ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к конструкции двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к роторным, и предназначено для использования в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в автотранспорте.

Известны различные типы ДВС. Например, роторный ДВС ПОЛЬРАУЛЬ КУРТУА, основанный на использовании в качестве роторов зубчатых колес [1] а также расширительный роторный ДВС с эпициклойдными зубчатыми колесами и устройством подачи воздуха для продувки выхлопных газов [2] основанный на использовании части выхлопных газов воздухом, идущим на сжатие эпициклойдными зубьями.

Недостатками этих ДВС является то, что сжатие воздуха, подаваемого в камеру сгорания (КС), осуществляется за счет энергии вращения ротора, что значительно уменьшает КПД двигателей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является ДВС [3] который состоит из КС, снабженной отверстиями для подвода воздуха и расположенной вне корпуса двигателя, который выполнен с двумя полостями, в каждой из которых размещен ротор. Роторы выполнены в виде поршней и установлены с возможностью планетарного вращения. Полости с КС, между собой и с атмосферой соединены соответственно впускных и выпускных окон.

Недостатком известного устройства является наличие вращательных поршней и то, что сжатие воздуха, подаваемого в КС, осуществляется за счет энергии вращения ротора.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя за счет подачи (необходимого для сгорания топлива) сжатого воздуха за счет выхлопных газов.

Цель достигается тем, что в известном ДВС, включающем КС, снабженную сквозными отверстиями для подачи в нее воздуха, и корпус с выпускными (выхлопными) и впускным окнами, сообщающим КС с атмосферой и рабочей полостью корпуса, в которой размещены два взаимосвязанных ротора, последние выполнены в виде двух взаимодействующих между собой зубчатых колес, а корпус снабжен двумя дополнительными (промежуточными) окнами, соединенными вне корпуса с устройством подачи воздуха (УПВ), компрессор которого через воздухопровод-воздуховод соединен с впускными окнами КС, при этом впускное и выпускное окна при поперечном разрыве двигателя расположены на вертикальной оси, а дополнительные на оси, перпендикулярной ей. Двигатель, для охлаждения, снабжен также воздуховодом кожухом, установленным на его внешней поверхности.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 схема распределения давления газа в двигателе.

Двигатель (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с размещенными в его рабочей полости A двумя роторами, выполненными в виде взаимодействующих между собой зубчатых колес 2, КС 3, в которой установлены форсунка 4 и свеча 5. В корпусе 1 выполнены окна: окно 6 соединяет внутреннюю полость КС 3 с рабочей полостью A. ПО оси 0 C противоположно окну 6 расположено выпускное окно 7, а диаметрально противоположно по оси 0 C расположены дополнительные промежуточные окна 8, 9, которые соединены с помощью трубок 10, 11 и окон 12, 13 с приводом (УПВ) в КС 3, например с турбиной 14 центробежного компрессора (ЦБК) 15, который через воздуховод 16 соединен с впускными окнами в КС 3 для снабжения необходимым количеством сжатого воздуха для сгорания топлива в КС 3. Воздуховод (кожух) 16, кроме того, используется для охлаждения.

Обратный клапан 17 служит для зарядки воздухом воздушного аккумулятора 18. Зарядка его осуществляется за счет того, что пружина клапана 17 выполнена слабее пружины обратного клапана 19, установленного в воздуховоде 16. Кроме того клапан 19 препятствует утечке сжатого воздуха при открывании клапана запуска 20 через рабочее колесо 15 во время запуска двигателя.

Двигатель работает следующим образом. В начальный момент из воздушного аккумулятора 18 через клапан запуска 20 (для чего сжимают пружину клапана 20) поступает воздух в КС 3 (фиг. 1), через отверстия B обеспечивая необходимое давление наддува. В КС 3 поступает топливо (газ, газовый конденсат, бензин, керосин и т.д.) через форсунку 4. При достижении необходимого соотношения топливной смеси включается свеча 5, которая после воспламенения топливной смеси выключается. В рабочей полости A создается давление P. Для объяснения вращения роторов и возможности возврата энергии в КС 3 в виде сжатого газа за счет окон 8, 9, соединенных вне корпуса с приводом УПВ (фиг. 2).

A. Если представить зубчатые колеса в виде двух взаимодействующих 4-х лопастных колес в корпусе, то от давления P появляется крутящий момент (M. _кр.)
M.кр. FXR,
где
F сила, создающая крутящий момент.

F PXS_R-r,
M.кр. PXS_R-rXR,
где
P давление газа,
S_R-r площадь лопасти, равная разности площадей между общей площадью лопасти и незакрытой частью,
R радиус.

Окно 6 служит для прохождения давления газа из КС в рабочую полость, где от давления газа создается M._кр.
B. При условии, когда отсутствует выхлопное окно, в нижней части создается препятствующий вращению момент M.кр. и при уравновешивании давления газов P и P_н вращение прекратится.

Выхлопное окно 7 служит для устранения M._кр.
Любое торможение в этой области приводит к увеличению давления P_н, который создает M._кр. и препятствует вращению.

C. При увеличении количества лопастей вдвое или более, а также замены лопастей зубчатыми колесами M. _кр. не меняется. А соединение выполненных диаметральнопротивоположно в корпусе окон 8, 9 вне корпуса с приводом УПВ дает возможность дополнительного использования проходящих на выхлоп газов для подачи сжатого воздуха в КС и повышения КПД двигателя. Оставшаяся часть газов между зубьями должна без всякой задержки выпускаться через выхлопное окно.

Двигатель выходит на автономный режим, т.е. воздух от ЦБК, предварительно заполнив воздушный аккумулятор через клапан 19 (фиг. 1) поступает в КС 3 двигателя. При работе двигателя под нагрузкой воздушный аккумулятор 18 заполняется под максимальным давлением за счет клапана 17 для следующего запуска двигателя и вывода его на автономный режим. А также при работе двигателя под нагрузкой давление газа в КС, рабочей полости, а также во впадинах между зубьями возрастает, что приводит к увеличению расхода газа через турбину ЦБК. Турбина и ЦБК увеличивает обороты, повышается степень сжатия воздуха, поступающего в КС 3.

Двигатель также может применяться для постоянной зарядки аккумуляторов электромобилей во время езды и на остановках электромобиля, где не предусмотрена его зарядка от других источников.

Использование заявленного технического решения по сравнению с известными позволит:
повысить КПД двигателя;
использовать любое топливо: бензин, керосин, газ, газовый конденсат и т.д.

повысить удельную мощность;
повысить надежность.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: устройство содержит камеру сгорания со сквозными отверстиями для подачи воздуха, корпус с выхлопным и впускным окнами, сообщающими рабочую камеру сгорания с рабочей полостью корпуса, в которой размещены два взаимосвязанных ротора, выполненные в виде двух взаимодействующих между собой зубчатых колес, в корпусе выполнены два промежуточных окна, соединенные вне корпуса с приводом устройства подачи воздуха в камеру сгорания, при этом данные окна расположены на оси двигателя, а дополнительные - на оси, перпендикулярной ей. Для охлаждения двигателя он снабжен воздуховодом - кожухом, установленным на его внешней поверхности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, включающий камеру сгорания, снабженную сквозными отверстиями для воздуха, и корпус с выхлопным и впускным окнами, последний сообщает камеру сгорания с рабочей полостью корпуса, в которой размещены два взаимосвязанных ротора, отличающийся тем, что роторы выполнены в виде двух взаимодействующих между собой зубчатых колес, корпус снабжен двумя дополнительными (промежуточными) окнами, соединенными вне корпуса с приводом устройства подачи воздуха в камеру сгорания, нагнетательная область устройства подачи воздуха соединена с впускными окнами камеры сгорания, при этом впускные и выхлопные окна при поперечном разрезе двигателя расположены на вертикальной оси, а дополнительные на оси, перпендикулярной ей. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что для охлаждения двигателя он снабжен воздухопроводом-кожухом, установленным на его внешней поверхности.