ВАКУУМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F03G7/00 F01B29/02 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внешнего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, имеющий противолежащие цилиндры с рабочими поршнями [1]
Недостаток двигателя ограниченная мощность и эффективность двигателя.

Известен наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату вакуумный двигатель, содержащий цилиндры с газораспределительными органами и поршни, которые связаны с узлом отбора мощности, и средство создания вакуума в рабочей камере цилиндров [2]
Недостаток двигателя ограниченная мощность и эффективность двигателя, значительные габаритные размеры.

Цель изобретения повышение технико-экономических показателей.

Указанная цель достигается тем, что вакуумный двигатель, содержащий цилиндры с газораспределительными органами и поршни, которые связаны с узлом отбора мощности, и средство создания вакуума в рабочей камере цилиндров, согласно изобретению снабжен нагревателем рабочего тела, выпускным коллектором, дополнительными газораспределительными органами, причем нагреватель рабочего тела посредством впускных клапанов соединен с рабочими камерами цилиндров, которые посредством выпускных клапанов и выпускного коллектора соединены с активным соплом средства создания вакуума, выполненного в виде эжектора, пассивное сопло которого посредством дополнительных выпускных газораспределительных органов соединено с рабочими камерами цилиндров.

Кроме того, вакуумный двигатель содержит рабочие блоки, каждый из которых состоит из двух противолежащих цилиндров с рабочими поршнями.

Вакуумный двигатель содержит рабочие блоки, каждый из которых имеет две оппозитно расположенные камеры, образованные двумя неподвижными поршнями в замкнутом цилиндре, установленном c возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндрической направляющей, при этом поршни установлены неподвижно с помощью выходного вала узла отбора мощности, снабженного двумя обгонными муфтами, щечки которых расположены в пазах подвижного цилиндра, причем каждая оппозитно расположенная камера соединена посредством впускных и выпускных газораспределительных органов соответственно с нагревателем рабочего тела и выпускным коллектором, а посредством дополнительных выпускных газораспределительных органов соединена с источником вакуума.

Средство для создания вакуума выполнено в виде вихревого эжектора.

Дополнительные выпускные газораспределительные органы соединены с приосевой зоной камеры вихревого эжектора посредством концентрично размещенного в пассивном сопле и частично в камере смешения трубопровода, кольцевая полость между которыми и пассивным соплом сообщена с атмосферой, при этом радиатор системы охлаждения двигателя установлен перед пассивным соплом эжектора.

Периферийная часть камеры смешения вихревого эжектора соединена посредством тангенциального канала с нагревателем рабочего тела, а центральный выхлоп эжектора соединен с радиатором системы охлаждения двигателя.

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель; на фиг. 2 вихревой эжектор; на фиг. 3 вихревой эжектор с подсосом окружающей среды; на фиг. 4 схема охлаждения радиатора вихревым эжектором; на фиг. 5 вихревой эжектор с энергетическим разделением среды; на фиг. 6 эжектор с щелевым диффузором; на фиг. 7 эжектор с холодильником; на фиг. 8 вакуумный двигатель с подвижным цилиндром.

Вакуумный двигатель содержит нагреватель 1 рабочего тела, рабочие блоки, каждый из которых состоит из двух противолежащих цилиндров 2 с рабочими поршнями 3, радиатор 4 и рубашку 5 системы охлаждения двигателя, эжектор 6 в качестве смесителя отработавшего рабочего тела с засасываемой окружающей средой, направляемой в нагреватель 1, предохранительный клапан 7 нагревателя 1. Нагреватель 1 предназначен для сжигания любого вида топлива и создания газообразного рабочего тела. Цилиндры 2 рабочих блоков соединены с нагревателем 1 посредством газоходов 8 и впускных клапанов 9. Цилиндры 2 рабочих блоков оснащены выпускными каналами 10 и выпускными клапанами 11. Поршни 3 связаны с узлом отбора мощности. Радиатор 4 соединен трубопроводом с рубашкой 5 и расположен между нагревателем 1 и эжектором 6 таким образом, что конфузор 12 и эжектор 6 обеспечивают подсос окружающей среды и подачу ее в нагреватель 1 через радиатор 4. Выпускные каналы 10 посредством газоходов 13 соединены с активным соплом 14 эжектора 6. Выпускные клапаны 11 посредством газоходов 15 соединены с пассивным соплом 16 эжектора 6. Выхлоп 17 эжектора 6 установлен перед конфузором 12, а закругленная поверхность 18 выхлопа 17 рассеивает в окружающей среде значительную часть потока, истекающего из эжектора 6.

Работает двигатель следующим образом.

Нагреватель 1 генерирует газообразное рабочее тело, которое по открытому клапану 9 и газоходу 8 поступает в рабочую камеру цилиндров 2, перемещая поршни 3 в противоположные стороны, открывая каналы 10 в конце хода поршней 3. Рабочее тело через каналы 10 и газоход 13 попадает в активное сопло 14 эжектора 6 и создает разрежение, которое вакуумирует газоход 15. После открытия клапана 11 остатки отработавшего рабочего тела засасываются эжектором 6 и создается вакуум, который порождает рабочее усилие на поршнях 3 и сближение их, обеспечивая рабочий ход поршней 3 при любом направлении перемещения их. Далее цикл работы повторяется.

Эжектор 6 может быть выполнен вихревым и содержит активное сопло 19, кольцевую плоскую камеру 20 ускорения вихря, камеру 21 смешения, пассивное сопло 22 в патрубке 23, осесимметричный диффузор 24. Сопло 19 выполнено тангенциально к боковой поверхности 25 камеры 20. Активное сопло 19 посредством газохода 13 соединено с выпускными каналами 10, а пассивное сопло 22 посредством газохода 15 соединено с выпускными клапанами 11. Диффузор 24 имеет криволинейную поверхность 26 для рассеивания части потока среды. Степень ускорения вихря в камере 20 пропорциональна отношению D/d.

Работает эжектор следующим образом.

Отработавшее рабочее тело создает в камере 20 вихрь, который ускоряется по мере движения от периферии к центру. В приосевой зоне камеры 21 создается разрежение, которое через пассивное сопло 22 вакуумирует газоход 15.

Эжектор 6 может засасывать отработавшее рабочее тело и окружающую среду. Для этого в пассивном сопле 22 с зазором 27 размещено сопло 28, которое газоходом 29 соединено с выпускными клапанами 11. Работа осуществляется аналогично описанному за исключением того, что через зазор 27 засасывается окружающая среда, а через сопло 28 остатки отработавшего рабочего тела из рабочей камеры цилиндров 2.

Эжектор 6 может быть выполнен с щелевым диффузором 30 и патрубком 31. Работа осуществляется аналогично описанному за исключением того, что диффузор 30 рассеивает часть смеси сред в окружающей среде, а патрубок 31 направляет оставшуюся часть непосредственно в нагреватель 1.

Радиатор 4 может быть расположен перед соплом 22 или 27, что обеспечивает охлаждение радиатора 4 засасываемой окружающей средой.

Вихревой эжектор может осуществлять энергетическое разделение смеси сред. В этом случае эжектор имеет дополнительный тангенциальный канал 32 для отвода горячего потока и осевой канал 33 для отвода холодного потока. При этом горячая смесь отработавшего рабочего тела и окружающей среды по каналу 32 поступает в нагреватель 1, а холодная смесь охлаждает радиатор 4.

Камера смешения 21 эжектора может быть снабжена холодильником 34 в виде витого трубопровода на поверхности камеры 21. Снижение температуры смеси сред в камере 21 обуславливает рост создаваемого разрежения.

Рабочий блок может быть выполнен в виде цилиндрической направляющей 35, в которой размещен подвижный цилиндр 36 с поршнем 37, неподвижно установленным в блоке посредством выходного вала 38, имеющего две обгонные муфты 39, щечки 40 которых расположены в пазах 41 подвижного цилиндра 36. Цилиндр 36 и поршень 37 образуют две оппозитно расположенные камеры 42. Камеры 42 посредством впускных каналов 43 в цилиндре 36 соединены с нагревателем 1, посредством выпускных каналов 44 в направляющей 35 соединены с выпускным газоходом, а посредством двух выпускных клапанов 45 соединены с источником вакуума эжектором. Рабочее усилие на цилиндре 36 является суммой усилий, создаваемых давлением рабочего тела в одной камере 42 и разрежением в другой камере 42.

Работает исполнение следующим образом.

При открытом впускном канале 43 рабочее тело поступает в одну из камер 42 и перемещает цилиндр 36, увлекая за собой щечки обоих обгонных муфт 39, одна из которых передает крутящий момент валу 38, а другая проскальзывает относительно вала 38. В конце хода цилиндра 36 открывается канал 44 и отработавшее рабочее тело удаляется из камеры 42 в эжектор, который создает разрежение. При этом противоположная камера 42 посредством другого канала 43 сообщается с источником рабочего тела и цилиндр 36 начинает перемещаться в противоположном направлении. Одновременно с этим открывается выпускной канал 45, сообщающий первую камеру 42 с источником вакуума эжектором. Под действием вакуума в первой камере 42 и давления в противоположной камере 42 цилиндр 36 совершает рабочий ход, но уже в противоположном направлении. При этом другая щечка 40 передает крутящий момент валу 38. Далее цикл работы повторяется.

Использование: энергетика и может быть применено в двигателестроении. Сущность изобретения: двигатель содержит нагреватель, цилиндры, поршни, радиатор, рубашку системы охлаждения, эжектор, предохранительный клапан. Двигатель обеспечивает многоступенчатое преобразование энергии рабочего тела в полезную работу в цилиндре во время прямого хода, в эжекторе при создании вакуума отработавшим рабочим телом и затем опять в цилиндре время обратного хода под воздействием вакуума. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. ВАКУУМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий цилиндры с газораспределительными органами и поршни, которые связаны с узлом отбора мощности, и средство создания вакуума в рабочей камере цилиндров, отличающийся тем, что он снабжен нагревателем рабочего тела, выпускным коллектором, дополнительными газораспределительными органами, причем нагреватель рабочего тела посредством впускных клапанов соединен с рабочими камерами цилиндров, рабочие камеры цилиндров посредством выпускных клапанов и выпускного коллектора с активным соплом средства создания вакуума в виде эжектора, пассивное сопло которого посредством дополнительных выпускных газораспределительных органов соединено с рабочими камерами цилиндров. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит рабочие блоки, каждый из которых состоит из двух противолежащих цилиндров с рабочими поршнями. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит рабочие блоки, каждый из которых имеет две оппозитно расположенные камеры, образованные двумя неподвижными поршнями в замкнутом цилиндре, установленном с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндрической направляющей, при этом поршни установлены неподвижно с помощью выходного вала узла отбора мощности, снабженного двумя обгонными муфтами, щечки которых расположены в пазах подвижного цилиндра, причем каждая оппозитно расположенная камера соединена посредством впускных и выпускных газораспределительных органов соответственно с нагревателем рабочего тела и выпускным коллектором, а посредством дополнительных выпускных газораспределительных органов с источником вакуума. 4. Двигатель по пп.1-3, отличающийся тем, что средство для создания вакуума выполнено в виде вихревого эжектора. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что дополнительные выпускные газораспределительные органы соединены с приосевой зоной камеры вихревого эжектора посредством концентрично размещенного в пассивном сопле и частично в камере смешения трубопровода, кольцевая полость между которым и пассивным соплом сообщена с атмосферой, при этом радиатор системы охлаждения двигателя установлен перед пассивным соплом эжектора. 6. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что периферийная часть камеры смешения вихревого эжектора соединена посредством тангенциального канала с нагревателем рабочего тела, а центральный выхлоп эжектора с радиатором системы охлаждения двигателя.