РЕАКТИВНЫЙ ВАКУУМНО-КОМПРЕССИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F02K11/00 F02C6/08 F01B9/06 

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

Известны двигатели, в которых применены схемы с кривошипно-шатунным механизмом и продувкой цилиндров воздухом через продувочные окна в цилиндре и выпускные клапаны (Устройство и эксплуатация автомобилей, 1987, Высшая школа, Москва). Такие двигатели состоят из блока цилиндров, гильз цилиндров, поршней с шатунами, коленчатого вала с маховиком, головки блока, механизма газораспределения, систем питания топливом и воздухом, смазки, охлаждения. В основе этих двигателей лежит кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Несмотря на существенные усовершенствования в последнее время различных приборов и систем двигателей, предназначенных для управления и подачи топлива и воздуха в цилиндры двигателя полного сгорания и экологически чистого выброса отработавших газов в атмосферу пока не достигнуто. В известных двигателях не используются возможности получения дополнительной тепловой энергии за счет детонационного сгорания и более глубокого расщепления молекул применяемых топлив. Основной причиной являются сложности создания в двигателе с КШМ условий сгорания топлива и воздуха, которое происходило бы при постоянном объеме цилиндра и не зависело бы от положения поршня в цилиндре.

Техническим результатом изобретения является возможность создания экологически чистого двигателя, имеющего возможность работы на всех видах топлива.

Согласно изобретению реактивный вакуумно-компрессионный двигатель содержит корпус, поршни, движущиеся возвратно-поступательно, механизм газораспределения, системы подачи топлива, смазки, охлаждения и запуска двигателя. В корпусе на торцевых опорах и шариковых подшипниках расположен вращающий цилиндр с двумя поршнями двухстороннего действия, образующими с торцевыми головками три рабочие полости. Вращающий цилиндр состоит из двух гильз, напрессованных одна на другую, при этом на нем установлен фазовый диск и турбина. Из одной крайней полости поршень поочередно нагнетает воздух в две автономные камеры сгорания, работающие по четырехтактному циклу. Выходящий из камер сгорания поток газов вращает турбину и вращающий цилиндр, на котором она установлена. Поршни от проворачивания фиксируются скользящими шлицевыми консолями, закрепленными в корпусе и входящими в шлицевые отверстия крайних днищ поршней. На средней части поршней выполнены синусоидные сферические кулисы, в которые входят закрепленные во вращающем цилиндре шаровые пальцы, приводящие поршни в возвратно-поступательное движение. С торцов камер сгорания расположены плоские золотники с уплотнительными кольцами, сопряженные с торцевой поверхностью фазового диска и плоскостью, выполненной на торце турбины. В другую крайнюю полость вращающего цилиндра поршень всасывает воздух через шаровой золотник и сжимает его, затем уплотнительная обойма открывает отверстие канала, и сжатый воздух с критической скоростью вырывается наружу, создавая импульс реактивной силы тяги. В полости между поршнями при удалении их друг от друга создается вакуум. В конце хода поршней днище одного из поршня открывает окна во вращающем цилиндре и воздух снаружи по вакуумным каналам, выполненным в стенке вращающего цилиндра, с критической скоростью врывается в полость между поршнями. При этом снаружи возле входящих вакуумных каналов установлена сферическая чаша, в зоне которой создается вакуум, в результате чего возникает импульс реактивной силы тяги. При движении поршней навстречу друг другу воздух в полости между ними сжимается. В конце сжатия уплотнительная обойма открывает окна во вращающем цилиндре, и сжатый воздух с критической скоростью устремляется в расширительные каналы и сопла, создавая импульс реактивной силы тяги. Двигатель работает на всех видах топлива, в том числе и без антидетонационных присадок. В случае работы двигателя на обедненных смесях сгорание происходит при постоянном объеме камер сгорания, а в случае работы на обогащенных смесях происходит догорание топлива при продувке камер сгорания воздухом. Двигатель также может работать в детонационном режиме. Следует отметить, что благодаря особенностям работы двигателя рабочие процессы, происходящие в камерах сгорания, не зависят от положения поршней во вращающем цилиндре, кроме такта продувки и сжатия. Продувка камер сгорания воздухом происходит через два плоских золотника. Для охлаждения двигателя на периметре фазового диска установлен вентилятор.

В предлагаемом реактивном вакуумно-компрессионном двигателе импульсного типа приводной турбинный двигатель приводит в движение вакуумно-компрессионный движитель, т.е. механическая энергия турбины преобразуется в энергию разреженного и сжатого воздуха, который с критическими скоростями вылетает из поршневых полостей наружу и создает импульсы реактивной силы тяги. В приводном турбинном двигателе применены две автономные камеры сгорания, в которые крайним днищем одного из поршней поочередно нагнетается воздух. Две автономные камеры сгорания работают по четырехтактному циклу, при этом физико-химическая подготовка топлива и воздуха происходит за три хода поршня при постоянном объеме камер сгорания или в 8-10 раз дольше, чем в обычном ДВС. Процесс сгорания топлива не зависит от положения поршней в цилиндре, а также от октанового числа применяемого топлива и наличия в нем антидетонационных присадок, причем детонационное сгорание является предпочтительным. Двигатель, выполненный согласно изобретению, будет экологически чистым и безопасным в эксплуатации.

Изобретение поясняется фиг.1 и фиг.2.

Фиг.1 - устройство реактивного вакуумно-компрессионного двигателя.

Фиг.2 - схема фаз газораспределения приводного двигателя.

Реактивный вакуумно-компрессионный двигатель состоит из корпуса 1, вращающего цилиндра 2, двух поршней 3 двухстороннего действия, двух камер сгорания 4 и 5, плоских золотников 6, 7, 8 и 9, турбины 10, систем питания, зажигания, смазки, охлаждения и запуска двигателя. Вращающий цилиндр 2 состоит из двух гильз 11 и 12, напрессованных одна на другую, между которыми проходят воздушные и вакуумные каналы "а", в которых выполнены выпускные окна "в" и "м", и на которых установлены шаровые пальцы 13 и уплотнительная обойма 14 вакуумно-компрессионной полости "Н". Вращающий цилиндр 2 расположен на торцевых опорах 15 и шариковых подшипниках 16, установленных на шлицевых консолях 17, закрепленных в корпусе 1. Каждый поршень 3 состоит из днищ "Д" и "Д1". В днище "Д1" выполнено шлицевое отверстие, которым поршень 3 насажен и скользит вдоль шлицев консоли 17. На средней части поршня 3 выполнена синусоидная сферическая кулиса "К1". Поршни 3 выполняют функции нагнетателя воздуха. С торцов каждой камеры сгорания 4 и 5 полукруглого сечения расположены золотники 6, 7, 8 и 9 с уплотнительными кольцами 18, впускные "е" и выпускные "г" каналы, снаружи установлена форсунка 19 и свеча зажигания 20. Золотники 6, 7, 8 и 9 торцами скользят по плоскости фазового диска 21 и плоскости турбины 10. Турбина 10, на периметре которой размещены лопатки 22, расположена в кожухе 23 и установлена на вращающем цилиндре 2. В турбине 10 имеются газовые каналы "г1". Уплотнительная обойма 14 с двумя сферическими уплотнительными кольцами 24 закреплена на вращающем цилиндре 2 и сопряжена со сферической кольцевой поверхностью 25, выполненной в корпусе 1 и соединенной с расширительными каналами "р" и соплами 26. Днище "Д1" поршня 3 левой стороны и головка 27 образуют полость "Л" приводного двигателя, в которую через золотник 28 всасывается воздух, нагнетаемый поочередно через каналы “е” то в камеру сгорания 4, то в камеру сгорания 5. Днище "Д1" правого поршня 3 и головка 27 образуют полость "П", выполняющую функции реактивного компрессионного движителя. Поршень 3 всасывает в полость "П" воздух через уплотнительную обойму 29 с отверстием золотника 30 и сжимает воздух. Затем уплотнительная обойма 29 открывает отверстие 31 канала, и сжатый воздух с критической скоростью вылетает через сопло 32, создавая импульс реактивной силы тяги. Днища "Д" поршней 3, образующие большую полость "Н", выполняют функции реактивного вакуумно-компрессионного движителя. При удалении поршней 3 друг от друга полость Н увеличивается и в ней создается глубокий вакуум. Затем днище "Д" левого поршня 3 открывает вакуумные окна "ж" и воздух снаружи по вакуумным каналам "а" с критической скоростью врывается в полость "Н", переходя в состояние равновесия с вакуумом. Снаружи возле каналов "а" в зоне сферической чаши 33 создается вакуум, который вызывает импульс реактивной силы тяги. Топливный 34 и масляный 35 насосы приводятся в действие кулисой "К2", установленной на вращающем цилиндре 2. Вентилятор 36, установленный на фазовом диске 21, охлаждает двигатель, кроме того, при образовании вакуума в полости "Н" температура также понижается. Для запуска двигателя служит шестерня 37, установленная на турбине 10.

Реактивный вакуумно-компрессионный двигатель согласно изобретению работает следующим образом.

В двигателе днище "Д1" поршня 3 полости "Л", каналы "е", "г", камеры сгорания 4 и 5, турбина 10 выполняют функции приводного турбинного двигателя внутреннего сгорания. Днища "Д" поршней 3, полость "Н", фазовая уплотнительная обойма 14, расширительные каналы "р", сопла 26, вакуумные каналы "а", окна "ж", сферическая чаша 33 выполняют функции вакуумно-компрессионного движителя. Днище "Д1" поршня 3, полость "П" с уплотнительной обоймой 29, золотником 30, отверстием 31, соплом 32 выполняют функции реактивного компрессионного движителя.

1-й ход поршней 3. Поршни 3 движутся от головок 27 к центру полости "Н". В полости "Л" через золотник 28 происходит всасывание воздуха. В полости "П" отверстие 28 закрывается, и происходит процесс всасывания воздуха через золотник 30. В полости "Н" окна "ж" закрываются, происходит процесс сжатия воздуха со степенью сжатия 10 единиц. В камере сгорания 4 продолжается физико-химическая подготовка топлива, а в камеру сгорания 5 подается электрическая искра, и происходит процесс сгорания смеси и расширения газов. Затем открывается золотник 9, и газы со скоростью выше критической вылетают через каналы "г" и "г1" к лопаткам 22 турбины 10. При подходе поршней 3 к центру полости "Н" уплотнительная обойма 14 открывает выпускные окна "м", и сжатый воздух с критической скоростью по каналам "р" через сопла 26 вылетает наружу, создавая импульс реактивной силы тяги.

2-й ход поршней 3. Поршни 3 движутся от центра полости "Н". Обойма 8 закрывает окна "м", окна "ж" перекрываются одним из поршней 3, происходит процесс создания вакуума. В полости "Л" происходит процесс сжатия воздуха и нагнетание его в камеру сгорания 5, золотники 7 и 9 приоткрыты, происходит продувка воздухом камеры сгорания 5 от остатков сгоревшей смеси. Затем золотник 9 закрывается, продолжается сжатие воздуха в камере сгорания 5. В камере сгорания 4 продолжается физико-химическая подготовка топлива. В полости "П" обойма 29 открывает отверстие 31, и сжатый воздух с критической скоростью вылетает через сопло 32 наружу, создавая импульс реактивной силы тяги. В полости "Н" образовался глубокий вакуум, в это время левый поршень 3 кромкой днища "Д" открывает окна "ж", воздух снаружи через каналы "а" с критической скоростью врывается в полость "Н", где происходит процесс перехода в равновесие вакуума и атмосферного давления. В зоне сферической чаши 33 создается вакуум, который вызывает импульс реактивной силы тяги, векторы всех трех реактивных сил тяги совпадают по направлению.

3-й ход поршней. Поршни 3 движутся от головок 27 к центру полости "Н", в которой происходит процесс сжатия воздуха. В камеру сгорания 4 подается электрическая искра, происходит сгорание смеси, давление газов максимальное, открывается золотник 8 и газы со скоростью выше критической устремляются к лопаткам 22 турбины 10 и вращают ее.

Золотники 7 и 9 закрыты, в камере сгорания 5 протекает физико-химическая подготовка топлива. В полостях "Л" и "П" происходит процесс всасывания воздуха. При подходе поршней 3 к центру полости "Н" открываются выпускные окна "м", и сжатый воздух с критической скоростью через сопла 26 вылетает наружу, создавая импульс реактивной силы тяги.

4-й ход поршней 3. Поршни 3 движутся от центра полости "Н" к головкам 27. В полости "Л" воздух сжимается и нагнетается в камеру сгорания 4, золотники 6 и 8 приоткрыты, происходит продувка камеры сгорания 4 воздухом. Затем золотник 8 закрывается, продолжается процесс сжатия воздуха. В полости "П" отверстие 31 закрыто уплотнительной обоймой 29, и происходит сжатие воздуха. Полость "Н" увеличивается, окна "м" и "ж" закрыты, в результате в полости "Н" происходит процесс образования глубокого вакуума. При подходе поршней к головкам 27 закрывается золотник 6, и в камеру сгорания 4 впрыскивается топливо, начинается процесс физико-химической подготовки топлива и воздуха к сгоранию. В полости "П" открывается отверстие 31, и сжатый воздух через сопло 32 выбрасывается наружу, образуя импульс реактивной силы тяги. В полости "Н" создается вакуум и процесс повторяется.

В приводном реактивном двигателе рабочим телом является воздух и газы сгоревшей смеси, в полостях "Н" и "П" рабочим телом является воздух. В камерах сгорания 4 и 5 степень сжатия равна 10 единицам. Процесс физико-химической подготовки топлива и воздуха в камерах сгорания 4 и 5 происходит в течение трех ходов поршней 3. Двигатель работает на бензине, керосине, дизельном топливе, нефти, без антидетонационных присадок. Сгорание смеси в камерах сгорания 4 и 5 происходит при постоянном объеме и не зависит от положения поршней 3 в цилиндре 2, кроме такта продувки и сжатия. Двигатель работает на обедненных смесях, экологически чистый, в случае работы на обогащенных смесях догорание топлива происходит при продувке камер сгорания 4 и 5 воздухом. Несколько модулей двигателя могут быть объединены в кассету с целью создания более мощного двигателя. Двигатель может быть применен на автомобилях в качестве реактивной тяги и при их торможении.

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено на наземном транспорте и летательных аппаратах. Техническим результатом изобретения является возможность создания экологически чистого реактивного двигателя, имеющего возможность работы на всех видах топлива. Согласно изобретению двигатель содержит корпус, поршни, движущиеся возвратно-поступательно, механизм газораспределения, системы подачи топлива, смазки, охлаждения и запуска двигателя. В корпусе расположен вращающий цилиндр с двумя поршнями двухстороннего действия, образующими с торцевыми головками три рабочие полости. Из одной крайней полости поршень поочередно нагнетает воздух в две автономные камеры сгорания, работающие по четырехтактному циклу. Выходящий из камер сгорания поток газов вращает турбину и вращающий цилиндр, на котором она установлена. На средней части поршней выполнены синусоидные сферические кулисы, в которые входят закрепленные во вращающем цилиндре шаровые пальцы, приводящие поршни в возвратно-поступательное движение. В другую крайнюю полость вращающего цилиндра поршень всасывает воздух, затем сжимает его, и сжатый воздух с критической скоростью вырывается наружу, создавая импульс реактивной силы тяги. В полости между поршнями, при удалении их друг от друга, создается вакуум, который по вакуумным каналам передается к сферической чаше, выполненной снаружи корпуса двигателя, в результате чего возникает импульс реактивной силы тяги, а полость между поршнями заполняется воздухом. При движении поршней навстречу друг другу воздух в полости между ними сжимается, в конце сжатия открываются окна во вращающем цилиндре, и сжатый воздух с критической скоростью устремляется в расширительные каналы и сопла, создавая импульс реактивной силы тяги. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реактивный вакуумно-компрессионный двигатель, содержащий корпус, поршни, движущиеся возвратно-поступательно, механизм газораспределения, системы подачи топлива, смазки, охлаждения и запуска двигателя, отличающийся тем, что в корпусе на торцевых опорах и шариковых подшипниках расположен вращающий цилиндр с двумя поршнями двухстороннего действия, образующими с торцевыми головками три рабочие полости, из одной крайней полости поршень поочередно нагнетает воздух в две автономные камеры сгорания, работающие по четырехтактному циклу, выходящий из камер сгорания поток газов вращает турбину и вращающий цилиндр, на котором она установлена, поршни от проворачивания фиксируются скользящими шлицевыми консолями, закрепленными в корпусе и входящими в шлицевые отверстия крайних днищ поршней, на средней части поршней выполнены синусоидные сферические кулисы, в которые входят закрепленные во вращающем цилиндре шаровые пальцы, приводящие поршни в возвратно-поступательное движение, с торцов камер сгорания расположены плоские золотники с уплотнительными кольцами, сопряженные с торцевой поверхностью фазового диска и плоскостью, выполненной на торце турбины, в другую крайнюю полость вращающего цилиндра поршень всасывает воздух через шаровой золотник и сжимает его, затем уплотнительная обойма открывает отверстие канала и сжатый воздух с критической скоростью вырывается наружу, создавая импульс реактивной силы тяги, в полости между поршнями при удалении их друг от друга создается вакуум, днище поршня открывает окна во вращающем цилиндре и воздух снаружи по вакуумным каналам, выполненным в стенке вращающего цилиндра, с критической скоростью врывается в полость между поршнями, снаружи возле входящих вакуумных каналов установлена сферическая чаша, в зоне которой создается вакуум, в результате чего возникает импульс реактивной силы тяги, при движении поршней навстречу друг другу воздух в полости между ними сжимается, в конце сжатия уплотнительная обойма открывает окна во вращающем цилиндре и сжатый воздух с критической скоростью устремляется в расширительные каналы и сопла, создавая импульс реактивной силы тяги, двигатель работает на всех видах топлива, в том числе и без антидетонационных присадок, в случае работы двигателя на обедненных смесях сгорание происходит при постоянном объеме камер сгорания, а в случае работы на обогащенных смесях происходит догорание топлива при продувке камер сгорания воздухом.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вращающий цилиндр состоит из двух гильз, напрессованных одна на другую.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что фазовый диск установлен на вращающем цилиндре.4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочие процессы, происходящие в камерах сгорания, не зависят от положения поршней во вращающем цилиндре, кроме такта продувки и сжатия.5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что продувка камер сгорания воздухом происходит через два плоских золотника.6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он может работать в детонационном режиме.7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для охлаждения двигателя на периметре фазового диска установлен вентилятор.