Устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК F02B53/04 F01C3/02 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для впуска топлива и воздуха в камеру сгорания преимущественно в роторно-лопастных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Известно устройство для впуска топлива и воздуха в камеру сгорания, принятое в качестве прототипа, включающее камеру сжатия топлива, образующуюся между боковой частью лопасти компрессорного ротора, торцевой частью лопасти ведущего ротора и корпусом силового модуля двигателя внутреннего сгорания, камеру сгорания, топливную форсунку и свечу зажигания, (см. описание патента US 2674982 (А), МПК F01C 3/02, 13.04.1954).

Известное устройство имеет два типа роторов - ведущий и компрессорный, на которые установлены соответствующие лопасти, вращающиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом лопасти разных роторов поочередно являются газовыми затворами по отношению друг к другу и с возможностью поочередного образования камер сжатия и область сгорания топливной смеси.

Воздух в камеру сгорания поступает в виде готовой топливной смеси, сжимаясь, при этом, посредством компрессорного ротора в его области и далее, после зажигания топливная смесь, в виде сгораемых газов, расширяется (рабочий ход) в области ведущего ротора. Таким образом, в обоих случаях процесс сжатия и рабочий ход происходит физически в разных объемах (пространствах) в отличие от классических ДВС.

Недостатком известного устройства является то, что поступающее в ДВС топливо перемешивается с воздухом еще на стадии впуска воздуха в пространство между лопастями, после чего поступает в камеру сгорания уже в виде топливной смеси, которая не имеет возможности сжиматься без детонационного эффекта в пространстве, которое не имеет ограничения со стороны торцевой (рабочей) поверхности лопасти ведущего ротора. Поэтому когда топливная смесь, сжатая до детонационного значения давления, будет поступать в пространство, которое ограничивается торцевой (рабочей) поверхностью лопасти ведущего ротора, ее давление и температура будет резко падать, и зажигание будет происходить при низком давлении, что понижает эффективность сгорания топливной смеси. При этом камера сгорания должна иметь относительно больший объем, поскольку при равном количестве и равной температуре воздуха, объем больше там, где давление меньше, вследствие чего в большем объеме будет оставаться большее количество отработанных газов после процесса рабочего хода.

Другим недостатком известного устройства является то, что при данной схеме работы машины, лопасти, вращающиеся в перпендикулярных плоскостях, должны иметь хорошую герметичность в месте их контакта, иначе сжимаемое газообразное рабочее тело, воздух или топливная смесь, будет покидать сжимаемую область (объем) через место контакта.

Обеспечить хорошую герметичность в месте контакта очень сложно и до настоящего времени на практике не предложен эффективный способ обеспечения соответствующей герметичности. Следовательно, если через место контакта будет выходить топливная смесь, то будет иметь место потеря топлива, что значительно повлияет на экономичность и мощность ДВС.

Потеря воздуха теоретически не значительна и не влияет на эффективность работы ДВС.

Еще одним недостатком известного устройства является то, что после процесса рабочего хода отработанные газы, находящиеся под избыточным давлением, поступают в область, откуда в камеру сгорания поступает свежая порция воздуха, то есть из области компрессорного ротора. При этом свежая порция воздуха перемешивается с уже сгоревшими газами, образуя при этом не качественную топливную смесь.

Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД работы ДВС за счет повышения эффективности сгорания топливной смеси. Повышение эффективности обеспечивается тем, что воздух и топливо поступают в камеру сгорания отдельно и смешиваются уже в камере сгорания, и, следовательно, через место контактов лопастей будет выходить чистый воздух без топлива, поскольку его (топлива) в сжимаемом воздухе еще нет. Так же на повышение эффективности влияет наличия обратного клапана препятствующего поступления сгоревших газов в область сжатия, поскольку воздух и топливо поступают в камеру сгорания отдельно и смешиваются уже в камере сгорания.

Технический результат достигается тем, что устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания включает камеру сгорания топливной смеси, область сжатия воздуха, причем область сжатия воздуха образована между боковой частью лопасти компрессорного ротора, торцевой частью лопасти ведущего ротора и корпусом силового модуля двигателя внутреннего сгорания, топливный инжектор-форсунку, свечу зажигания и катушку зажигания, при этом устройство выполнено в виде автономного модуля, закрепленного на корпусе силового модуля посредством резьбового соединения и дополнительно оснащено впускным обратным клапаном, причем топливо поступает непосредственно в камеру сгорания при помощи топливного инжектора с помощью насоса высокого давления, работающего под действием силы, действующей со стороны приводного вращающегося эксцентрика.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически показано устройство впрыскивания топлива.

Внутри корпуса 1 силового модуля ДВС, содержащего впускные отверстия для входа воздуха из атмосферы, установлены рабочие и компрессорные роторы, на которых закреплены лопасти 2 ведущего ротора и лопасти 3 компрессорного ротора (впускные отверстия, ведущий и компрессорный роторы на чертеже не показаны). Между боковой частью лопасти 2 ведущего ротора, торцевой частью лопасти 3 компрессорного ротора и корпусом 1 силового модуля ДВС образуется область сжатия 4. На корпусе силового модуля 1 установлено устройство впрыска 5, представляющая собой автономный модуль закрепленное посредством резьбового соединения (резьбовое соединение на чертеже не показано), внутри которого расположена камера сгорания 6.

Устройство впрыска 5 содержит топливную форсунку 7 и свечу 8 зажигания. Так же в корпусе устройства впрыска 5 установлен впускной обратный клапан 9.

Топливо в топливный форсунка 7, под большим давлением поступает посредством насоса высокого давления 10. Насос высокого давления 10 работает под действием силы, действующей со стороны приводного вращающегося эксцентрика 11, скорость вращения которого находится в прямой зависимости от скорости вращения лопасти 2 ведущего ротора (привод эксцентрика на чертеже не показан). В насос высокого давления топливо поступает при помощи насоса низкого давления 12, который в свою очередь питается из топливного бака 13. Свеча зажигания 8 активируется посредством катушки зажигания 14 и контролируется центральным компьютером 15.

Устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Ведущий ротор приводят в движение электрическим стартером, одновременно приводя в движение компрессорный ротор.

Скорость вращения лопасти 3 компрессорного ротора прямо пропорциональна скорости вращения лопасти 2 ведущего ротора в соотношении 1:2 (1/2).

При вращении компрессорного ротора, в пространство между лопастями 2 и 3, через впускные отверстия поступает воздух из атмосферы (впускные отверстия на чертеже не показаны). Затем воздух перемещается в область сжатия 4, образующуюся между боковой частью лопасти 2 ведущего ротора, торцевой частью лопасти 3 компрессорного ротора и корпусом 1 силового модуля ДВС.

При дальнейшем перемещении лопасти 3 компрессорного ротора, область сжатия 4 уменьшается, вследствие чего воздух сжимается, поскольку его перемещение из области сжатия ограничено лопастями 2 и корпусом 1 ДВС. Также его перемещение ограничивает впускной обратный клапан 9. После того как давление в область сжатия 4 достигнет заданной величины, впускной обратный клапан 9 откроется и позволит сжатому воздуху переместится в камеру сгорания 6. После того как весь воздух из область сжатия 4 переместится в камеру сгорания 6, впускной обратный клапан 9 закроется.

Во время перемещения воздуха из области сжатия 4, в камеру сгорания 6 производится впрыск топлива посредством топливной форсунки 7. Момент времени, и продолжительность впрыска контролируется центральным компьютером 15.

После того как закроется впускной обратный клапан 9 и лопасть ведущего ротора 2 переместится на определенный (заданный) угол в направлении вращения ведущего ротора, сработает свеча зажигания 8, контролируемая (управляемая) центральным компьютером 15.

В результате подачи топлива и воздуха в камеру сгорания 6, в ней образуется топливная смесь. Искра от свечи 8 зажигания воспламеняет топливную смесь в результате чего в камере сгорания 6 резко повышается температура и давление газов, образованных в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Сила давления газов действуют на тыльную сторону лопасти 2 ведущего ротора, создавая при этом крутящий момент относительно оси вращения ведущего ротора и приводя его во вращательное движение.

Изобретение относится к двигателестроению. Устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания включает камеру (6) сгорания топливной смеси, область (4) сжатия топливной смеси, образованную между боковой частью лопасти (3) компрессорного ротора, торцевой частью лопасти (2) ведущего ротора и корпусом (1) силового модуля двигателя внутреннего сгорания, топливный инжектор-форсунку (7), свечу (8) зажигания и катушку (14) зажигания. Устройство выполнено в виде автономного модуля, закрепленного на корпусе (1) силового модуля посредством резьбового соединения, и дополнительно оснащено впускным обратным клапаном (9). Топливо поступает непосредственно в камеру (6) сгорания при помощи топливного инжектора (7) с помощью насоса (10) высокого давления, работающего под действием силы, действующей со стороны приводного вращающегося эксцентрика (11). Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД работы ДВС за счет повышения эффективности сгорания топливной смеси. 1 ил.

Устройство впуска топлива и воздуха в камеру сгорания роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания, включающее камеру сгорания топливной смеси, область сжатия воздуха, причем область сжатия воздуха образована между боковой частью лопасти компрессорного ротора, торцевой частью лопасти ведущего ротора и корпусом силового модуля двигателя внутреннего сгорания, топливный инжектор-форсунку, свечу зажигания и катушку зажигания, отличающееся тем, что оно выполнено в виде автономного модуля, закрепленного на корпусе силового модуля посредством резьбового соединения, и дополнительно оснащено впускным обратным клапаном, причем топливо поступает непосредственно в камеру сгорания при помощи топливного инжектора с помощью насоса высокого давления, работающего под действием силы, действующей со стороны приводного вращающегося эксцентрика.