УСТРОЙСТВО ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕСШАТУННОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ПЫЛЕВИДНОМ ТОПЛИВЕ Российский патент 2010 года по МПК F02B45/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания без кривршипно-шатунного механизма и работающего на пылевидном топливе.

Известны конструкции (Журнал "Изобретатель и рационализатор, №5, 1983 г., стр.37) двс, содержащие поршень, блок цилиндров, камеру сгорания, в которую в качестве топлива поступает угольная пыль.

Недостаток - частички угольного топлива интенсифицируют процесс износа деталей цилиндро-поршневой группы двс.

Наиболее близким аналогом является устройство (А.с. СССР №1657596, 02 В 45/02) двс, содержащее поршень, головку блока, блок цилиндров, вихревую и надпоршневую камеры сгорания, форсунку.

Недостаток - интенсивно изнашиваются трущиеся сопряжения "поршень - гильза" из-за наличия несгоревшего пылевидного топлива в отработавших газах.

Цель изобретения - создание двигателя внутреннего сгорания (двс) без кривошипно-шатунного механизма и расширение номенклатуры применяемых пылевидных топлив, имеющих как органическое происхождение, так и неорганическое происхождение.

Поставленная цель достигается за счет того, что компрессор соединен с трубой Ранке, из которой по трубопроводу охлажденный воздух отводится в пневмотеплообменник, отводящий трубопровод которого соединен с всасывающим фильтром компрессора, а по отводящему трубопроводу горячий воздух поступает в рессивер, который соединен трубопроводом через пневмовиброоживитель, дозатор с бункером, в камере сгорания между блоком двигателя, гильзой блока и головкой герметична закреплена диафрагма, изготовленная из листовой жаропрочной стали, имеющая форму пустотелого диска для циркуляционной охлаждающей жидкости, причем при деформации диафрагма плотно прилегает к поверхности вогнутой формы, имеющейся в гильзе двигателя, камера сгорания через трубопровод, сепаратор, обратный клапан соединена с наддиафрагменным пространством главного пневмоаккумулятора, выпускной трубопровод которого соединен через кран с пневмотурбиной, на ведущем валу которой находится соединительная муфта, а через выпускной клапан, трубопровод, сепаратор, обратный клапан соединена с пневмоаккумулятором, выходной трубопровод которого соединен с другой турбиной, и ведущий вал соединен с ведущим валом редуктора, имеющего рычаг переключения изменения частоты вращения ведомого вала промежуточной шестерни и шестерни распредвала.

Технический результат достигается за счет:

- отсутствия кривошипно-шатунного механизма,

- применение трубы Ранке,

- использование диафрагмы пустотелой круглой формы, охлаждаемой охлаждающей жидкостью,

- применение пылевидного топлива, получаемого из различного вида материалов,

- применение редуктора с возможностью изменения частоты вращения его ведомого вала.

На фиг.1 - Схема двигателя внутреннего сгорания, работающего на пылевидном топливе, фиг.2 - Схема устройства пневмоаккумулятора с рубашкой охлаждения, фиг.3 - Схема расположения кулачков на распредвале, фиг.4 - Схема устройства пустотелой из листовой стали круглой формы диафрагмы, фиг.5, фиг.6 предлагаются для автореферата.

Устройство состоит из блока цилиндров 1 двигателя, гильз 2 блока цилиндров, выполненных в виде полуовальной сферической формы, образующих с блоком цилиндров рубашку 3 охлаждения, диафрагмы 4, предназначено и для удаления отработавших газов с камеры сгорания 5, и сжатия аэрозоля, образованного сжатым горячим воздухом и горючей пылью с заданными размерами частиц, изготовленной из листовой жаропрочной ч стали, имеющей форму пустотелого диска для циркулирующей охлаждающей жидкости 6 (например, тосол, вода и так далее), головки 7 блока цилиндров, имеющей рубашку охлаждения и предназначенной для: образования камеры сгорания 5, сжигания аэрозоли 24, причем концентрация пыли в аэрозоли 24 в зависимости от режима работы двигателя 8 изменяют в диапазоне от нижнего предела воспламенения до его стехиометрического состояния; размещения выпускного клапана 9 для выпуска отработавших газов, трубопровода 10 соединяющего форсунки 15 с рессивером 11, в котором образуется аэрозоль, трубопровода 12, соединяющего камеру сгорания 5 через сепаратор 29 с главным пневмоаккумулятором 13, трубопроводом 14, соединяющим камеру сгорания 5 с сепаратором 20 для отделения несгоревших частиц пыли от продуктов сгорания, форсунок (инжекторов) 15 для подачи аэрозоли 24 в камеру сгорания 5, запальных, например, электроустройств 16 для поджигания аэрозольного топлива 24, трубы Ранке 17 для разделения воздушного потока с компрессора 19 и разделения его на: холодный поток с минусовой температурой, поступающей по трубопроводу 54 в пневмотеплообменник 26 и горячий поток с плюсовой температурой, поступающий по трубопроводу 60 в рессивер 11, предназначенный для создания аэрозоли 24, состоящей из горячего сжатого воздуха и горючей пыли, поступающей с трубопровода 27 от пневмовиброоживителя 18, сепаратора в 20 и 29, бункера 21 для хранения размельченной горючей пыли, дозатора 22 для отбора пыли с заданными размерами частичек трубопровода 23 для соединения компрессора 19 с пневмовиброоживителем 18, мельницы 25, пневмотеплообменника 26 для охлаждения охлаждающей жидкости 6, в системе охлаждения 28, трубопровода 27 для соединения сепараторов 20 и 29 с бункером 21, расходного крана 30 для регулирования частоты вращения ведущего вала 32 отбора мощности, пневмотурбины 31, электрогенератора 33, отводящего трубопровода 34 отработавших газов с пневмотурбины 31, пневмоаккумулятора с рубашкой охлаждения, 37 для отработавших газов, маховика 36, диафрагмы 38 листовой жаропрочной стали, пружины 39, упоров 40, обратного клапана 4 предохранительного клапана 42, пневметурбины 43 электрогенератора 44, редуктора 45 шестеренчатого типа с рычагом 46 изменения частоты вращения ведомого вала 47 и предназначенного для установления при неработающем двигателе 8 интенсивности прохождения (работы) всех циклов двигателя, шестерни 48 привода распредвала 52, кулачка 53 для привода форсунок (инжекторов) 15, кулачка 50 для открывания выпускного клапана 9, шестерни 51 для привода ротора запального устройства, соединительной муфты 55, манометра 56, маховика 57, электростартера 58, крана 59, баллона 61 для хранения сжатого воздуха, пружины 62 возврата диафрагмы 4 в исходное положение, упоров 63, манометров 64 и 65, шкива 66 для привода компрессора 19, обратного клапана 67, регулятора 68 интенсивности расхода газов из пневмоаккумулятора 35, отверстий 69 - по периметру диафрагмы 4 для ее крепления, упоров 70 с полусферическими головками, нижней стороны 71 диафрагмы 4 для соприкосновения с полуовальной сферической формы поверхностью гильзы блока, штока 72, верхней стороны 73 диафрагмы 4, воспринимающей усилие от давления горения пылевидного топлива в камере сгорания, зазора 74, промежуточной шестерни 49.

Работа двигателя 8 на пылевидном топливе. Полностью закрывают кран расхода 30. Выключают соединительную муфту 55. Устанавливают рычаг 46 частоты вращения ведомого вала 47 в одно из требуемых положений. Бункер 21 заполняют размельченной горючей пылью. Открывают расходный вентиль 59. К электростартеру 58 подают напряжение. Синхронно:

- сжатый воздух из баллона 61 через кран 59 поступает в трубу Ранке, на выходе с которой разделяется на горячий сжатый воздух, поступающий по трубопроводу 60 в рессивер 11 и холодный с минусовой температурой, поступающий по трубопроводу 54 в пневмотеплообменник 26, и далее направляется во всасывающее устройство компрессора 19;

- с бункера 21 горючая пыль подается в дозатор 22, откуда крупные частички пыли направляют по трубопроводу в мельницу 25, а после их размельчения подают обратно в бункер 21. Частички пыли с требуемыми размерами с дозатора 22 подают в пневмовиброоживитель 18, а из него в рессивер 11, где сжатым воздухом образуется аэрозоль 24, которая по трубопроводу 10 поступает к форсункам (инжекторам) 15;

- электростартер 58 через маховик 57 с зубчатым венцом по периметру вращает ведущий вал 32, шестерню 48, распредвал 52, кулачки 50, 53, шестерню 51.

Первый такт двигателя 8 - наполнение камеры сгорания 5 аэрозолью 24 - это происходит в момент привода кулачком 53 рабочих элементов в форсунках 15, из-за чего аэрозоль 24 из рессивера 11 поступает под давлением в камеру сгорания 5. Заполняется объем, деформируется диафрагма 4, сжимая пружину возврата 32. После заполнения камеры сгорания 5 диафрагма 4 плотно прилегает к поверхности (вогнутой формы) гильзы 2. Дальнейшее вращение распредвала 52 и кулачка 53 приведет в нерабочее состояние форсунок (эжекторов) 15. Процесс наполнения камеры 5 аэрозолью 24 закончен.

Второй такт двигателя 8 - сжатие находящейся аэрозоли 24 в камере сгорания 8. Это достигается упругостью пружины 62, воздействующей на нижнюю сторону 71 диафрагмы 4.

Третий такт двигателя 8 - сгорание аэрозоли 24 в камере сгорания 5. Это происходит в момент вращения шестерней 51 ротора, имеюшегося в запальном устройстве 16. Учитывая, что запальные устройства расположены по всему периметру камеры сгорания 5, аэрозоль 24 поджигают мгновенно. Увеличивается давление расширяющихся газов. Горение преобразуется в взрыв.

Четвертый такт двигателя 8 - выпуск расширившихся газов и продукт сгорания из камеры сгорания 5. Обладая большим избытком давления, расширившиеся газы по трубопроводу 12 поступают в сепаратор 29. Происходит отделение несгоревших продуктов. Перемещаясь дальше, они открывают обратный клапан 41 и заполняют наддиафрагменное пространство, деформируя диафрагму 38 и пружину 39 в главном пневмоаккумуляторе 13. При наличии давления в наддиафрагменном пространстве, определяемого по манометру 56, выполняют нижеследующие работы:

- включают соединительную муфту 55, плавно открывают кран 30, закрывают вентиль 59, отключают подачу напряжения к стартеру 58. Пройдя через кран 30, расширяющиеся газы воздействуют на лопатки ведущего колеса пневмотурбины 31, а затем по трубопроводу 34 выходят в окружающую среду. Пневмотурбина преобразует энергию расширившихся газов в механическую энергию. Ведущий вал вращается. Электрогенератор 33 вырабатывает электроэнергию для потребителя.

При уравновешивании давления газов в камере сгорания 5 и надпоршневом пространстве пневмоаккумулятора 13 обратный клапан 41 под воздействием своей пружины закрывается. Синхронно с этим вращающийся кулачок 50 открывает выпускной клапан 9. Расширившиеся газы из камеры сгорания 5 по трубопроводу 14 через сепаратор 20, обратный клапан 67, пневмоаккумулятор 35, регулятор 68, который заранее отрегулирован на такой расход газа из пневмоаккумулятора 35, чтобы работа турбины 43 не прерывалась по причине отсутствия сжатого газа в пневмоаккумуляторе 35, сопло (не показано) поступают на лопатки ведущего колеса пневмотурбины 43. Генератор 44 работает. Газы пройдя, через турбину 43, поступают в окружающую среду.

Это продолжается до тех пер пока диафрагма 4 под воздействием пружины 62 не соприкаснется с упорами 63. Клапаны 9 и 67 закроются. Имеющиеся газы в пневмоаккумуляторе 35 будут обеспечивать работу турбины 43.

Ведущий вал 32, распределительный вал 52, кулачки 50, 53, шестерня 51, шкив 66 привода компрессора 19 продолжают вращаться.

Для прекращения работы двигателя 8 герметично закрывают кран 30. Следующий запуск двигателя 8 можно осуществлять и без применения стартера 58, если в главном пневмоаккумуляторе 13 имеется под избыточным давлением газы из камеры сгорания 5.

Учитывая, что двс 8 без кривошипно-шатунного механизма и не регламентировано число оборотов ведущего вала 32, при котором происходят все четыре такта, предусмотрен редуктор 45 с рычагом 46, который осуществляет связь между началом работы всех циклов двс в зависимости от числа оборотов ведущего вала 32 через промежуточную шестерню 49.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма, работающих на пылевидном топливе, и может быть использовано для тяговых двигателей транспортных средств. Изобретение позволяет создать двигатель без кривошипно-шатунного механизма и расширить номенклатуру применяемых пылевидных топлив, имеющих как органическое, так и неорганическое происхождение. Устройство четырехтактного бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, работающего на пылевидном топливе, состоит из блока цилиндров, гильзы блока цилиндров, камеры сгорания, электростартера, сепаратора и форсунки. Устройство также снабжено главным пневмоаккумулятором, запальным устройством, ресивером, соединенным с форсункой, компрессором, соединенным с трубой Ранке для разделения воздушного потока на холодный поток, поступающий по трубопроводу в пневмотеплообменник, и горячий поток, поступающий по трубопроводу в ресивер, соединенный трубопроводом через дозатор с бункером. Отводящий трубопровод соединен с всасывающим фильтром компрессора. В камере сгорания между блоком двигателя гильзой блока и головкой герметично закреплена диафрагма, изготовленная из листовой жаропрочной стали и имеющая форму пустотелого диска для циркуляционной охлаждающей жидкости. При деформации диафрагма плотно прилегает к поверхности вогнутой формы, имеющейся в гильзе двигателя. Камера сгорания через трубопровод, сепаратор и обратный клапан соединена с наддиафрагменным пространством главного пневмоаккумулятора, выпускной трубопровод пневмоаккумулятора соединен через кран с пневмотурбиной. На ведущем валу пневмотурбины находится соединительная муфта. Выходной трубопровод пневмоаккумулятора соединен с другой турбиной. Ведущий вал соединен с ведущим валом редуктора, имеющего рычаг переключения изменения частоты вращения ведомого вала промежуточной шестерни и шестерни распредвала. 6 ил.

Устройство четырехтактного бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, работающего на пылевидном топливе, состоящее из блока цилиндров, гильзы блока цилиндров, камеры сгорания, электростартера, сепаратора и форсунки, отличающееся тем, что снабжено главным пневмоаккумулятором, запальным устройством, ресивером, соединенным с форсункой, компрессором, соединенным с трубой Ранке для разделения воздушного потока на холодный поток, поступающий по трубопроводу в пневмотеплообменник, и горячий поток, поступающий по трубопроводу в ресивер, соединенный трубопроводом через дозатор с бункером, причем отводящий трубопровод соединен с всасывающим фильтром компрессора, в камере сгорания между блоком двигателя, гильзой блока и головкой герметично закреплена диафрагма, изготовленная из листовой жаропрочной стали и имеющая форму пустотелого диска для циркуляционной охлаждающей жидкости, при деформации диафрагма плотно прилегает к поверхности вогнутой формы, имеющейся в гильзе двигателя, камера сгорания через трубопровод, сепаратор и обратный клапан соединена с наддиафрагменным пространством главного пневмоаккумулятора, выпускной трубопровод пневмоаккумулятора соединен через кран с пневмотурбиной, на ведущем валу пневмотурбины находится соединительная муфта, выходной трубопровод пневмоаккумулятора соединен с другой турбиной, ведущий вал соединен с ведущим валом редуктора, имеющего рычаг переключения изменения частоты вращения ведомого вала промежуточной шестерни и шестерни распредвала.