Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02B53/00 

Изобрзтение относится к двигателям, а именно к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано для снабжения им средств передвижения.

Целью изобретения является повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения максимального крутящего момента.

На фиг.1 и 2 показаны поперечный и продольный разрезы предлагаемого устройства.

Устройство содержит корпус 1, ротор 2 (фиг.1, 2) с четырьмя лопастями 3, содержащими цилиндрические камеры 4 сгорания с выходными соплами 5, противоположно которым расположены распылители б топли-. ва, подсоединенные к карбюратору 7, а рядом с ними вмонтированы свечи 8 зажигания; камеру 9 низкого давления с выходными отверстиями 10 в полой оси 11 ротора; компрессор 12.

Устройство работает следующим образом.

В карбюраторе 7 образовавшуюся смесь при помощи компрессора 12 через распылители топлива б подают в камеры сгорания 4. Свечи зажигания 8 инициируют возгорание смеси в исходный момент работы двигателя, а затем отключаются, так как процесс горения смеси происходит непрерывно. При этом, за счет повышения температуры и объема продуктов сгорания топлива, резко повышается давление в камере 4 сгорания. Избыток газа под большим давлением через выходные сопла 5 удаляется в камеру 9 низкого давления (которая как минимум в 10 раз больше камеры 4), при этом заставляя вращаться лопасти 3 ротора 2. Газ из камеры 9 низкого давления через выходные отверстия 10 в.полой оси 11 ротора удаляется из системы.

Распылители 6 топлива в устройстве расположены противоположно выходным соплам 5 для того, чтобы процессу расширения газа при сгорании придать четкую динамическую направленность к соплам 5, что способствует увеличению вращательного момента ротора 2. Для этой же цели распылители 6 топлива выполнены продольными

циировать возгорание топлива в исходный момент его поступления в камеру 4.

Наибольший крутящий момент двигателя ЗИЛ-130 равен 40 кГм, что соответствует расходу топлива 240 г/л с ч и мощности 120 л с. Следовательно расход топлива за одну секунду составляет:

240x120: 3600 8 г/с

Так как двигатель восьмицилиндровый. то в одном цилиндре расход топлива 1 г/с.

Средняя скорость движения молекул газа (v) определяется по формуле

0

V V 3k Т/т. 5 где т - масса молекулы, кг;

k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура, °С. Бензин состоит из углеводородов в пределах от CsH 12 до СдН20. Усредненную моле- 0 кулярную массу бензина условно можно выразить через 16, т.е. 100 г/мол. Среднее парциальное давление паров бензина в карбюраторной смеси с воздухом . составляет 1:9. Мвоздуха 29 г/мол. Следовательно средний граммолекулярный вес смеси будет:

Мсмеси 0,1 X 100 + 0,9 X 29 36,1 Г/МОЛ.

При горении карбюраторной смеси происходит химическая реакция:

16+1102 7С02 + 8Н20

Следовательно в качестве выхлопных газов будет выбрасываться С02, пары Н20 и N2 воздуха. 5 Мсо2 44 г/мол; Мн20 18 г/мол

MN2 28 Г/МОЛ.

Так как азот в воздухе по объему составляет 78%, а кислород 21 %, то согласно фор- Q муле сгорания смеси средний молекулярный вес выхлопных газов будет:

7R

Мвых.газ (11х зух28 + 7х44 + 8х18)

: (40,86 + 7 + 8) 28,57 г/мол g Температура сгорзния смеси достигает 2000°К (1, с. 31), следовательно скорость передвижения молекул выхлопного газа, что является скоростью рабочего тела в сечение сопла (Wc) будет:

50

Использование: роторные двигатели внутреннего сгорания, позволяет повысить их крутящий момент и может быть использовано в различных машиностроительных отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус в виде обечайки (1) и ротор (2) с. четырьмя лопастями (3). В лопастях (3) выполнены камеры сгорания (4) -в виде цилиндров с распылителями (6) и свечой зажигания (8). Продукты сгорания из камер (4) через щелевые сопла 05) выбрасываются в камеры (9) низкого давления и далее через щели (10) в полой оси ротора удаляются в атмосферу; В результате возникает реактивный крутящий момент, поддерживающий вращение ротора (2). 2 ил., 1табл.

3 1 380662 Дис К 2

28,57 кг/мол

параллельно оси цилиндрической камеры 4 сгорания. Это обеспечивает равномерность процесса горения по всему объему камеры 4.

Свечи 8 зажигания вмонтированы ря- 55 ЗИЛ-130 6л. Следовательно одного цилин- дом с распылителями 6 для того, чтобы ини- дра:

103К

6,022045

1023мол

Если средний граммолекулярный вес смеси 36,1 г, то при расходе топлива 1 г/с, расход горючей смеси будет 3,61 г/с.

Рабочий объем цилиндров двигателя

6/8 0,75 л 0.75-10 3 м

Такой объем газа (при давлении 30 кГ/см2 (29,4 -105 Н/м2)) в перерасчете в объем при атмосферном давлении (1,15 кГ/см2 «1,13-105 Н/м2) составит:

0,75 м3-30 кГ/см2 : 1,15 кГ/см2 «19,6 -10 Зм3

Учитывая увеличение объема газа в процессе сгорания смеси, согласно формуле, описывающей происходящую химическую реакцию, и присутствие азота, объем выхлопного газа при атмосферном давлении составит:

19,6

11 х 78/21 +7+8

1+11+11 х 78/21

20,7

Учитывая, что за 1 секунду происходит 33 оборота, объем составит:

20,7 х 33 683,1 .

Площадь выходного сечения сопла дол- жна обеспечить соответствие входного и выходного количества материала. Следовательно сопло должно быть таким, чтобы за 1 секунду через него удалилось 0,6831 м3 газа со скоростью 1321,4 м/с, что составит:

0,6831 м3/с: 1321,4 м/с «5,2-

Сила, с которой реактивный двигатель воздействует на аппарат, определяется по формуле:

Р m Wc + Fc (Pc - Pn} где m - массовый расход рабочего тела за 1 сек; We - скорость рабочего тела в сечение сопла;

FC - площадь выходного сечения сопла;

Рс - давление газов в сечение сопла;

Рп - давление окружающей среды.

Следовательно сила тяги одной рабочей емкости предлагаемого устройства составляет

Р 3,61 кг 1321,4 м/с + 52 -1045 (29,4-1,13) -105 « 1475 Н

Восьми (аналогично двигателю ЗИЛ- 130) рабочих емкостей:

1475 Н х 8 11800 Н 1204 кГ

Тогда наибольший крутящий момент:

1204 кГ х 0,095 м 114,38 кГм

5

Ю

15

20 5

0

5

0

5

Принимая средний для двигателей внутреннего сгорания коэффициент полезного действия 0,45, реальный крутящий момент предлагаемого двигателя составит:

114,38 кГмх 0,45 «51,5 кГм что на 28,75% превышает аналогичный показатель прототипа.

В приведенных расчетах пренебрежено примесями, находящимися в воздухе (инертными газами, влагой) и другими несущественными факторами, в одинаковой мере воздействующими на анализируемые двигатели и поэтому не препятствующими их достоверному сопоставлению.

Формула изобретени я

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий карбюратор, корпус в виде обечайки, в котором установлен ротор с полой осью и с лопастью, в последней выполнена камера сгорания с тангенциально направленным выходным соплом и с установленными в камере сгорания распылителем топлива и свечой зажигания, причем между обечайкой, осью и лопастью расположена камера низкого давления, имеющая выходные отверстия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения максимального момента он дополнительно снабжен тремя лопастями с камерами сгорания, все камеры сгорания выполнены в виде цилиндров, параллельных оси ротора, их выходные сопла образованы щелями между задней их стенкой и обечайкой, распылители топлива выполнены непрерывного действия, установлены напротив сопл вдоль линии, параллельной оси ротора, камера низкого давления разделена лопастями на отсеки,.объем каждого из которых как минимум на порядок превышает объем камеры сгорания, а выходные отверстия выполнены в виде щелей в полой оси ротора, посредством которых полость оси сообщена с каждым отсеком, причем передняя и задняя стенки каждой лопасти выполнены соответственно вогнутой и выпуклой с радиусом кривизны, равным внутреннему радиусу обечайки.

Редактор

Составитель Ю.Алишаускас

Техред М.МоргенталКорректор Т.Вашкович

Фиг 1