РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЕТОНАЦИОННОГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F02K3/00 F02K7/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено на наземном, водном транспорте, летательных аппаратах.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, в которых использованы кинематические схемы с кривошипно-шатунным механизмом и продувкой цилиндров воздухом через продувочные окна. (Устройство и ремонт автомобилей. М.: Высшая школа, 1987).

В современных двигателях внутреннего сгорания повышение мощностных характеристик связано с совершенствованием электронных систем подготовки и подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя, очистки цилиндров от продуктов сгорания, увеличения степени сжатия и т.п. Основной проблемой является использование внутренней энергии применяемого топлива, сгорание которого в различных условиях давления и температуры может происходить плавно или носить взрывной ударный детонационный характер с выделением дополнительной тепловой энергии, появление которой в процессе работы обычного двигателя внутреннего сгорания считается вредным и приводящим к разрушению деталей кривошипно-шатунного механизма. В результате в топливо добавляются антидетонационные присадки, в конструкции двигателей применяют различные совмещенные с цилиндром камеры сгорания предкамеры, уменьшающие детонацию и жесткость работы двигателей. Тем самым внутренняя энергия топлива используется только в первоначальной стадии цепной реакции входящих в него молекул.

В предлагаемом реактивном двигателе детонационного сгорания применяется топливо (бензин, керосин, дизельное топливо, нефть, газ) без антидетонационных присадок. Сгорание топлива происходит при постоянном объеме в автономной камере сгорания, предварительно заряженной воздухом и топливом и отключенной от полости цилиндра, носит взрывной, детонационный характер. При детонационном сгорании цепная реакция молекул топлива и воздуха происходит быстрее и в более глубокой стадии с выделением дополнительной тепловой энергии. Согласно изобретению двигатель включает в себя гильзы цилиндров, поршни, нагнетатель воздуха объемного типа, насос-форсунки, автономную камеру сгорания, в которой происходит детонационное сгорание топлива при постоянном объеме, кожух, зарядный механизм, кулисный барабан, турбину, мотор-генератор, зубчатый венец, топливный и масляный насосы, механизм изменения степени сжатия и систему охлаждения. Воздух в автономную камеру сгорания подается при помощи нагнетателя воздуха объемного типа, который представляет собой двухступенчатый поршневой нагнетатель, состоящий из несущего цилиндра с поршнем второй ступени и установленной на несущем цилиндре воздушной камеры с кольцевым поршнем первой ступени. Полости второй и первой ступеней соединены каналами, а объем воздушной камеры в два раза больше объема полости второй ступени. Несущий цилиндр является опорой двигателя и состоит из двух гильз, запрессованных одна на другую, а в гильзах выполнены каналы, окна и отверстия, составляющие систему коммуникаций двигателя. Зарядный механизм состоит из камеры сгорания, фазовых колец с шаровыми пальцами, каналов и сопел. Камера сгорания полусферическая крепится фланцем к несущему цилиндру и соединена впускными каналами с полостью второй ступени нагнетателя воздуха. Впускные каналы закрываются впускным фазовым кольцом или шариками со сферическими седлами, выполняющими функции затвора. Выпускные каналы камеры сгорания открываются выпускным фазовым кольцом. В стенке камеры сгорания выполнена рубашка жидкостного охлаждения. Кулисный барабан выполнен цилиндрическим, разъемным и установлен на несущем цилиндре на двух подшипниках. Обе части барабана фиксируются штифтами по периметру, а внутри барабана выполнены осевая сферическая кулиса привода поршней нагнетателя воздуха и две радиальные съемные кулисы привода топливных насос-форсунок, масляных насосов и прерывателя зажигания. Снаружи кулисного барабана установлена турбина привода двигателя, которая приводится в действие давлением выпускных газов через несколько каналов и сопел. Двигатель оборудован механизмом изменения степени сжатия, который состоит из двух гаек, навернутых на кулисный барабан и несущий цилиндр, и упорного кольца. Плоскость балки поршня второй ступени и плоскость шаровых пальцев кольцевого поршня первой ступени расположены под углом 90° друг к другу. Поршни второй и первой ступени движутся в разные стороны, в результате чего их силы инерции взаимно уравновешиваются.

Устройство реактивного двигателя детонационного сгорания поясняется чертежами фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 показан разрез двигателя, а на фиг.2 - вариант исполнения запорного органа для впускных каналов камеры сгорания.

Реактивный двигатель детонационного сгорания согласно изобретению состоит из кожуха, двухступенчатого поршневого нагнетателя воздуха, зарядного механизма, кулисного барабана, турбины, мотор-генератора, зубчатого венца, топливных и масляных насосов, форсунок, механизма изменения степени сжатия, системы охлаждения.

Нагнетатель воздуха состоит из несущего цилиндра 1 с системой коммуникаций, поршня 2 второй ступени, поршневой балки 3 с шаровыми пальцами 21 и наконечниками 22, воздушной камеры 7 с кольцевым поршнем 8 первой ступени с уплотнительными кольцами 18, штангами 15 и пальцами 16, шаровыми наконечниками 17. При этом полости второй и первой ступеней соединены каналами "а". Несущий цилиндр 1 является опорой двигателя и состоит из двух гильз 1а и 1д, запрессованных одна на другую, в гильзах выполнены каналы, окна и отверстия, составляющие систему коммуникаций двигателя. Воздушная камера 7 установлена на несущем цилиндре 1.

Зарядный механизм состоит из камеры сгорания 5, фазового кольца 6 впуска воздуха с шаровыми пальцами 9, впускных каналов "вп", выпускных каналов "вып" и сопел 10. Камера сгорания 5 полусферическая, прикрепленная фланцем 11 к несущему цилиндру 1, соединена впускными каналами "вп" с полостью "В" второй ступени нагнетателя воздуха. Вместо фазового кольца 6 в каналах "в" могут устанавливаться сферические седла 34 с шариками 33, выполняющими функции затвора при перепадах давления в полости "В" и камере сгорания 5 (см. фиг.2). Выпускные каналы "вып" открываются фазовым кольцом 12 с шаровыми пальцами 13 и соединены с соплами 10. В стенке камеры сгорания 5 выполнена рубашка "Н" жидкостного охлаждения.

Кулисный барабан 4 цилиндрический, разъемный установлен на несущем цилиндре 1 на шариковых подшипниках 14, обе части барабана 4 фиксируются штифтами 19 по периметру. Внутри барабана 5 выполнена осевая сферическая кулиса К1 привода поршня 2 и кольцевого поршня 8, а также установлены радиальные съемные кулисы КЗ привода топливных насосов-форсунок 20 и К2 привода масляных насосов 23 и прерывателя распределителя 24 системы зажигания.

Турбина 25 привода двигателя установлена снаружи кулисного барабана 4 и приводится в действие давлением выпускных газов через несколько каналов "вып" и сопел 10, снаружи также установлен зубчатый венец 26.

Механизм изменения степени сжатия состоит из гаек 27 и 28, навернутых на кулисный барабан 4 и несущий цилиндр 1, и упорного кольца 29.

Мотор-генератор состоит из катушек 30 и магнита NS и выполняет функции стартера и генератора.

Степень сжатия в полости "В" второй ступени в два раза больше степени сжатия воздушной полости "А" первой ступени, а объем полости "А" больше объема полости "В" в два раза.

Реактивный двигатель детонационного сгорания работает следующим образом.

В исходном положении поршень 2 второй ступени находится возле НМТ, продувочные окна "ПО" открыты, кольцевой поршень 8 первой ступени находится возле ВМТ, сжатый воздух из полости "А" по каналам "а" переходит в полость "В", в камере сгорания 5 впускные "вп" и выпускные "вып" каналы открыты, происходит продувка камеры сгорания 5 избыточным давлением воздуха. Далее поршень 2 движется к ВМТ, перекрывает продувочные окна "ПО", в камере сгорания 5 закрываются выпускные каналы "вып", происходит зарядка камеры сгорания 5 сжатым воздухом. Одновременно в камеру сгорания 5 впрыскивается топливо, которое смешивается с воздухом и проходит физико-химическую подготовку. Электрическая искра подается в камеру сгорания 5 так, чтобы период индукции горючей смеси закончился в момент прихода поршня 2 в ВМТ и впускные каналы "вп" закрылись фазовым кольцом 8, или шариками 33 седел 34, выполняющих функции затвора. Воздушная полость "В" отключена от камеры сгорания 5, последняя работает в автономном режиме и не зависит от положения поршня 2 нагнетателя воздуха. Начался процесс сгорания горючей смеси при постоянном объеме, который сопровождается взрывной, ударной волной и носит детонационный характер, приводящий к резкому увеличению температуры и давления и дополнительному выделению тепловой энергии. В конце сгорания открываются выпускные каналы "вып" и происходит процесс расширения газов, в процессе которого газы с большой скоростью мгновенно вылетают-выстреливают через сопла, импульсы силы реакции газов вызывают силу тяги и прямолинейное движение двигателя. Часть газов устремляется к турбине 25, которая вращает барабан 4 и рабочий цикл повторяется.

Реактивный двигатель детонационного сгорания работает в реактивном и турбинном режимах на бедных смесях, экологически чистый и может быть применен как двигатель-модуль в кассетном исполнении для получения более мощного двигателя.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено на наземном и водном транспорте, а также на летательных аппаратах. Технический результат заключается в возможности создания экологически чистого двигателя, работающего на бедных смесях. Согласно изобретению двигатель включает в себя гильзы цилиндров, поршни, нагнетатель воздуха объемного типа, насос-форсунки, автономную камеру сгорания, кожух, зарядный механизм, кулисный барабан, турбину, мотор-генератор, зубчатый венец, топливный и масляный насосы, механизм изменения степени сжатия и систему охлаждения. В автономной камере сгорания, в которую подается воздух при помощи нагнетателя воздуха объемного типа, происходит детонационное сгорание топлива при постоянном объеме. При этом нагнетатель воздуха представляет собой двухступенчатый поршневой нагнетатель, который состоит из несущего цилиндра с поршнем второй ступени и установленной на несущем цилиндре воздушной камеры с кольцевым поршнем первой ступени. Плоскость балки поршня второй ступени и плоскость шаровых пальцев кольцевого поршня первой ступени расположены под углом 90° друг к другу. Указанные поршни движутся в разные стороны, в результате чего их силы инерции взаимно уравновешиваются. Полости второй и первой ступеней соединены каналами, а объем воздушной камеры в два раза больше объема полости второй ступени. Несущий цилиндр является опорой двигателя и состоит из двух гильз, запрессованных одна на другую. В гильзах выполнены каналы, окна и отверстия, составляющие систему коммуникаций двигателя. Зарядный механизм состоит из камеры сгорания, фазовых колец с шаровыми пальцами, каналов и сопел. Камера сгорания крепится фланцем к несущему цилиндру и соединена впускными каналами с полостью второй ступени нагнетателя воздуха, эти каналы закрываются фазовым кольцом или шариками со сферическими седлами, выполняющими функции затвора. Выпускные каналы камеры сгорания также открываются фазовым кольцом. В стенке камеры сгорания выполнена рубашка жидкостного охлаждения. Кулисный барабан выполнен цилиндрическим, разъемным и установлен на несущем цилиндре на двух подшипниках. Обе части барабана фиксируются штифтами по периметру, а внутри барабана выполнены осевая сферическая кулиса привода поршней нагнетателя воздуха и две радиальные съемные кулисы привода топливных насос-форсунок, масляных насосов и прерывателя зажигания. Снаружи кулисного барабана установлена турбина привода двигателя, которая приводится в действие давлением выпускных газов через несколько каналов и сопел. При этом двигатель оборудован механизмом изменения степени сжатия, который состоит из двух гаек, навернутых на кулисный барабан и несущий цилиндр, и упорного кольца. 2 ил.

Двигатель, включающий в себя гильзы цилиндров, поршни, нагнетатель воздуха объемного типа, насос-форсунки, отличающийся тем, что он также включает в себя автономную камеру сгорания, в которой происходит детонационное сгорание топлива при постоянном объеме и в которую подается воздух при помощи нагнетателя воздуха объемного типа, кожух, зарядный механизм, кулисный барабан, турбину, мотор-генератор, зубчатый венец, топливный и масляный насосы, механизм изменения степени сжатия и систему охлаждения, при этом нагнетатель воздуха представляет собой двухступенчатый поршневой нагнетатель, который состоит из несущего цилиндра с поршнем второй ступени и установленной на несущем цилиндре воздушной камеры с кольцевым поршнем первой ступени, полости второй и первой ступеней соединены каналами, а объем воздушной камеры в два раза больше объема полости второй ступени, несущий цилиндр является опорой двигателя и состоит из двух гильз, запрессованных одна на другую, в гильзах выполнены каналы, окна и отверстия, составляющие систему коммуникаций двигателя, зарядный механизм состоит из камеры сгорания, фазовых колец с шаровыми пальцами, каналов и сопел, камера сгорания крепится фланцем к несущему цилиндру и соединена впускными каналами с полостью второй ступени нагнетателя воздуха, эти каналы закрываются фазовым кольцом или шариками со сферическими седлами, выполняющими функции затвора, выпускные каналы камеры сгорания открываются фазовым кольцом, в стенке камеры сгорания выполнена рубашка жидкостного охлаждения, кулисный барабан выполнен цилиндрическим, разъемным и установлен на несущем цилиндре на двух подшипниках, обе части барабана фиксируются штифтами по периметру, внутри барабана выполнены осевая сферическая кулиса привода поршней нагнетателя воздуха и две радиальные съемные кулисы привода топливных насос-форсунок, масляных насосов и прерывателя зажигания, снаружи кулисного барабана установлена турбина привода двигателя, которая приводится в действие давлением выпускных газов через несколько каналов и сопел, двигатель оборудован механизмом изменения степени сжатия, который состоит из двух гаек, навернутых на кулисный барабан и несущий цилиндр и упорного кольца, плоскость балки поршня второй ступени и плоскость шаровых пальцев кольцевого поршня первой ступени расположены под углом 90° друг к другу, указанные поршни движутся в разные стороны, в результате чего их силы инерции взаимно уравновешиваются.