Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции двигателя внутреннего сгорания, работающего от любых моторных топлив или горючих газов, где в процессе работы двигатель может дополнительно использовать твердое мелкоизмельченное топливо с воздушной или газообразной смесью. Универсальный роторный двигатель предназначен для использования в качестве силового привода в любых отраслях народного хозяйства, а также в военных целях, для утилизации химических отравляющих веществ и бактериологического оружия массового поражения.
Известен дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания, выполненную в центральной части днища поршня. Боковая стенка камеры имеет цилиндрическую форму. В теле поршня выполнены каналы небольшого диаметра. Один конец каждого канала заглушен, а второй выходит в камеру, причем выход канала в камеру направлен тангенциально к цилиндрической боковой поверхности камеры. В процессе расширения газ вытекает из каналов и интенсифицирует вихревое движение заряда горящей смеси (заявка Японии N 60-45737, МПК F 02 В 23/06 от 11.10.1985 г. - аналог).
Известен двигатель внутреннего сгорания, имеющий камеру сгорания поршневого типа, поршень, впускной и выпускной клапан. В центральной части днища поршня размещена камера сгорания. Поршень размещен в цилиндре и закрыт крышкой. На крышке цилиндра закреплен дефлектор, выполненный в виде экрана и имеющего форму, соответствующую конфигурации камеры сгорания в поршне. Дефлектор установлен с возможностью погружения в камеру сгорания с минимальным зазором, при перемещении поршня к верхней мертвой точке (патент Российской Федерации N 2070973, МПК F 02 В 23/06, 16.04.1997 г. - аналог).
Известен универсальный двигатель Белашова, содержащий кривошипно-шатунный механизм, систему питания, систему зажигания и систему смесеобразования. Размещенный в цилиндре поршень с камерой сгорания, головкой поршня и системой регулирования объема и сжатия воздушной и газообразной смеси. Головка поршня выполнена в виде цилиндра с крышкой. Внутри головки поршня размещена свеча, форсунка, устройство перепускного переключения, впускной и выпускной клапан, который взаимодействует с внутренней поверхностью камеры сгорания поршня, выполненной в виде стакана. Между цилиндром блока и головкой поршня размещена дополнительная камера, система регулирования объема и сжатия рабочей смеси, которая связана с дополнительной камерой (патент Российской Федерации N 2126093, МПК F 02 В 69/02 - прототип).
Задача изобретения - создать экологический двигатель внутреннего сгорания, который способен работать от любых моторных топлив или горючих газов, где в процессе работы двигатель может дополнительно использовать твердое мелкоизмельченное топливо с воздушной или газообразной смесью, а также утилизировать бактериологическое оружие массового поражения и химические отравляющие вещества. Увеличить кпд, экономичность и мощность двигателя, а также снизить его тепловые потери. Облегчить процесс изготовления и ремонта каждого модуля универсального роторного двигателя, у которого все системы, детали, узлы и механизмы являются идентичными и взаимозаменяемыми.
Поставленная задача достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания поршневого типа, содержащий газораспределительный механизм, маховик, устройство пропускного переключения, систему впрыскивания мелкоизмельченного топлива, охлаждения, смазки, питания, зажигания и смесеобразования, входного и выходного воздуховода, размещенный в корпусе цилиндр с поршнем и камерой сгорания выполнен в виде модуля, каждый модуль дополнительно содержит маховиковый ротор, кулачково-эксцентриковый механизм, с которым взаимодействует поршень, возвратный механизм поршня, механизм установки рабочего давления, выходное сопло, через которое происходит выпуск отработанных газов, систему отражателей, выполненную в виде углублений и выступов, взаимодействующих с отверстиями выходного сопла, систему торцевых уплотнителей, взаимодействующих с маховиковым ротором и корпусом, систему ввода и впрыскивания химических компонентов, причем механизм установки рабочего давления связан с устройством пропускного переключения, выполненного в виде пропускного клапана и пружины и взаимодействующего с системой ввода и впрыскивания химических компонентов. В зависимости от способа образования горючей смеси и вида применяемого топлива универсальный роторный двигатель преобразует тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в поршне и выходном сопле, в механическую работу, непосредственно на самом маховиковом роторе.
На фиг.1 изображен модуль универсального роторного двигателя, у которого поршень расположен в нижней мертвой точке;
на фиг.2 - модуль универсального роторного двигателя, у которого поршень расположен в верхней мертвой точке;
на фиг.3 - разрез маховикового ротора А-А;
на фиг.4 - разрез корпуса Б-Б;
на фиг.5 - разрез маховикового ротора В-В;
на фиг.6 - разрез корпуса Г-Г;
на фиг.7 - кулачково-эксцентиковый механизм;
на фиг. 8 изображено поворотное устройство системы ввода и впрыскивания химических компонентов.
Универсальный роторный двигатель фиг.1 выполнен в виде модуля 1. Каждый модуль состоит из четного или нечетного количества цилиндров 2, поршней 3, которые размещены в корпусе 4 и закрыты съемной головкой блока 5. Корпус 4 через элементы качения 6 взаимодействует с валом 7. На валу 7 размещен газораспределительный механизм, кулачково-эксцентриковый механизм, возвратный механизм поршня, маховиковый ротор и элементы крепления. Маховиковый ротор 8 закреплен к валу 7 элементами крепления 9. Газораспределительный механизм выполнен в виде распределительного вала 10, который через штангу 11 взаимодействует с коромыслом 12 впускного клапана 13. Коромысло 12 взаимодействует с впускным клапаном 13 через пружину 14. В зависимости от способа образования горючей смеси и вида применяемого топлива роторный двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием (работающие на бензине) подают рабочую смесь от карбюратора 15, через регулирующую заслонку 16, канал 17 во впускной клапан 13. При внутреннем смесеобразовании (двигатели, работающие на дизельном топливе), воздушная смесь через воздуховод 18, регулирующую заслонку 19 поступает в камеру 20, регулирующую заслонку 16, канал 17 во впускной клапан 13. Дизельное топливо из системы питания 21, состоящей из топливного бака, подкачивающего топливо насоса с ручным приводом, фильтров грубой и тонкой очистки топлива, топливного насоса высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыскивания топлива, через трубопроводы высокого и низкого давления 22, поступает в систему впрыскивания мелкоизмельченного топлива, которая выполнена в виде форсунки 23. Для работы роторного двигателя на горючем газе газовая смесь от баллона 24 через трубопроводы высокого и низкого давления, регулирующую заслонку 19 поступает в камеру 20, регулирующую заслонку 16, канал 17 во впускной клапан 13. Свеча 25 электрически связана с системой зажигания 26. Система зажигания 26 преобразует ток низкого напряжения в ток высокого напряжения. Устройство пропускного переключения расположено в съемной головке блока 5 и выполнено в виде пропускного клапана 27 и пружины 28. Пропускной клапан 27 имеет проходной канал 29, который через трубопроводы высокого и низкого давления 30 связан с системой ввода и впрыскивания химических компонентов 31 и выходным соплом 32. Между нижним основанием поршня 3 и корпусом 4 расположен возвратный механизм поршня, который выполнен в виде пружины 33 и 34. Между нижним основанием поршня 3 и валом 7 расположен кулачково-эксцентриковый механизм 35, который подвижно связан с поршнем 3. Вал 7, поршень 3, кулачково-эксцентриковый механизм 35 и газораспределительный механизм взаимодействуют с системой смазки 36. Маховиковый ротор 8 содержит систему отражателей 37 и систему торцевых уплотнителей 38. Система отражателей 37 выполнена в виде четного или нечетного количества вставок 39. Вставки 39 (фиг.3) взаимодействуют с отверстием 40 выходного сопла 32. Управление системой ввода и впрыскивания химических компонентов может осуществляется от распределительного вала, поршня, регулятора частоты вращения вала или автоматической муфты. Система торцевых уплотнителей 38 (фиг.4) выполнена из четного или нечетного количества внутренних и внешних компрессионных колец 41, которые взаимодействуют с корпусом 4 и маховиковым ротором 8. Внутри корпуса 4 содержится система входных и выходных воздуховодов. Система входных и выходных воздуховодов содержит четное или нечетное количество входных отверстий 40, выходного сопла 32 и четное или нечетное количество выходных отверстий 42. Выходное отверстие 42 через канал 43 связано с системой очищения отработанных газов 44. Головка 5, цилиндр 2, сопло 32 и система отражателей выполнены из жаропрочного материала 45 и имеют жаростойкую оболочку. Система отражателей может быть выполнена из прочного термостойкого соединения, а вставки системы отражателей 37 (фиг.5) размещены в жаростойких оболочках 46 и имеют множество углублений 47 и выступов 48. Отверстие 40 выходного сопла 32 направлено под углом к углублениям 47 и выступам 48 системы отражателей 37. Выходное отверстие проходного канала 29 и система смесеобразования поршня может быть выполнена в виде дефлектора, имеющего каналы, спиралевидные канавки, преимущественно переменного сечения с отверстиями, экран, форсунку и т.д. Система смесеобразования служит для улучшения смешивания рабочей смеси, интенсификации и стабилизации процесса сгорания в цилиндре 2 и выходном сопле 32, в которых происходит организация интенсивного вихревого движения вследствие вытеснения сжимаемого рабочего тела из выходного сопла 32. Вокруг цилиндра 2, устройства пропускного переключения 27, проходного канала 29, нижнего основания головки блока 5, выходного сопла 32 размещена жаропрочная оболочка 49. Внешняя сторона корпуса 4 закрыта крышкой 50. Для выполнения одного рабочего такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов в цилиндре 2 и выходном сопле 32, кулачково-эксцентриковый механизм 35 (фиг.7) выполняет два подготовительных такта - впуск 51 и сжатие 52. Рабочий ход - сгорание горючей смеси, расширение газов и выпуск отработанных газов совмещены поз. 53. За один оборот каждый модуль универсального роторного двигателя может осуществлять четное или нечетное количество тактов кулачково-эксцентриковым механизмом 35. Система ввода и впрыскивания химических компонентов 31 может дополнительно использовать твердое мелкоизмельченное топливо с воздушной или газообразной смесью, например мелкоизмельченный уголь (каменный, бурый или антрацит), с целью сжигания и получения дополнительной теплоты в выходном сопле 32. Утилизировать химические отравляющие вещества и бактериологическое оружие массового поражения, а также жидких или газообразных химических компонентов, например воды, водяного пара, с целью увеличения объема выходных газов рабочего тела. Ввод жидких химических компонентов через трубопроводы высокого и низкого давления 30 можно осуществлять по проходному каналу 29, устройства пропускного переключения 27. Ввод твердого мелкоизмельченного топлива с воздушной или газообразной смесью можно осуществлять через поворотное дозирующее устройство (фиг.8), которое выполнено в виде цилиндра 54, имеющего четное или нечетное количество камер 55. При вращении цилиндра 54 камеры 55 поочередно подают жидкие или твердые химические компоненты из трубопровода высокого и низкого давления 30 в выходное сопло 32. Выходное сопло 32 может быть оборудовано гидродинамическим кавитатором, который содержит корпус, включающий конфузор, диффузор и проточную камеру. Устройство пропускного переключения 27, в зависимости от типа применяемого топлива, может содержать механизм ручной или автоматической установки рабочего давления, рабочей смеси за счет пружины 28.
Причем устройство пропускного переключения может быть выполнено в виде поршня и цилиндра, где поршень имеет направляющую стойку, а цилиндр имеет перемычку и ограничитель движения направляющей стойки и поршня, при этом поршень будет взаимодействать с перемычкой цилиндра через пружину 28. Устройство пропускного переключения имеет устройство блокировки, которое взаимодействует с кулачково-эксцентриковым механизмом и системой ввода и впрыскивания химических компонентов. При утилизации химических отравляющих веществ и бактериологического оружия массового поражения, система выходных воздуховодов может дополнительно содержать устройство механической очистки системы отражателей от нагара. Универсальный роторный двигатель может содержать систему регулирования объема и сжатия моторных топлив или газа, иметь дополнительную камеру. При использовании универсального роторного двигателя для утилизации бактериологического оружия массового поражения и химических отравляющих веществ, поршневая часть головки блока должна быть выполнена съемной, а цилиндр 2 в виде стакана.
При внешнем смесеобразовании горючей смеси от карбюратора, универсальный роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Впуск - поршень 3 перемещается от в.м.т. к н.м.т. Открыто впускное отверстие клапана 13. Вследствие увеличения объема внутри цилиндра 2 создается разрежение 0,075....0,085 МПа, а температура смеси находится в пределах 90.. . . 130oС. Цилиндр 2 заполняется свежим зарядом горючей смеси от карбюратора 15, который служит для приготовления горючей смеси из паров бензина и воздуха, поступающего через регулирующую заслонку 16, канал 17 во впускное отверстие клапана 13.
Сжатие - поршень 3 движется от н.м.т. к в.м.т. Впускное отверстие клапана 13 закрыто. Объем над поршнем уменьшается, а давление и температура к концу такта соответственно достигает величин 1,0...1,2 МПа и 350...450oС. Рабочая смесь сжимается и давит на поршень устройства пропускного переключения 27. Пружина 28 при помощи механизма установки рабочего давления рабочей смеси установлена на давление 1,3 МПа.
Рабочий ход - сгорание горючей смеси, расширение газов и выпуск отработанных газов через выходное сопло. Сжатая рабочая смесь газов воспламеняется искрой от свечи 25 системы зажигания 26. Закрыто впускное отверстие клапана 13. Давление газов в цилиндре 2 достигает величины 3,5...4,0 МПа и открывает устройство пропускного переключения 27. Температура внутри цилиндра доходит до 2000oС. Отработанные газы через выходное сопло 32, отверстие 40 поступает на вставки 39 системы отражателей 37. От давления отработанных газов на вставки 39 маховиковый ротор 8 начинает вращаться. При дальнейшем вращении маховикового ротора 8 давление отработанных газов начинает снижаться до 0,11. . . .0,12 МПа, а температура до 350...400oС. Выпуск отработанных газов происходит через выходное отверстие 42, канал 43 в систему очищения отработанных газов 44. После предварительного прогрева универсального роторного двигателя можно использовать систему ввода и впрыскивания химических компонентов 31 с целью увеличения объема выходных газов рабочего тела, например нефти, воды, водяного пара и т.д. Вода или водяной пар из системы ввода и впрыскивания химических компонентов 31 через трубопроводы высокого и низкого давления 30, проходной канал 29 поступает в выходное сопло 32. При температуре выше 100oС вода начинает превращаться в пар, а выше 1000oС начинает разлагаться на водород и кислород, участвующий в процессе горения, то есть происходит процесс термической диссоциации:
.
Далее рабочая смесь водяного пара и отработанных газов поглощает теплоту выходного сопла 32 и вставки 39 системы отражателей 37. Зависимость объема, давления и температуры выходного газа или пара характеризуется законами изопроцессов в идеальных газах, где изопроцессами называются термодинамические процессы, протекающие в системе с неизменной массой при постоянном значении одного из параметров состояния системы. Термодинамические процессы разделяются на изотермический, который подчиняется закону Бойля-Мариотта, изобарный процесс подчиняется закону Гей-Люссака и изохорный процесс подчиняется закону Шарля. Система ввода и впрыскивания химических компонентов при помощи поворотного устройства (фиг.8) может вводить твердое мелкоизмельченное топливо с воздушной или газообразной смесью для увеличения температуры в выходном сопле 32, а также химические отравляющие вещества и бактериологическое оружие массового поражения для утилизации.
При внешнем смесеобразовании горючей смеси от газообразного топлива - генераторный, водяной, паровоздушный, коксовый газ и т.д., универсальный роторный двигатель Белашова работает как карбюраторный, но подача горючей смеси осуществляется от баллона 24 или через трубопроводы высокого и низкого давления на регулирующую заслонку 19 в камеру 20, а дальше через регулирующую ааслонку 16 поступает в впускной клапан 13. При этом газообразное топливо можно дополнительно вводить через систему ввода и впрыскивания химических компонентов 31.
Рабочий цикл дизельного двигателя подобен карбюраторному двигателю и состоит из двух тактов.
Впуск - поршень 3 перемещается от в.м.т. к н.м.т. Открыто впускное отверстие клапана 13. Вследствие увеличения объема внутри цилиндра 2 создается разрежение 0,075. ..0,085 МПа. Воздушная смесь через воздуховод 18, регулирующую заслонку 19, поступает в камеру 20, регулирующую заслонку 16, канал 17 в впускной клапан 13. Температура воздушной смеси от 90...125oС, причем подаваемый воздух может быть подогрет.
Сжатие - поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. Впускное отверстие клапана 13 закрыто. Объем над поршнем уменьшается, а давление и температура к концу такта соответственно достигает величин 3,0...4,0 МПа и 600...700oC. Такая высокая температура сжатого воздуха необходима для воспламенения впрыскиваемого в цилиндр топлива через форсунку 23. Пружина 28 устройства пропускного переключения 27 при помощи механизма установки рабочего давления, рабочей смеси установлена на давление 4,2 МПа.
Рабочий ход - впрыскивание мелкоизмельченного топлива, сгорание горючей смеси, расширение газов и выпуск отработанных газов через выходное сопло. Дизельное топливо из системы питания 21, состоящей из топливного бака, подкачивающего насоса с ручным приводом, фильтров грубой и тонкой очистки топлива, топливного насоса высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыскиваемого топлива через трубопроводы высокого и низкого давления 22 впрыскивается в цилиндр 2 через форсунку 23 под давлением 15...20 МПа. Мелкоизмельченное дизельное топливо, смешиваясь с раскаленным воздухом, воспламеняется, вследствие чего давление в цилиндре 2 повышается до 7,0....9,8 МПа, а температура достигает 1800....2000oС. Отработанные газы через выходное сопло 32, отверстие 40 поступает на вставки 45 системы отражателей 37. От давления отработанных газов на вставки 39 маховиковый ротор 8 начинает вращаться. При дальнейшем вращении маховикового ротора 8 давление отработанных газов начинает снижаться до 0,11-0,12 МПа, а температура до 300....400oС. Выпуск отработанных газов происходит через выходное отверстие 42, канал 43 в систему очищения отработанных газов 44. После предварительного прогрева универсального роторного двигателя можно использовать систему ввода и впрыскивания химических компонентов 31.
Изобретение позволяет создать экологический двигатель внутреннего сгорания, который способен работать от любых моторных топлив или горючих газов, где в процессе работы в двигатель можно добавлять любые присадки, которые уменьшают загрязнение окружающей среды и улучшают работу двигателя. Универсальный двигатель может дополнительно использовать твердое мелкоизмельченное топливо, например мелкоизмельченный уголь (каменный, бурый или антрацит) с воздушной или газообразной смесью, с целью сжигания и получения дополнительной теплоты в выходном сопле 32, утилизировать бактериологическое оружие массового поражения и химические отравляющие вещества, а также использовать жидкие химические компоненты, например нефть, воду, нодяной пар и т. д. . ., с целью увеличения объема выходных газов рабочего тела. Увеличить кпд, экономичность и мощность двигателя, а также снизить его тепловые потери. Облегчить процесс изготовления и ремонта каждого модуля универсального роторного двигателя, у которого все системы, детали, узлы и механизмы являются идентичными и взаимозаменяемыми.
Источники информации
1. В. С. Калисский А.И., Манзон Г.Е., Нагула. Автомобиль категории "С", издательство "Транспорт", М., 1987.
2. Б. М. Яворский, Ю.А. Селезнев. Справочное руководство по физике, издательство "Наука", главная редакция физико-математической литературы, 1989 г., Москва, на стр. 128-130 описаны законы изопроцессов в идеальных газах.
3. Н. Л. Глинка, Общая химия, издательство "Химия", Ленинград 1988 год, на стр. 203-204 описан процесс термической диссоциации. На стр. 434-435 описаны типы газообразного топлива и т.д.
4. В. П. Чепель. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий. Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, Ленинградское отделение, Ленинград, 1958 г.
5. Авторское свидетельство СССР N 1673183, МПК В 01 F 5/00, 1984. Устройство для кавитационной обработки суспензий.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Технической задачей является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит газораспределительный механизм, маховик, устройство пропускного переключения, систему впрыскивания мелкоизмельченного топлива, охлаждения, смазки, питания, зажигания и смесеобразования, входного и выходного воздуховодов, размещенный в корпусе цилиндр с поршнем и камерой сгорания. Согласно изобретению двигатель выполнен в виде модуля, каждый модуль дополнительно содержит маховиковый ротор, кулачково-эксцентриковый механизм, с которым взаимодействует поршень, возвратный механизм поршня, механизм установки рабочего давления, выходное сопло, через которое происходит выпуск отработанных газов, систему отражателей, выполненную в виде углублений и выступов, взаимодействующих с отверстиями выходного сопла, систему торцевых уплотнителей, взаимодействующих с маховиковым ротором и корпусом, систему ввода и впрыскивания химических компонентов. Механизм установки рабочего давления связан с устройством пропускного переключения, выполненного в виде пропускного клапана и пружины и взаимодействующего с системой ввода и впрыскивания химических компонентов. В зависимости от способа образования горючей смеси и вида применяемого топлива универсальный роторный двигатель преобразует тепловую энергию в механическую работу непосредственно на самом маховиковом роторе. 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
US 3068639 А, 18.12.1962 | |||
КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1999 |
|
RU2168042C2 |
US 3073118 А, 15.01.1963 | |||
US 5669340 А, 23.09.1997 | |||
СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО НАГРЕВА КАТАЛИЗАТОРОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ | 2016 |
|
RU2702007C2 |
НОВЫЕ ПИРИДАЗОНЫ И ТРИАЗИНОНЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ЗАРАЖЕНИЯ ВИРУСОМ ГЕПАТИТА B | 2015 |
|
RU2664329C1 |
US 5111654 А, 12.05.1992. |
Авторы
Даты
2003-06-20—Публикация
2002-01-17—Подача