Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02B57/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Может найти применение на транспорте и на стационарных установках,

Цель изобретения - повышение КПД, увеличение удельной и литровой мощности без увеличения числа взаимоперемещающихся деталей в двигателе.

Указанная цель перераспределения теплового баланса двигателя достигается:

а) снижением тепловых потерь при охлаждении, путем уменьшения зон наиболее интенсивных теплопотерь в двигателе - сжиганием горючих компонентов в камере с меньшей площадью посредством дозаряд- ки (наддува), то есть существенным сокращением основных площадей утечки тепла в систему охлаждения (проходящей через торцы поршней и внутреннюю поверхность рабочего цилиндра);

б) интенсификацией процессов горения и более полным сгоранием в результате повышенного давления, а также более полным сгоранием ввиду продления процесса горения вторичным, расширением;

в) использованием для вращения двигателя тепловой энергии, заложенной в сгоревших газах, путем вторичного, продолженного расширения продуктов сгорания, что включает, кроме компенсации энергии, затраченной на наддув, и поступление дополнительной энергии от полного расширения сгоревших газов и снижения температуры выхлопа; при этом, неувеличение числа взаимоперемещающихся деталей двигателя по сравнению с прототипом достигается взаимосвязанным изменением конфигурации и размеров деталей, составляющих двигатель, с образованием переменных при вращении двигателя по объему полостей, служащих нзддувочным насосом и дорасширительным двигателем.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпусе профилированной внутренней поверхностью, ротор с цилиндром,в котором расположены оппозитные поршни с опорными роликами, взаимодействующими с внутренней профилированной поверхностью корпуса, с образованием камеры сгорания между поршнями, причем в роторе выполнены каналы и нагнетательные полости, охватывающие цилиндр, при роторе образована полость с обратными клапанами, между ротором и корпусом образованы герметичные дорасширительные полости, связанные с камерой сгорания каналами в роторе, а нагнетательные полости связаны с полостью при роторе и с камерой сгорания посредством обратных клапанов. Существенный отличительный признак, определяющий наличие новых свойств,проявляемых в предложенном решении состоит в том, что внутренний объем корпуса выполнен в виде наддувочного насоса (с Ртах 4 атм) и дорасширительного двигателя (с Ртах 8 атм),об- разованных ротором, поршнями и опорными роликами, для чего в роторе выполнены каналы и нагнетательные полости, охватывающие цилиндр, при роторе (в поршне) выполнена полость с обратными клапанами, между ротором и корпусом образованы герметичные дорасширительные полости, связанные с камерой сгорания каналами в роторе, а нагнетательные

5 полости связаны с полостью при роторе и с камерой сгорания посредством обратных клапанов.

Ожидаемый положительный эффект: адиабатизация процесса горения, то есть

0 перераспределение теплового баланса двигателя в сторону существенного увеличения доли тепла, преобразуемого в механическую энергию, увеличение КПД уменьшением тепловых потерь, увеличение литровой и

5 удельной мощности двигателя вследствие наддува и дорасширения; снижение токсичности двигателя, поскольку уменьшено количество сжигаемого на единицу мощности топлива, а также продлен процесс окисле0 ния горючего; нет необходимости в применении глушителя выхлопа, поскольку давление и температура выпуска незначительны, процесс выпуска растянут во времени (вытеснение отработанных газов из

5 дорасширительных полостей происходит равномерно и непрерывно, так как в процессе работы двигателя выпускные окна, за ис- . ключением нескольких градусов их перекрытия опорными роликами, открыты

0 постоянно).

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель; на фиг. 2 - поршень; на фиг, 3 - ротор; на фиг. 4-7 - сечение двигателя в плане; на фиг. 8 - сечение А-А на фиг. 4; на фиг. 9 5 сечение Б-Б на фиг, 4.

Двигатель состоит из шести основных деталей; корпуса 1, ротора 2, поршней 3 и 4, опорных роликов 5 и 6.

Корпус 1 двигателя выполнен герметич0 но в виде полого короба с внутренним О-об- разным профилем, закрытым с обеих сторон боковыми поверхностями, с соотношением внутренних размеров; наименьшего диаметра, равного 2 R, наибольшего 2,75 R и

5 шириной 1 R. Отверстие опорных втулок 8 вала и впускных окон 9 выполнено в центре плоскостей, а отверстие для выпускных окон 7 в местах сопряжения боковых плоскостей с профилем по наименьшему диаметру. Ро- тор 2 двигателя выполнен цилиндрической

формы, с радиусом окружности 1 R и шириной 1 R, с выбранными в теле диаметрально расположенным стволом рабочего цилиндра 11, имеющем сквозные пазы 12 для оси опорного ролика, и с примыкающими к стволу карманами 13, соответствующими размерам поршня 3 и 4 с опорными роликами 5 и 6 и размещенными в упомянутых карманах 13. В теле ротора выполнены каналы сгоревших газов 14, сообщающие камеру сгорания рабочего цилиндра 11с дорасширительиы- ми полостями 15. Ротор 2 установлен в корпусе 1 на оси 16, в которой выполнены впускные окна 17 и канал подачи топлива 18 в цилиндр. Ротор является маховиком двигателя. Поршень 3 и 4 с опорным роликом 5 и 6 образуют тело диаметром 1 R, шириной 1 R в совокупности являющемся поршнем низкого давления, как в наддувочной 19, так, и в дорасширительной полости 15, Поршень 3 и 4 охватывает ствол цилиндра 11 снару- жи, В поршне 3 выполнен управляющий впускной поршень высокого давления 20 с полостью задержки порции свежего заряда 21 (камерой предварительно сжатого воздуха) и впускным клапаном 22, нагнетательный клапан 23. В поршне 4 выполнен выпускной поршень 24 высокого давления. Поршень 20 и 24 находятся внутри цилиндра 11, через паз 12 и корпус поршня 3 и 4 проходит ось опорного ролика 5 и б. Полости наддувочного насоса 19 и полости до- расширения 15 образованы корпусом 1, ротором 2, поршнями 3 и 4 с опорными роликами 5 и 6. Взаимодействующие часто - корпус 1, ротор 2, поршни 3 и 4, опорные ролики 5 и 6, выполнены из материала с низким коэффициентов теплового расширения и обработаны с необходимой точностью, вплоть до прецизионной, обеспечивающей приемлемую герметичность полостей наддувочного насоса и до- расширительного двигателя, или оснащены герметизирующими уплотнениями. Герметичности наддувочной 19 и дорасширительной полости 15 способствует невысокая величина максимального рабочего давления, примерно до четырех атмосфер в наддувочной и восьми атмосфер в дорасширительной полости, а также невысокие величины максимальных температур в них. Кроме того, совместное расположение рабочих полостей в герметичном корпусе 1 исключает возможность попадания рабочего тела в окружающую среду иным путем, нежели через выпускную систему. Еще один герметизирующий фактор, при расположении полостей в одном корпусе - разница в давлении между полостями 19 и 15 существенно, в 2 раза, ниже, нежели

разница в давлении между каждой полостью и атмосферой.

Двигатель работает по двухтактному принципу, За 1 оборот совершается два ра- 5 бочих хода. При проворачивании ротора на 90° по часовой стрелке (фиг.6) из позиции максимального сближения поршней 3 и 4 (в.м.т.) открываются впускные окна 9 на корпусе 1, опорные ролики 5 и 6 под действием 0 центробежной силы следуют профилю задающей 10, поршни 3 и 4 раздвигаются до максимального значения (н.м.т.), Происходит всасывание воздуха в полость наддувоч- ногр насоса, завершающееся с закрытием

5 впускных окон 9. Далее, в течение 90° поршни 3 и 4 сближаются и вытесняют предварительно сжатый воздух, через нагнетательный клапан 23 в полость 21. впускного поршня 20. В в.м.т. нагнетательный

0 клапан 23 закрывается. Через 90°, при приближении поршней к н.м.т,, давление порции свежего воздуха открывает впускной клапан 22, поскольку давление в рабочем цилиндре Т1 к этому времени упало. Проис5 ходит полное вытеснение сгоревших газов и их замещение в цилиндре 11 свежей порцией. Начало, сдвижения поршней сопровождается закрытием, под действием сжимаемого воздуха, впускного клапана 22.

0 В конце такта сжатия по каналу подачи топлива 18 происходит впрыск дозы горюче; го в цилиндр. 8 позиции максимального сближения поршней 3 и 4 (в.м.т.) горючая смесь воспламеняется, далее в течение 90°

5 продолжается рабочий ход в цилиндре 11, открытие выпускным поршнем 24 канала сгоревших газов, сброс давления сгоревших газов в полость дорасширительного двигателя, начало рабочего хода в дррасшири0 тельной полости 15, вытеснение давлением свежего заряда остатков сгоревших газов из цилиндра в дорасширительную полость 15, закрытие впускного клапана 22 и продолжение рабочего хода в дорасширительном,

5 .двигателе. Вследствие значительного объема дорасширительной полости 15 давление с процессом увеличения обьэма падает вплоть до близкого к атмосферному, соответственно падает и температура отрабо0 тайных газов. По истечении очередных 90°, при подходе поршней 3 и 4 к в.м.т. опорные ролики 5 и 6 открывают выпускные окна 7 в корпусе 1 двигателя. Далее, в течение 180°, то есть в течение двух так5 тов работы поршней 3 и 4, происходит вытеснение отработавших газов из до- расширительных полостей 15 поршнями низкого давления, завершающееся при закрытии выпускных окон 7 опорными роликами 5 и 6 в положении в.м.т. Таким

образом, поочередное прохождение рабочего тела по отделам двигателя полностью завершено через 720°. Однако, поскольку протекание процессов в наддувочном насосе, рабочем цилиндре и дорасширительном двигателе идет одновременно, параллельно, то продолжительность полного цикла можно принимать за 180°, так как каждые полоборота двигатель поглощает и выбрасывает очередную порцию рабочего тела, Из положения наибольшей удаленности (в.м.т.) поршни 3 и 4 совершают такт сжатия, занимают положение в.м.т. За эти 90° параллельно происходит следующее:

а) закрытие впускных окон 9 в корпусе 1, протекание предварительного сжатия в полости наддувочного насоса и вытеснение сжатого воздуха .через нагнетательный клапан 23 в полость 21 впускного поршня 20 (полость задержки порции свежего заряда);

б) закрытие впускного клапана 22 и сжатие заключенного в цилиндре 11 между поршнями 20 и 24 воздуха. В конце такта сжатия впрыск горючего по каналу подачи топлива 18 и воспламенение горючей смеси;

в) протекание рабочего хода в дорасши- рительной полости 15, завершающееся при приближении поршней 3 и 4 к в.м.т. открытием выпускных окон 7;

г) продолжение вытеснения отработанного газа через выпускные окна в корпусе 1 из полости дорасширения 16 поршнями низкого давления; следующие 90°:

а) открытие впускных окон 9 в корпусе 1, увеличение объема полости в наддувочном насосе и ее заполнение под действием разряжения свежим зарядом воздуха;

б) рабочий ход в цилиндре 11, при приближении к н.м.т. выпускной поршень 24

открывает каналы сгоревших газов 14, и сгоревшие газы поступают в дорасширитель- ную полость 15, после падения давления следует открытие сжатым в камере 21 свежим зарядом воздуха впускного клапана 22

и вытеснение из. цилиндра 11 остатков сгоревших газов;

в) образование полости дорасширения 15, с поступлением сгоревших газов - начало рабочего хода в дорасширительном дви- гателе;

г) вытеснение отработанного газа из до- расширительных полостей 15 поршнями низкого давления, закрытие опорными роликами 5 и б выпускных окон 7 в корпусе 1.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с профилированной внутренней поверхностью, ротор с цилиндром, в котором расположены оппозитные поршни с опорными роликами, взаимодействующими с внутренней профилированной поверхностью корпуса, с образованием камеры сгорания между поршнями, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД,

двигатель дополнительно снабжен нагнетательными полостями и каналами в роторе, между ротором и корпусом образованы герметичные дорасширительные полости, связанные с камерой сгорания каналами в

роторе, а нагнетательные полости связаны с камерой сгорания посредством обратных клапанов.

Фиг. 2

Использование: изобретение позволяет перераспределить , тепловой баланс двигателя в сторону существенного увеличения КПД, увеличить литровую и удельную мощность, снизить токсичность, устранить пере- пад давления при выпуске, путем взаимосвязанного изменения конфигурации и размеров деталей составляющих двигатель, ввести наддув цилиндра и дорасши- рение горючих газов. Двигатель содержит корпус 1 с внутренней задающей 10, ротор 2 с цилиндром 11 и с оппозитными поршнями с опорными роликами, взаимодействующими с задающей 10 с образованием полостей нагнетательного насоса 19 и до- расширительного двигателя 15. Двигатель совершает два рабочих хода за оборот. При вращении ротора 2 поршни с опорными роликами, следуя профилю задающей 10, совершают возвратно-поступательные движения, всасываемый в полость 19 воздух во время продувки нагнетается в полость цилиндра 11. После рабочего хода в цилиндре 11 рабочее тело поступает в дорасшири- тельную полость 15, где, отдав дополнительно энергию на вращение ротора 2, отработанный газ выдавливается из дорасширительной полости поршнями и опорными роликами. 8 ил. х fe

Фиг. 3

Фиг. Ч

«Риг. 5

Составитель П.Дерксен Редактор Н.РожковаТехред М.Моргентал Корректор А.Козориз