УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02B53/00 F01C1/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, работающим на газах и химических топливах в условиях атмосферы и космоса, с метацентрическим центром вращения, с большим плечом момента силы, с большой вращательной инерционностью, и получит преимущественное применение как двигатель в летательных аппаратах нового балластно-инерционного движителя, в грузоподъемных средствах такого же типа, а также в различных отраслях народного хозяйства.

Известно устройство /патент РФ N 2086785, F 01 C 1/00, 1997 г./, представляющее собой вращательный поршневой двигатель внутреннего сгорания для обеспечения высокой производительности и мощности как на высоких, так и на низких скоростях, с малым обратным давлением на выхлопе, метацентрическое расположение центра вращения придает большую инерционность, снижает гравитационные нагрузки, создает высокую угловую скорость. Установленные на спицах поршни создают хорошую балансировку и гибкую динамику, что сокращает износ двигателя. Однако указанный прототип имеет недостатки:
1) отсутствие универсальности, в качестве компонента рабочего тела и окислителя не используется атмосферный воздух;
2) отсутствие эффективного охлаждения горячих деталей двигателя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является придание двигателю универсальности и снижение износа, регулировка числа оборотов в больших пределах, обеспечение эффективных охлаждением горячих деталей.

Предлагаемое изобретение как и газогенератор для турбины сможет работать как с использованием в качестве компонента рабочего тела и окислителя атмосферного воздуха, так и на двухкомпоннетном топливе.

По экономичности предлагаемое изобретение приближается к обычным поршневым двигателям внутреннего сгорания, а по удельной массе - к газовым турбинам.

Достижение данного результата осуществляется следующими средствами.

В качестве источника сжатого воздуха ротор двигателя в центральной части снабжен вентиляторным воздухозаборником, сообщающимся через спицы, содержащиеся в цилиндрической полости машины сжатия, с соплами и камерами расширения. В каждой камере расширения содержатся элементы зажигания и отверстия подачи воздуха и двухкомпонентного топлива. Предложенная схема подачи воздуха в качестве топливного компонента или окислителя обеспечивает охлаждение горячих деталей.

Для работы на двухкомпонентном топливе окислителе и горючем по типу ЖД ротор-ворот двигателя по внешнему кругу воздухозаборника содержит топливный бак для окислителя, также сообщающийся через спицы и сопла с камерами расширения.

Перечисленные качественные изменения прототипа позволят решить поставленную задачу.

Нижеописанный вариант осуществления изобретения изображен на фиг. 1-6.

На фиг. 1 - изображен вертикальный разрез двигателя;
на фиг. 2 - горизонтальный разрез;
на фиг. 3 - фрагмент системы взаимодействия воздуходувной машины с поршнем двигателя, вертикальный разрез, момент сжатия воздуха;
на фиг. 4 - фрагмент системы взаимодействия золотникового створчатого поршня воздуходувкой машины с поршнем двигателя, момент впуска воздуха в камеру сжатия спицы;
на фиг. 5 - фрагмент вертикального разреза камеры расширения и спицы в момент впрыска сжатого воздуха в камеру;
на фиг. 6 - фрагмент камеры расширения, вертикальный разрез.

Универсальный вращательный машино-двигатель внутреннего сгорания метацентрического типа содержит (см. фиг. 1, 2) корпус 1, включающий в себя орбиту шаровидных поршней-кареток - 7 (см. фиг. - 2) в виде криволинейного круга-желоба разного сегментного сечения с углублениями-выемками камер расширения 9 в виде сегментов тора, которые содержат впускные топливные каналы 21, элементы зажигания 22 и выхлопные отверстия 23. По внешнему центру орбиты поршней проходит замкнутый круг-паз 10, в центральной части корпуса 1 содержится шаровая опора 11 метацентрического центра вращения ротора 2.

В корпус соосно метацентрически (с центром вращения, расположенным выше центра тяжести вращающейся массы) на шаровую опору 11 (см. фиг. - 1), составляющую корпус 1, установлен ротор 2 с вертикальным валом 24, отличающийся от прототипа тем, что в центральной части вокруг вала содержит воздухозаборник 3 с вентилятором 4, переходящий в симметрично расположенные в полых спицах 6 воздушные сопла с отверстиями 18 (см. фиг. 3, 4), по внешнему кругу ротор 2 содержит гнезда -8 (см. фиг. - 1, 2), в которые свободно с рабочим зазором на спицы 6 установлены возвратно-поступательно ползающие поршни-каретки - 7, имеющие внешнюю форму шара. Двигатель отличается тем, что (см. фиг. - 3, 4) спицы 6 ротора в полой части содержат створчатые, складывающиеся золотниковые поршни клапаны 13, приводимые в движение через шток 16, осью 15 рабочего поршня-каретки 7, перемещающегося по поверхности спицы 6, вдоль осевой радиальной кареточной прорези 14. Отличается тем, что по внутреннему кругу, ниже воздухозаборника 3, ротор 2 (см, фиг. - 1, 2) содержит бак 5 топлива окислителя, сообщающийся через клапан 25 с соплами подачи окислителя 19 через отверстия камеры расширения.

При вращении ротора 2 шар, составляющий поршень-каретку 7, скользя по спице 6, под действием метацентрической центробежной инерционной силы закидывается в камеру 9 (см. фиг. 2), при термодинамическом процессе рабочее тело, отталкиваясь от сферической внутренней поверхности камеры 9, вытесняет поршень 7 из камеры, при этом поршень под действием кинетической энергии, взаимодействуя через спицу 6, поворачивает ротор 2, перемещаясь из вогнутой части камеры и одновременно скользя по спице 6. Ррабочий поршень 7, запасаясь потенциальной энергией, переходит на выпуклую часть камеры, составляющую орбиту движения шаров-поршней 7.

Во вращающемся роторе воздух, поступающий через заборник 3 (см. фиг. - 1, 2), нагнетается сначала вентилятором 4 воздуходувной машины, затем с повышенным давлением заполняет пространство спицы 6 (см, фиг. 3, 4), включая камеру нагнетания 17 компрессора, также составляющего часть воздуходувной машины, включающего золотниковый створчатый поршень-клапан 13, при этом рабочий поршень 7, скользя по спице, заходит в выемку камеры расширения 9 и, взаимодействуя через ось 15 поршня-каретки 7 и шток 16, передвигает створчатый поршень-клапан 13 в развернутом, раскрытом на все внутреннее сечение полости спицы виде, и дополнительно сжимает воздух (см. фиг. 3), который при совмещении сопла спицы 18 и соплового отверстия 20 (см. фиг. - 5, 6) впрыскивается в камеру расширения 9.

Из вогнутой части камеры поршень-каретка 7 (см. фиг. 2), вытесняясь рабочим телом, скользя по спице, выходит на выпуклую часть рабочей камеры 9 и одновременно входит до половины своего диаметра в гнездо ротора 8, перемещая при этом через ось 15, проходящую сквозь прорезь 14 (см. фиг. 3, 4) в спице 6, створчатый, в сложенном пополам виде золотниковый поршень-клапан 13, при этом воздух заполняет полностью полость и камеру спицы.

При обратном движении поршня-каретки 7 (см. фиг. 4) в вогнутую часть камеры золотниковый поршень-клапан 13 раскрывается полностью и создается дополнительное сжатие воздуха, который при совмещении сопла 18 и отверстия 20 (см. фиг. - 5, 6) впрыскивается в камеру 9.

При работе двигателя на двухкомпонентном топливе или для обогащения сжатого воздуха кислородом открывается клапан 25 (см. фиг. 1), после чего окислитель через сопло 18 (см. фиг. 5), спицы и сопловое отверстие камеры подается в нее.

Чем дальше от оси вращения ротора находятся на спицах рабочие поршни, т. е. чем больше диаметр ротора, тем меньшее усилие требуется на поршень со стороны рабочего тела, что придает двигателю большие экономические, экологические и конструкторские качества, возможность создания двигателя с радиусом ротора в несколько десятков метров.

В устройстве прототипа отсутствут подготовка и подача воздуха как окислителя. Двигатель отличается от прототипа тем, что ротор содержит воздуходувную машину в виде воздухозабороника с вентилятором и поршневого компрессора (системы золотникового поршня), а также топливный бак компонента с независимой от воздуха подачей его в камеру сгорания.

Ввиду большой разницы рабочих площадей поршня двигателя и поршня компрессора воздуходувной машины, а также разницы плеча в разные моменты движения рабочего поршня, двигатель с небольшими нагрузками на валу может работать без горючего, только за счет вытеснения.

Устройство двигателя позволяет производить в больших пределах регулировку числа оборотов вращения в сравнении с газо- и турбореактивными двигателями, более экономичен и будет обладать большей мощностью, метацентрическое расположение центра вращения обеспечивает его большой инерционностью, а также на статор будут действовать нагрузки сжатия, что обеспечивает высокую угловую скорость, и при необходимости открывается возможность создания большего момента силы, что позволит этому двигателю раскручивать и поддерживать в длительном режиме, в разных условиях работы новый движитель воздушно-космического летательного аппарата и грузоподъемного средства - балластного инерционного эквивалентного действия, а также может получить применение в вертолетах и других отраслях народного хозяйства.

Изобретение откроет перспективу поиска и создания генератора нового типа на базе нетрадиционных материалов.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в виде сегментов тора, и ротор с опорой вращения и со спицами, на которых расположены подвижные сферические поршни-каретки с образованием камер сгорания. Опора вращения ротора смещена относительно центра тяжести ротора. На оси вращения ротора установлена воздуходувная машина, а в его полости выполнен расходный бак. Спицы выполнены полыми и сообщены с воздуходувной машиной, внутри поршней-кареток расположена ось, а внутри полых спиц установлены поршневые элементы с клапанами, соединенные с осью поршней при помощи штока. 6 ил.

Универсальный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в виде сегментов тора, и ротор с опорой вращения и со спицами, на которых расположены подвижные сферические поршни-каретки с образованием камер сгорания, при этом опора вращения ротора смещена относительно центра тяжести ротора, отличающийся тем, что на оси вращения ротора установлена воздуходувная машина, а в его полости выполнен расходный бак, причем спицы выполнены полыми и сообщены с воздуходувной машиной, внутри поршней-кареток расположена ось, а внутри полых спиц установлены поршневые элементы с клапанами, соединенные с осью поршней при помощи штока.