Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания, содержит компрессор с впускным патрубком, ротор с уплотнительным элементом, расположенный внутри корпуса компрессора, камеру расширения с выпускным патрубком, внутри которой расположен ротор с уплотнительным элементом и камеру сгорания, при этом камера сгорания выполнена с впускным и выпускным клапанами и устройством для впрыскивания топлива, и соединена посредством перепускных патрубков с корпусами компрессора и камеры расширения, их роторы жестко установлены на одном валу с ваховиком на конце, уплотнительный элемент каждого ротора выполнен в виде лопатки, установленный в пазу ротора, при этом роторы смещены один относительно другого на 180 град. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению.

Наиболее близким техническим решением по своей технической сущности и достигаемому результату является патент США N 4086882, 1978.

Данный двигатель состоит из двух секций, которые соединены общим эксцентриковым валом. В первой секции происходят рабочие циклы, то есть четыре такта, но они происходят за один оборот трехгранного ротора двигателя. Таким образом, двигатель можно отнести к двухтактным с такой особенностью, что в нем одновременно происходят рабочие циклы, как в трехцилиндровых двигателях. В первой же секции происходит поджигание богатой топливо-воздушной смеси. Устройство для подачи топлива и первичного воздуха соединено с первичной секцией. Сгорающее топливо и образующиеся газы из первой секции попадают по короткому каналу во вторичную секцию. Особенностью устройства вторичной секции является то, что эксцентриковый вал в ней выполнен таким образом, что роторы первичной и вторичной секции находятся в противоположных фазах работы. Вторичная секция работает таким образом, что он одновременно всасывает воздух и подает в короткий канал, где будет происходить горение обедненной горючей смеси. Одновременно во вторичной секции будет происходить выпуск отработавших газов, которые совершают дополнительную положительную работу, оказывая вращающее действие на ротор вторичной секции. Одновременно такая работа не позволяет более эффективнее повысить оборотоприемистость двигателя и сократить токсичность отработавших газов.

Техническим результатом изобретения является то, что ДВС сокращает количество вредных выбросов и позволяет повысить КПД, являясь одновременно двухтактным. Этому способствует устройство и согласованная работа двух секций.

На фиг. 1 представлено схематическое продольное сечение двигателя; на фиг. 2 диаграмма фаз газораспределения двигателя; на фиг. 3 устройство впускного клапана камеры сгорания; на фиг. 4 устройство привода выпускного клапана камеры сгорания.

Данный результат достигается тем, что двигатель делится на три функционирующие части: В компрессор, Г камера сгорания, Д камера расширения. Если рассматривать поэлементно, то двигатель включает вал 1, на который жестко насажены ротор 2 компрессора с лопаткой 3 в пазу, ротор 12 камеры расширения с лопаткой 14 в пазу и маховик 13. Роторы 2 и 12 расположены внутри корпуса 4 камеры компрессора и корпуса 11 камеры расширения соответственно. К корпусу 4 компрессора присоединяется впускной патрубок 16. Выпускной патрубок 5 компрессора соединяет его с камерой сгорания 8. В камере сгорания 8 устанавливается устройство 7 (форсунка) для впрыскивания в камеру топлива. К корпусу 11 камеры расширения присоединяется выпускной патрубок 15. Особенностью является то, что лопатка 3 и 14 расположены в пазах в противоположные стороны.

Работа двигателя начинается с момента преодоления лопаткой компрессора верхнего положения ВП. Лопатка компрессора начнет движение к нижнему положению НП (по направлению показанной стрелкой и обозначенной буквой на фиг. 1). При этом за перемещение ее до 90^o будет осуществляться холостой ход, то есть никаких активных действий в компрессоре осуществляться не будет. А в камере расширения в это время лопатка преодолевает нижнее положение и осуществляет конечный этап выпуска воздуха, находящегося перед лопаткой. Преодолев холостой ход, лопатка компрессора начнет осуществлять в компрессоре сжатие и впуск одновременно. Процесс выпуска в камере расширения идет до момента достижения лопаткой выпускного окна камеры расширения, а окно расположено, не достигая до верхнего положения лопаткой на угол 40-50^o. В момент достижения лопаткой камеры расширения своего верхнего положения в компрессоре лопатка достигает нижнего положения. В камере расширения начинается начальный этап выпуска, а в компрессоре продолжается впуск со сжатием. Сжатие продолжается до достижения давления в компрессоре до 3,5-4 МПа, впуск продолжается до достижения лопаткой компрессора верхнего положения. Указанное выше давление достигается в компрессоре при повороте лопатки начиная с момента активного поворота (с 90^o поворота от верхнего положения) на 225^o, то есть не достигая лопаткой компрессора верхнего положения ВП на угол 45^o. Далее под действием созданного в компрессоре давления открывается впускной клапан камеры сгорания КС. В КС осуществляется продувка, а также она заполняется сжатым до 3,4-4 МПа и нагревшимся до 900 К воздухом. В конце продувки, которая длится до поворота лопатки компрессора на 45^o, то есть до достижения лопаткой компрессора верхнего положения, клапаны камеры сгорания закрываются. В камеру сгорания впрыскивается топливо и оно начинает гореть сопровождаясь повышением давления до 8 МПа и температуры до 2300 К. Горение в камере сгорания происходит за период, когда лопатка компрессора перемещается от верхнего положения до нижнего положения, а также когда лопатка камеры расширения перемещается от нижнего положения до верхнего положения. Когда лопатка камеры расширения достигает верхнего положения, открывается выпускной клапан камеры сгорания, и в камере расширения начинается расширение и одновременно выпуск, а в это время в компрессоре осуществляется впуск и сжатие. Таким образом, начинается активная работа двигателя. В компрессоре впуск продолжается до достижения лопаткой верхнего положения, а сжатие продолжается до достижения давления перед лопаткой до 3,5-4 МПа. Далее под действием давления открывается впускной клапан камеры сгорания и там начинается продувка при открытом положении обоих клапанов камеры сгорания. Продувка начинается, когда лопатка не достигает компрессора до верхнего положения угла 45^o. К моменту начала продувки в камере сгорания в камере расширения давление по мере расширения газов с 8 МПа падает до 3,5-4 МПа. Поэтому продувка наряду с камерой сгорания проходит и в камеру расширения, так как они связаны патрубком. Продувка заканчивается по достижению лопаткой компрессора верхнего положения, и камера сгорания заполняется сжатым до 3,5-4 МПа и нагревшимся до 900 К воздухом. В камере сгорания впрыскивается топливо, и оно начинает греть, а клапаны сгорания при этом закрыты. Одновременно с горением в камере сгорания в камере расширения происходит конечный этап расширения, которая заканчивается по достижению лопаткой выпускного окна камеры расширения, которая расположена не достигая верхнего положения на угол 40-50^o. Также одновременно в камере расширения происходит выпуск. Происходят активный и пассивный выпуски. Активный выпуск соответствует принудительному выпуску, когда лопатка камеры расширения выталкивает находящийся перед ним газы в выпускное окно. И происходит активный выпуск до достижения лопаткой камеры расширения до выпускного окна. Пассивный выпуск начинается по окончании активного и происходит за счет остаточного давления в камере расширения, которое равно 0,3-0,5 МПа. Пассивному выпуску соответствует поворот лопатки камеры расширения от выпускного окна до ее верхнего положения. Этот поворот осуществляется за счет кинетической энергии накопленный маховиком и роторами, а в остальное время вал двигателя вращается за счет энергии от расширения газов. По мере начала и продолжения горения в камере сгорания в компрессоре начинается холостой ход, который заканчивается по достижении лопаткой компрессора впускного окна компрессора. В компрессоре в это время начинается впуск со сжатием. Также одновременно в камере расширения происходит расширение с выпуском. Далее работа в двигателе входит в установившийся режим. В установившемся режиме двигатель работает следующим образом. Первый такт осуществляется при повороте лопатки компрессора от верхнего положения до нижнего положения. За это время в компрессоре происходит холостой ход и начинается впуск со сжатием, в камере сгорания происходит горение, а в камере расширения заканчивается расширение и выпуски активный и пассивный. Второй такт осуществляется при повороте лопатки компрессора от нижнего до верхнего положения. При этом в компрессоре происходит впуск и сжатие. Сжатие заканчивает продувкой камеры сгорания и камеры расширения, а впуск заканчивается по достижению лопаткой компрессора своего верхнего положения. в камере расширения происходит активный выпуск и расширение поступающего из камеры сгорания газа. Продувка камеры сгорания и камеры расширения происходит за период, начиная со 45^oдо верхнего положения и кончая верхним положением лопатки компрессора. Все такты в двигателе происходят за один оборот вала двигателя, то есть двигатель работает в двухтактном режиме. Двигатель оборотоприемистей, что достигается разделением такта рабочего хода на отдельно происходящие горение и расширение. Горение происходит за время поворота вала на 180^o, а расширение происходит за время поворота вала на 310-320^o. Следовательно рабочий ход совершается за время поворота вала на 180^o+(310-320^o) 490-500^o.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор с впускным патрубком, ротор с уплотнительным элементом, расположенный внутри корпуса компрессора, камеру расширения с выпускным патрубком, внутри которой расположен ротор с уплотнительным элементом, и камеру сгорания, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена с впускным и выпускным клапанами и устройством для впрыскивания топлива и соединена посредством перепускных патрубков с корпусами компрессора и камеры расширения, их роторы жестко установлены на одном валу с маховиком на конце, уплотнительный элемент каждого ротора выполнен в виде лопатки, установлен в пазу ротора, при этом роторы смещены один относительно другого на 180^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4