Турбодвигатель внутреннего сгорания Российский патент 2019 года по МПК F02B75/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к моторостроению.

Из существующего уровня техники известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, включающий: корпус двигателя, корпусы рабочих камер, поршни, кривошипно-шатунный механизм, коленчатый вал, клапан впускной, клапан выпускной, устройство открытия впускного и выпускного клапанов, пружины закрытия клапанов, систему питания, систему зажигания, систему охлаждения.

Недостатки двигателя.

1. Низкая производительность двигателя. Известно, что для совершения полного оборота вала двигателя, необходимо провести восемь ходов поршня, из которых только два являются рабочими, т.е. осуществляющими вращение вала за счет мощности расширяющейся после взрыва горючей смеси и создающими крутящий момент вала. Остальные шесть проходов поршня: всасывание, сжатие и вывод отработанного газа проводятся за счет набранной инерции маховика и не влияют на величину крутящего момента вала, что снижает производительность двигателя.

2. Передача мощности от взрыва горючей смеси на вал через поршень и кривошипно-шатунный механизм, а так же введение необходимой смазки его шарнира, усложняют конструкцию двигателя.

3. При выведении поршнем отработанного газа из рабочей камеры, часть его остается в камере сгорания и смешивается с вновь поступившей порцией горючей смеси, снижает ее качество, уменьшая этим мощность взрыва.

4. Устройство открытия впускного и выпускного клапанов, усложняет конструкцию двигателя.

Так же известен используемый в авиастроении турбовинтовой двигатель АИ20, включающий: корпус двигателя, вал, компрессор работающий от вала, турбину, камеру сгорания.

Недостаток двигателя: выходящий из камеры сгорания расширяющийся газ воздействует на турбину широким несконцентрированным потоком, в результате часть потока проходит мимо лопастей турбины и не воздействуя на них теряет до 10% своей мощности. (Данные интернет). Что не экономично.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в реализации изделия, отвечающего современным требованиям экономичности, производительности, упрощению конструкции, снижению металлоемкости.

Данная задача решается за счет того, что заявленное изобретение: Турбодвигатель внутреннего сгорания, включающий: корпус двигателя, крышку корпуса двигателя, корпусы рабочих камер, вал, турбину, клапан впускной, клапан выпускной, компрессор работающий от вала двигателя, устройство открытия впускного клапана, устройство открытия выпускного клапан, пружины закрытия клапанов, систему питания, систему зажигания, систему охлаждения; корпусы рабочих камер могут быть выполнены коническими, осевые конусов рабочих камер могут быть направлены по касательной к окружности вращения центра лопастей турбины, турбина может быть выполнена с переключателем, открытие впускного клапана может осуществляться за счет разности давления, возникающей в рабочих камерах во время работы двигателя, открытие выпускного клапана может осуществляться переключателем турбины.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является упрощение конструкции, повышение производительности, повышение экономичности, снижение металлоемкости. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг 1 - главный вид,

на фиг 2 - вид сбоку,

на фиг 3 - выноска I на фиг 2,

на фиг 4 - выноска II на фиг 2.

на фиг 5 - вид А на фиг 1,

на фиг 6 - схема подачи искры.

Турбодвигатель включает: корпус двигателя 1 (фиг 1), крышку корпуса двигателя 2 (фиг 2), корпусы рабочих камер 3 (фиг 1), турбину 4 (фиг 1), лопасти турбины 5 (фиг 1), переключатели 6 (фиг 1), вал 7 (фиг 1), впускной клапан 13 (фиг 2), пружины закрытия 9 (фиг 3), штоки 10 (фиг 5), рычаги 11 (фиг 1), фиксаторы 12 (фиг 3), выпускной клапан 8 (фиг 3), корпусы 14 (фиг 4), заглушки 15 (фиг 4), пружины закрытия 16 (фиг 4), штоки 17 (фиг 4), компрессор 18 (фиг 2), привод 19 (фиг 2), напорный трубопровод 20 (фиг 1), трубу выхлопную 21 (фиг 1), свечи зажигания 22 (фиг 1), бегунок 23 (фиг 6), контакты рабочих камер 24 (фиг 6), контакт бегунка 25 (фиг 6), шпонку 26 (фиг 2), полости для охлаждающей жидкости 27 (фиг 1)„ манометр 28 (фиг 2).

Работает устройство следующим образом.

Включив зажигание и стартер, вал 7 передает крутящий момент через привод 19 на компрессор 18, создающий давление горючей смеси в напорном трубопроводе 20. Далее входя во впускные клапаны 13, горючая смесь под созданным давлением выдвигает штоки 10 и открывает вход в рабочие камеры конусов 3 (фиг 1), двигателя, сжимая при этом пружины закрытия 16. После заполнения рабочих камер, давление в них и в впускных клапанах выравнивается, пружины разжимаясь возвращают штоки на место, закрывая доступ смеси в рабочие камеры.

Одновременно с этим, вращающаяся от стартера турбина 4, подводя переключатель 6 к рычагу 11, находящемуся в положении Б (фиг 1) и закрывающему выход введенной смеси из рабочей камеры, поворачивает его на 90° в положение В (фиг 1). В этом положении рычаг полностью открывает отверстие клапан 8 (фиг 3) и устанавливает его на поверхности С (фиг 5) переключателя 6, растягивая при этом пружину возврата 9. Длина L (фиг 5) переключателя удерживает закрытие клапана до полного выхода сгоревшей смеси из рабочей камеры. Одновременно с открытием выпускного клапана, бегунок 23 (фиг Б) со своим контактом 25 (фиг 6) подходит к контакту соответствующей ему заполненной рабочей камеры и замыкая цепь, создает искру в свече зажигания 22 вызывая взрыв горючей смеси. Расширяющийся после взрыва газ, проходя через конус рабочей камеры к выходному отверстию, сжимается, набирает скорость и мощной, концентрированной струей, воздействуя на лопасти 5 турбины 4, начинает ее самостоятельное рабочее вращение. К этому моменту рычаг 11 сходит с поверхности с переключателя 6 и усилием пружины закрытия 9 возвращает его в положение Б, закрывая выход из рабочей камеры, которая тут же заполняется новой порцией горючей смеси. Турбина, продолжая вращения подводит переключатель к рычагу следующей уже заполненной рабочей камеры и вызывает взрыв в ней. Таким образом в данном варианте двигателя с шестью рабочими камерами за один оборот вала происходит шесть рабочих выбросов, что кратно повышает производительность и мощность двигателя. Далее, проверив по манометру 28 (фиг 2) рабочее давление в напорном трубопроводе 20 стартер выключается и двигатель начинает работать самостоятельно.

Применение конусной рабочей камеры поясняется следующим: известно, что мощность воздушного или газового потока определяется по формуле:

где:

N_n - мощность потока,

Р - плотность воздуха или газа,

V- скорость потока,

F - площадь воздействия.

Из этой формулы видно, что мощность потока пропорциональна кубу скорости, т.е. если скорость потока увеличилась например в 2 раза, то мощность потока увеличилась в 2³ = 8 раз.

В существующем двигателе с цилиндрической рабочей камерой, повышение мощности двигателя решается за счет увеличения площади воздействия, т.е. площади поршня, соответственно объема цилиндра. Но это влечет за собой рост габаритов и массы двигателя.

В предлагаемом изобретении камера сгорания переходит в конус, образуя конусную рабочую камеру. Расширяющийся после взрыва газ, проходя через конус и к выходному отверстию, сжимается и набирая скорость выходит мощной концентрированной струей, воздействующей на лопасти турбины, наращивая этим мощность двигателя.

Изобретение относится к роторным турбодвигателям. Камера сгорания переходит в конусную рабочую камеру, где расширяющийся газ, проходя через нее, сжимается, набирает скорость и, выходя мощной, сконцентрированной струей, направленной в центр лопаток, вращает турбину и жестко соединенный с ней вал двигателя. Камеры, равномерно установленные в зоне вращения турбины, заполняются горючей смесью под давлением, создаваемым компрессором, а затем поочередно открываются совершающей оборот турбиной с одновременным проведением взрыва горючей смеси. Таким образом, за один оборот турбины в варианте шестикамерного двигателя происходит шесть рабочих выбросов, кратно увеличивающих производительность двигателя. Изобретение направлено на повышение экономичности двигателя. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Турбодвигатель внутреннего сгорания, включающий: корпус двигателя, крышку корпуса двигателя, корпусы рабочих камер, вал, турбину, клапан впускной, клапан выпускной, компрессор, работающий от вала двигателя, устройство открытия впускного клапана, устройство открытия выпускного клапана, пружины закрытия клапанов, систему питания, систему зажигания, систему охлаждения.

2. Турбодвигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что корпусы рабочих камер выполнены коническими.

3. Турбодвигатель внутреннего сгорания по п. 2, отличающийся тем, что осевые корпусов рабочих камер направлены по касательной к окружности вращения центра лопастей турбины.

4. Турбодвигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что турбина выполнена с переключателем.

5. Турбодвигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что открытие впускного клапана осуществляется за счет разности давления, возникающей в рабочей камере во время работы двигателя.

6. Турбодвигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что открытие выпускного клапана осуществляется переключателем турбины.