Турбопоршневой двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2023 года по МПК F02B75/32 F01B9/06 F02B75/02 F02B75/22 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (далее ДВС) преобразующим тепловую энергию продуктов сгорания в механическую энергию.

Известен двигатель внутреннего сгорания без коленвала, включающий, по меньшей мере, один торообразный корпус, содержащий два и более дуговых цилиндра, внутри которых установлены поршни, при этом он снабжен установленным на валу двигателя и жестко взаимосвязанным с корпусом двигателя устройством для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении, передающим на выходной вал двигателя вращение в одном направлении, которое содержит входной вал, расположенный на одной оси с выходным валом устройства, промежуточную ось, установленную перпендикулярно указанной оси, элементы сцепления в виде обгонной или храповой муфты, жестко установленные на выходном валу устройства, взаимосвязанные с коническими элементами передачи вращения, выполненные с возможностью взаимно-обратного вращательного движения для передачи выходному валу двигателя вращения в одном направлении, при этом выходной вал устройства является одновременно выходным валом двигателя, а входной вал устройства жестко смонтирован на одном из элементов сцепления и жестко связан с каждым поршнем двигателя (RU 121005, МПК F02B 71/00, опубл. 10.10.2012)

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работа которого заключается в подачи воздуха и топлива в цилиндр, воспламенение рабочей смеси, расширение продуктов сгорания и последующий их выпуск. Подача воздуха и топлива осуществляется при ходе поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до величины h Н/5 Z (XY) в степени 1/1,4 см, где Н полный ход поршня от ВМТ до нижней мертвой точки, см; Z отношение давление подаваемой в цилиндр смеси воздуха и топлива к атмосферному; X полезно используемая доля теплотворной способности смеси воздуха и топлива при максимальной мощности ДВС; Y отношение расхода топлива при заданном режиме к расходу топлива при максимальном режиме. Изобретение обеспечивает снижение тепловых и механических потерь, повышение термодинамического и реального коэффициента полезного действия за счет более полного использования энергии продуктов сгорания, уменьшение давления выхлопа (RU 2050448, МПК F02B 5/00, опубл. 20.12.1995).

Известен трехтактный двигатель содержащий цилиндр, в котором выполнена боковая полость камеры сгорания с топливной форсункой и свечой зажигания. В цилиндре оппозитно размещены рабочий поршень, перекрывающий своей боковой поверхностью выпускное окно цилиндра, и легкий впускной поршень - вытеснитель, выполненный в виде двойной пустотелой мембранной коробки или упругой сильфонной оболочки и снабженный трубчатым штоком, плотно входящим в направляющую полость впускного окна крышки цилиндра, накрытой пробкой с цилиндрической пружиной, упирающейся в впускной поршень. Рабочий поршень кинематически связан с кривошипно-шатунным механизмом коленвала, размещенным в маслозаполненном картере двигателя (RU 2006626, МПК F02B 75/28, опубл. 30.01.1994).

Анализ известных ДВС дает право утверждать, что они имеют множество технологически сложных изготовленных деталей, большие поверхности трения, меньший ресурс, так как каждая группа цилиндр-поршень вынуждена работать постоянно, потому что связаны между собой общей деталью (колен вал или др.) которая в свою очередь приводит к износу, кроме этого они не обладают функцией трех, шести или девятитактовой работы за один оборот вала. Конструкция аналогов такова, что отключение какой-либо цилиндро-поршневой группы, в цикле работы двигателя, является невозможным, что также влияет на экономичность и ресурс ДВС. Аналогичные ДВС конструктивно усложнен и имеет кривошипно-шатунный механизм, а это также является существенным недостатком.

Задача, стоящая перед автором, состоит в создании конструктивно упрощенного, экономичного ДВС с уменьшенной поверхностью трения деталей во время его работы.

Задача решается благодаря сущности устройства заявляемого двигателя, позволяющего упразднить коленвал, шатун, распредвал и другие подвижные детали, приводящие в движение поршень ДВС, благодаря использованию криволинейной дорожки по которой перемещается шток поршня, представляющей собой цилиндр, у которого один торец ровный, то есть находится в одной плоскости, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, при этом переход от нижней плоскости к верхней, осуществляется по кривой линии.

Согласно изобретению предложен турбопоршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндрического вала, на одном конце которого прикреплен ротор турбины, на другом конце вала прикреплен маховик, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка, представляющая собой цилиндр, у которого один торец ровный, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, переход между которыми осуществляется по кривой линии, сверху дорожки установлен шток поршня, с возможностью перемещения по двум ее плоскостям, таким образом, поршень имеет возможность перемещаться вверх и вниз в цилиндре, над которым закреплена головка с клапанами.

Заявляемый двигатель состоит из цилиндрического вала 1, проходящего по центру блока цилиндров 2, на одном конце которого прикреплен маховик 3, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка 4, представляющая собой цилиндр, у которого один торец ровный, то есть находится в одной плоскости, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, при этом переход от нижней плоскости к верхней, осуществляется по кривой линии. Дорожка 4 управляет штоком 5 поршня 6, который перемещается по двум ее плоскостям, таким образом, поршень 6 перемещается в цилиндре 2 вверх и вниз. Над каждым цилиндром 2 закреплена головка 7 с клапанами 11 и 12, над которой, к блоку цилиндров 2, также крепится корпус турбины 8.

На другом конце вала 1 прикреплен ротор 9 турбины 8, вращаемый потоками проходящих газов. В свою очередь, ротор 9 вращает вал 1, а вал 1 вращает маховик 3 с дорожкой 4, при этом шток 5 перемещает поршень 6 в НМТ и ВМТ. Камера сгорания образовывается между поршнем 6 и головкой 7 цилиндра, когда поршень 6 находится в ВМТ. В камере сгорания происходит воспламенение заряда, и полученная энергия передается лопастям 10 ротора 9 турбины 8. Таким образом, получается работа.

На фиг. 1 схематично показано внутреннее устройство заявляемого двигателя.

На фиг. 2 показан процесс всасывания во время работы заявляемого двигателя.

На фиг. 2а показан процесс сжатия во время работы заявляемого двигателя.

На фиг. 2б показан процесс выхлопа во время работы заявляемого двигателя.

На фиг. 3 показан общий вид криволинейной дорожки.

Способ работы устройства:

Во время вращения маховика 3 заявляемого ДВС, криволинейная дорожка 4 приводит в движение, с помощью штока 5, поршень 6 из ВМТ в НМТ при этом протекает всасывание (фиг. 2), а клапан всасывания 11 открывается, а из НМТ в ВМТ, после закрытия клапанов 11 и 12, протекает сжатие (фиг. 2а), затем поршень замирает в ВМТ, после чего следует воспламенение. Образовавшиеся газы (на фиг. 2б показано стрелочками), из камеры сгорания, после открытия клапана 12 выхлопа, по коллектору 13 поступают к лопастям 10 турбины 8, где одновременно происходит выхлоп и работа. В результате совмещения выхлопа и выполнения работы в один такт, цикл завершается за один оборот дорожки 4 в 360°. За этот же оборот поршень 6 совершает одно движение из ВМТ в НМТ и следующее движение из НМТ в ВМТ. Примечательно, что в данной конструкции протекает отдельно такт всасывания и отдельно такт сжатия, а выхлоп и рабочий такт выполняются одновременно. Такие процессы могут происходить и в других поршневых 6 группах в любом порядке, то есть во всех цилиндрах 2 каждого конкретного ДВС или отдельно взятых цилиндрах 2 того же ДВС. Иначе говоря, может работать один цилиндр 2, два цилиндра или N-ное количество цилиндров.

То, что поршень 6, при достижении ВМТ или НМТ, остается в этом положении на интервал в, примерно, по 80° (из цикла 360°), позволяет осуществить продувку камеры сгорания и наполнение цилиндра 2 новым зарядом, без остаточных газов. Уникальным является также и порядок протекания тактов в предлагаемой конструкции: это всасывание, сжатие, потом выхлоп и одновременно рабочий такт.

Уникальность данного ДВС также в том что, после воспламенения заряда, выделение тепла и получение энергии, в случае наличия в конструкции разделенной камеры сгорания протекает при постоянном объеме.

В заявляемом двигателе, криволинейная дорожка 4 заменяет и позволяет упразднить коленвал, шатун, распредвал и другие подвижные детали, участвующие в процессе превращения кинетической энергии заряда в механическую работу ДВС, таким образом, за счет этого двигатель имеет меньшую массу и более простое устройство с увеличенным ресурсом работы, так как уменьшается количество поверхностей трения. Также повышенный ресурс обеспечивается благодаря тому, что поршень, двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно к ВМТ, совершает полный цикл за один оборот дорожки 4, а также благодаря возможности периодического отключения отдельных поршневых групп (например, при работе двигателя на холостом ходу), что, в свою очередь, позволяет уменьшить расход топлива.

Таким образом, стоящая перед автором задача, выполнена.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Предложенный ДВС состоит из цилиндрического вала 1, проходящего по центру блока цилиндров 2, на одном конце которого прикреплен маховик 3, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка 4, представляющая собой цилиндр, у которого торец, прилегающий к маховику 3, ровный, а другой торец имеет две плоскости, нижнюю и верхнюю, при этом переход от нижней плоскости к верхней осуществляется по кривой линии. Дорожка 4 управляет штоком 5 поршня 6, который перемещается по двум ее плоскостям, таким образом, поршень 6 перемещается в цилиндре 2 вверх и вниз. Над каждым цилиндром 2 закреплена головка 7 с клапанами 11 и 12, над которой, к блоку цилиндров 2, также крепится корпус турбины 8. На другом конце вала 1 прикреплен ротор 9 турбины 8, вращаемый потоком отработавших газов ДВС. Ротор 9 вращает вал 1, а вал 1 вращает маховик 3 с дорожкой 4, при этом шток 5 перемещает поршень 6 в НМТ и ВМТ. Изобретение направлено на упрощение конструкции и экономичности ДВС, а также позволяет уменьшить поверхности трения деталей ДВС во время его работы. 5 ил.

Турбопоршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндрического вала, на одном конце которого прикреплен ротор турбины, на другом конце вала прикреплен маховик, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка, представляющая собой цилиндр, у которого один торец ровный, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, переход между которыми осуществляется по кривой линии, сверху дорожки установлен шток поршня, с возможностью перемещения по двум ее плоскостям, таким образом, поршень имеет возможность перемещаться вверх и вниз в цилиндре, над которым закреплена головка с клапанами.