Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к энергетике, к двигателям внутреннего сгорания, с использованием в судостроении, в автомобилестроении, в сельском хозяйстве, в авиации, на железнодорожном транспорте, стационарно и в микротехнике.

Энергетические возможности топлива в двигателе внутреннего сгорания (далее по тексту - ДВС) используются на треть от возможного. Наименьшие потери теплоты достигнуты с непосредственным впрыском и камерой сгорания, расположенной в поршне. Воспламенение топливно-воздушной смеси при такте «сжатие» происходит примерно за 5 градусов до верхней мертвой точки (далее по тексту - ВМТ) с ростом до максимального давления расширяющихся газов, которое приходится у карбюраторных ДВС примерно на 3 градуса разворота кривошипа, у дизельных - примерно на 15, где в условиях изменяющегося объема камеры сгорания в сторону увеличения влечет неполное сгорание топлива. Дизеля дымят еще и потому, что не хватает кислорода.

Известен патент США от 22.04.2003 г. №US 6,550,443 В1, к недостаткам которого относится сложность исполнения тепловой машины, низкий моторесурс.

Существуют двигатели внутреннего сгорания: четырехтактные, двухтактные, роторные, поршневые с собственной камерой сгорания, у которых рабочий ход находится в пределах 114 градусов поворота вала из 720, что не соответствует возрастающим техническим условиям 21 века.

Турбины и турбовозы хорошо зарекомендовали себя в энергоемкой технике и несостоятельные там, где требуется экономный расход топлива, легкий запуск в любой мороз, там, где требуется быстроизменяющийся режим работы двигателя, например в условиях города.

Существуют и иные механизмы, более удачные для использования в качестве ДВС, но собственная камера сгорания либо не вписывается в предполагаемый ДВС, либо резко снижает его конструктивные преимущества.

Например, патент США №2920610, Н кл. 123/246, опубликованный 12.01.1960 г., который является наиболее близким аналогом, то есть четырехтактный роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным рабочими каналами, соосно расположенный ротор с рабочими лопастями, цилиндрические золотники с продольными кромками, снабженные цапфами и установленные с возможностью вращения в подшипниковых опорах боковых крышек корпуса и кинематически - связанные с ротором, камеру сгорания со свечой зажигания, при этом в корпусе расположена пара золотников, в одном из которых размещена камера сгорания, в такте сжатия сообщающаяся со свечой зажигания, при этом число рабочих лопастей ротора равно числу золотников, а форма их поперечного сечения выполнена в виде криволинейной поверхности, образующей минимальный зазор с продольными кромками золотников в такте полного сжатия.

К недостаткам относятся: камера сгорания, расположенная во вращающемся золотнике, сложно осуществима для впрыска дизтоплива, бензина, газа; для удержания энергии расширяющихся газов в сторону подшипника; низкая степень перемешивания топлива и окислителя, где камера сгорания, расположенная между сопрягающихся деталей, не соответствует условиям герметичности.

Задачей является создание генератора энергии расширяющихся газов для привода различных исполнительных механизмов.

Задача повышения качества перемешивания топливно-воздушной смеси решается тангенциальным подводом и отводом рабочего тела, где центробежные силы откидывают мельчайшие смеси на стенку камеры сгорания, а вихревые потоки переводят в газообразное состояние взвеси, распределившиеся пленкой, рябью.

Задача ускорить сжигание топливно-воздушной смеси решается вращающимся золотником, перекрывающим камеру сгорания генератора на период впрыска, воспламенения и сжигания топлива в условиях постоянного объема.

Задача максимальное давление газов приложить на максимально развернутое плечо решается тем, что выемка в начале перевода рабочего тела имеет большую пропускную способность.

Задача перевода рабочего тела из одной камеры сгорания в другую сопровождается срывом газовой струи с короткой стороны сопла с закручиванием, эффектом Магнуса, возникновением огненного ядра, которое перекатывается по длинной стороне сопла и переходит на внешнюю сторону кольцевой камеры сгорания, где холодные фракции продуктов горения следуют по орбите, а горячие смещены к центру в сторону тангенциально расположенного щелевого кольцевого сопла. При этом, огненное ядро, воздействуя на газовую среду в кольцевой камере сгорания, разгоняет ее вдоль кольцевой оси.

Технический результат достигается тем, что генератор энергии расширяющихся газов расположен между компрессором и исполнительным механизмом и состоит из корпуса, внутри которого расположена сферическая вихревая камера сгорания с двумя глухими каналами, и золотника с выемкой, кинематически связанного с компрессором и исполнительным механизмом. Выемка золотника выполнена для подвода сжатого воздуха в камеру сгорания каналом от компрессора с последующим перекрытием камеры сгорания на период впрыска, воспламенения и сжигания топлива и переводом энергии расширяющихся газов исполнительному механизму вторым каналом по ходу вращения золотника, причем золотник посредством выемки подводит и отводит рабочее тело через первый глухой или второй канал тангенциально.

Что позволит:

1) использовать исполнительный механизм с лопастью и более (фиг. 2);

2) отдавать энергию расширяющихся газов исполнительному механизму, не имеющему собственную камеру сгорания (фиг. 2);

3) отдавать энергию расширяющихся газов исполнительному механизму, имеющему свой заряд сжатого воздуха (фиг. 3);

4) иметь необходимую компрессию на сжатии и длительно работать в режиме холостого хода, с использованием камеры сгорания генератора (фиг. 4);

5) форсировать ДВС, сжиганием топлива в двух камерах сгорания (фиг. 4);

6) использовать малую камеру сгорания для высокоскоростного воспламенения топлива в кольцевой вихревой камере сгорания (фиг. 6);

7) использовать энергию сжатого воздуха, например четвертым каналом для бесшумного передвижения с перспективой иметь два крутящих момента;

8) Использовать силовую камеру сгорания основного исполнительного механизма в качестве глушителя при работе малой камеры сгорания генератора (фиг. 4).

Генератор энергии расширяющихся газов состоит:

Фиг. 1. Корпус - 1, вращающийся золотник - 2, выемка золотника - 3, камера сгорания генератора - 4, глухие каналы камеры сгорания - 5, 6, каналы перевода рабочего тела - 7, 8, 9, компрессор - 10.

Фиг. 2. Исполнительный механизм с рабочим ходом в пределах 300-310 градусов.

Фиг. 3. Компрессор, генератор, исполнительный механизм с собственным зарядом сжатого воздуха.

Фиг. 4. Последовательная либо параллельная работа двух камер сгорания, либо одной из них, т.е. генератора с ДВС, имеющим собственную камеру сгорания.

Фиг. 5. Генератор: впрыск топлива различного вида.

Фиг. 6. Работа генератора с кольцевой камерой сгорания.

Фиг. 7. Способ увеличения частоты циклов вдвое.

Способ сжигания топлива в двигателе внутреннего сгорания осуществляется следующим образом и поясняется чертежом (Фиг. 1). Каналом 7 сжатый воздух поступает тангенциально от компрессора через выемку 3 золотника 2 в сферическую вихревую камеру сгорания 4, происходит впрыск топлива, воспламенение, сгорание с переводом энергии расширяющихся газов тангенциально глухим каналом 6 в канал перевода 8 на лопасть исполнительного механизма, либо в камеру сгорания ДВС, либо с использованием турбонаддува 11 через восполняемый резерв сжатого воздуха 12 и через выемку 13 вращающегося золотника 14 в генератор 15 с впрыском топлива, воспламенением и последующим переводом энергии расширяющихся газов в кольцевую камеру сгорания 16, которая имеет собственную систему подачи топлива и по внутреннему диаметру кольцевое щелевое тангенциальное сопло 17 для выхлопа тором.

Двигатель внутреннего сгорания с корпусом, золотником, камерой сгорания, каналами, системой впрыска топлива, отличающийся тем, что он включает компрессор, исполнительный механизм и генератор энергии расширяющихся газов, расположенный между компрессором и исполнительным механизмом, состоящий из корпуса, внутри которого расположена сферическая вихревая камера сгорания с двумя глухими каналами, и золотника, кинематически связанного с компрессором и исполнительным механизмом, у золотника имеется выемка для подвода сжатого воздуха в камеру сгорания каналом от компрессора с последующим перекрытием камеры сгорания на период впрыска, воспламенения и сжигания топлива и переводом энергии расширяющихся газов исполнительному механизму вторым каналом по ходу вращения золотника, причем золотник посредством выемки подводит и отводит рабочее тело через первый глухой или второй канал тангенциально.