ТОРОВО-РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F02B55/02 F01C9/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) для силовых установок воздушной, наземной и подводной техники, гражданского и военного назначения, в частности для получения электроэнергии за счет тепловой энергии при сжигании в ДВС водорода, получаемого при разложении воды (см. патент России №2456377). Согласно изобретению водородный двигатель-генератор может быть спроектирован на любую мощность и использован повсеместно непосредственно на месте потребления электроэнергии, а также согласно патенту России №2380733 в транспортных средствах.

Известные устройства такого типа имеют сложные механические устройства для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение нагрузки, что приводит к повышению их весовых и габаритных характеристик, отнесенных к единице передаваемой мощности, низкому ресурсу работы и как следствие не высокому КПД.

Известен торово-роторный ДВС (см. заявку №2012147555), в котором угловые перемещения цилиндров и поршней преобразуются во вращательные движения нагрузки. Недостатком устройства является высокая себестоимость изготовления.

Целью изобретения является снижение себестоимости, повышение КПД и ресурса работы.

Согласно изобретению торово-роторный двигатель внутреннего сгорания содержит один или несколько механически связанных между собой поршней, одновременно совершающих угловые возвратно-поступательные движения вдоль образующих торообразных цилиндров, образованных из торового объема путем разделения торового объема с помощью герметично радиально установленных межцилиндровых перегородок на равные объемы, при этом возвратно-поступательные движения поршней передаются нагрузочному трубчатому валу, связанному с храповыми механизмами правого и левого вращения, которые далее передают нагрузку на два соосно расположенных с противоположным вращением выходных вала. На плоскостях межцилиндровых перегородок установлены свечи зажигания. Торообразные цилиндры в области межцилиндровых перегородок имеют камеры сгорания, объем которых зависит от длины рабочих ходов поршней. В камерах сгорания установлены противоположно направленные клапана подачи газов.

Поставленные цели достигаются тем, что в корпусе 1 (см. фиг 1, 2, 3) образован объем 11, представляющий собой торовую полость. Цилиндры образованы за счет деления с помощью перегородок 10 этой полости, например, на четыре равных объема. На плоскостях перегородок 10 установлены свечи зажигания 12. В каждом цилиндре имеется поршень 2, на одной стороне которого размещена камера сгорания 8 правого перемещения поршня на некоторый угол и камера сгорания 9 левого перемещения поршня, содержащие клапана подачи газов, например водорода и кислорода. Все поршни механически связаны с помощью нагрузочного вала 3, имеющего трубчатую форму, поэтому имеют возможность одновременного перемещения. Или под действием энергии, выделяемой от продуктов сгорания, например водорода, совместно совершают угловые возвратно-поступательные движения по круговой траектории. Энергия угловых перемещений вала 3 посредством храповых механизмов 4, 6 правого вращения и левого вращения преобразовывается в энергию вращательных движений нагрузочных валов 5 и 7, вращающихся в противоположные стороны (см. И.И. Артоболевский. Механизмы в современной технике, том 3, «наука», Москва 1973, стр. 317, эскиз 384). У храповых механизмов 4, 6 расположение зубьев на дисках определяет вращение валов 5, 7 за счет поджимных пружин 14 в противоположные стороны. При вращении ведущих дисков в обратном направлении в результате изменения углового поворота они за счет шпонок 16 выходят поочередно из зацепления с ведущими дисками, в результате чего вращательная энергия поочередно взаимодействует с каждым выходным валом, вращая их в противоположные стороны. Все валы с целью повышения КПД механически связаны друг с другом и корпусом подшипниками 15 качения. С целью совмещения силы сжатия пружин 14 с противодействующей силой пружины 14 могут размещаться в местах действия противодействующих сил, при этом вместо шпонок используются две подвижные относительно оси трубки 18, 19, механически связанные с точками действия противодействующих сил.

Устройство работает аналогично известным двигателям внутреннего сгорания. При одновременной подаче водорода и кислорода в рабочие зоны камер сгорания 8 сжатия гремучей смеси и ее воспламенения происходит одновременное перемещение поршней на некоторый угол по часовой стрелке. Перемещение поршней происходит в обратную сторону, пока не откроются выхлопные отверстия 17. Это перемещение посредством нагрузочного вала 3 и храпового механизма 4 передается выходному валу 5, который во время движения поршней по часовой стрелке передает механическую энергию нагрузке. При этом в рабочих зонах камер 9 происходит сжатие рабочей смеси. При воспламенении рабочей смеси рабочий ход поршней 2 происходит в обратную сторону, при этом нагрузка аналогично передается через нагрузочный вал 3 храповому механизму 6 и выходному трубчатому валу 7, который во время перемещения поршней влево передает механическую энергию обратного по отношению вала 5 вращения. После чего процесс повторяется. Таким образом, из описания работы устройства и его конструкции видно, что оно может содержать от одной пары взаимодействующих цилиндра с поршнем элемента до нескольких пар.

Так как выходом устройства являются два полых соосно расположенных вала, имеющих противоположное вращение, то устройство может использоваться в качестве безредукторного привода сосной несущей системы вертолета. Совместное использование предлагаемого устройства с устройством по Российскому патенту №2380733 позволяет, например, создать высокоэффективное, экологически чистое, с низкой себестоимостью транспортное средство нового поколения, в котором вместо углеродного топлива, например бензина, используется вода. Использование устройства в качестве электростанции, топливом которой является вода, открывает путь к безуглеводородной энергетике. Устройство также может быть использовано для местного энергоснабжения как индивидуальных домов, так и целых поселков.

Изобретение относится к области двигателестроения. Торово-роторный двигатель внутреннего сгорания содержит один или несколько механически связанных между собой поршней. Поршни одновременно совершают угловые возвратно-поступательные движения вдоль образующих торообразных цилиндров, образованных из торового объема путем разделения торового объема с помощью герметично радиально установленных межцилиндровых перегородок на равные объемы. Возвратно-поступательные движения поршней передаются нагрузочному трубчатому валу. Вал связан с храповыми механизмами правого и левого вращения, которые далее передают нагрузку на два соосно расположенных с противоположным вращением выходных вала. На плоскостях межцилиндровых перегородок установлены свечи зажигания. Цилиндры в области межцилиндровых перегородок имеют камеры сгорания, объем которых зависит от длины рабочих ходов поршней. В камерах сгорания установлены противоположно направленные клапана подачи газов. Техническим результатом является снижение себестоимости на единицу выпускаемой мощности, повышение КПД и ресурса работы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Торово-роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий один или несколько механически связанных между собой поршней, одновременно совершающих угловые возвратно-поступательные движения вдоль образующих торообразных цилиндров, образованных из торового объема путем разделения торового объема с помощью герметично радиально установленных межцилиндровых перегородок на равные объемы, при этом возвратно-поступательные движения поршней передаются нагрузочному трубчатому валу, связанному с храповыми механизмами правого и левого вращения, которые далее передают нагрузку на два соосно расположенных с противоположным вращением выходных вала.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на плоскостях межцилиндровых перегородок установлены свечи зажигания.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что торообразные цилиндры в области межцилиндровых перегородок имеют камеры сгорания, объем которых зависит от длины рабочих ходов поршней.

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что в камерах сгорания установлены противоположно направленные клапана подачи газов.