 89. Полости 84 и 87 сообщены между собой через межреберные каналы 90. Inside the brackets 76, internal cavities 84 are made, which are connected through the openings 85 in the cover 86 to the outlet of the supercharger 82. Outside the brackets, there are external cavities 87 connected to the outlet openings 88 in the cover 89. The cavities 84 and 87 are interconnected via intercostal channels 90.

При работе двигателя (которая подобна действию двигателей на фиг. 1, 2, 3, 4) нагнетаемый крыльчаткой 82 воздух обеспечивает охлаждение корпуса в каналах 83 и параллельно через каналы 85, 84, 90, 87, 88 - охлаждение поршней и других конструктивных элементов во внутренней полости корпуса. При этом разность температур воздуха в полостях 84, 97 создает дополнительный центробежный напор, усиливающий циркуляцию и охлаждение. When the engine is operating (which is similar to the action of the engines in Figs. 1, 2, 3, 4), the air pumped by the impeller 82 provides cooling of the housing in the channels 83 and in parallel through the channels 85, 84, 90, 87, 88 — cooling of the pistons and other structural elements in the internal cavity of the body. At the same time, the difference in air temperature in the cavities 84, 97 creates an additional centrifugal pressure that enhances circulation and cooling.

Целесообразно исполнение поршней с двумя камерами сгорания в каждом из них и с удвоенным количеством форсунок, разнесенных по длине корпуса. It is advisable to design pistons with two combustion chambers in each of them and with twice the number of nozzles spaced along the length of the housing.

Claims

1. A rotary piston machine containing a stator with gas exchange windows and a wave-like working surface with protrusions and depressions associated with the ends of the piston plates pivotally connected to the rotor, characterized in that the wave-like surface of the stator is made with four cavities and is associated with six pistons.

2. The machine according to claim 1, performed by a four-stroke internal combustion engine, characterized in that gas exchange windows and ignition means are alternately located in the cavities of the working surface.

3. The machine according to claim 1, characterized in that a trunnion distributor is placed inside the rotor, connected through channels in a hinged connection with the working chambers.

4. The machine according to claims 1 to 3, characterized in that the stator has a hole connected to the lubricant source with a movable ball protruding above the working surface of the stator and paired with inclined chamfers at the edges of the pistons.

5. A rotary piston engine containing a stator with a wave-like working surface, inlet and outlet windows, a rotor piston with seals, compression and expansion chambers, a heating chamber with heating means, a heat exchanger-recuperator, the input of the heated path of which is communicated through the discharge valve with the chamber compression, the output through the valve is communicated with the heating chamber, and the input of the heating path is connected to the output of the expansion chamber, characterized in that the heating chamber is located in the stator and connected to the expansion chamber through fill ny valve, and heating means designed as a heat exchanger with external supply of heat or ignition means.

6. The rotary piston engine according to claim 5, characterized in that the discharge valve is provided with an elastic element and an additional piston, the supra-piston cavity communicating with the inlet of the recuperator being heated, the sub-piston cavity in communication with the compression path.

7. The engine according to claims 5 and 6, characterized in that the valves facing the compression and expansion chambers are made with a profile of the wave-like surface of the stator, the valves being provided with latches to prevent rotation.

8. The engine according to PP.5 to 7, characterized in that the working surfaces of the valves have a "soft" abrasive coating.

9. The piston seal of the rotary piston machine, comprising radial and end plates mounted in grooves with springs and pins in the joints between them, characterized in that the pins are made with radial protrusions located in the piston grooves, the ends of which are machined along the contour of the rounded piston edges.