Реактивный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с качательным движением рабочих органов. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания осуществляется между качающимися лопастями. Процесс сгорания происходит при постоянном объеме, в момент максимального давления газов в камере сгорания открываются сопла и происходит мгновенный вылет-выстрел этих газов, импульсы силы реакции газов передаются на корпус, вызывая поступательное прямолинейное движение двигателя. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено в качестве реактивного двигателя и реактивной подвески на транспортных средствах, а также летательных аппаратах.

Известны двигатели ротационного типа с ротором и четырьмя клиновидными камерами, работающим по четырехтактному циклу (патент Германии №4201993, опубл. 1993).

В известном двигателе внутреннего сгорания топливо, смешанное с воздухом, сгорает в цилиндре двигателя в небольшом замкнутом пространстве, где возникает высокое давление и температура, при этом выделяемая тепловая энергия преобразуется в механическую работу, которая передается через поршень, коленчатый вал на трансмиссию и колеса транспортного средства. Процесс сгорания в двигателе с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) происходит не при постоянном объеме, так как поршень не задерживается возле В.М.Т, при движении поршня к Н.М.Т по углу поворота коленчатого вала на 90° происходит быстрое увеличение объема цилиндра потому, что поршень проходит 60% пути до Н.М.Т, давление отработавших газов резко снижается и при выпуске газы выталкиваются поршнем из цилиндра. Из-за несовершенства конструкций КШМ для полной очистки цилиндра от продуктов сгорания начало их выпуска производится задолго до конца процесса расширения и значительная часть тепловой энергии выталкиваются поршнем в трубопровод и работает вхолостую.

Недостатком аналога низкая эффективность сжигания топливного заряда.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что реактивный двигатель внутреннего сгорания состоит из закрываемых с обоих торцов цилиндрического корпуса с осесимметрично установленным валом, в корпусе выполнены отверстия для подвода смеси топлива с воздухом, отверстия для установки свечей зажигания и отверстия для отвода отработавших газов, на валу внутри корпуса установлены две части, которые образуют ротор с четырьмя клиновидными камерами переменного объема. Согласно изобретению, он состоит из двух систем, каждая система состоит из разъемного корпуса с внутренней сферической или цилиндрической поверхностью, ротора, опорного вала, маховика с кулисой, механизма привода ротора, фазового диска с шестернями привода, газовых сопел, уплотнений лопастей и ротора, крестовин корпуса, форсунок топлива, свечей зажигания, механизмов и узлов инфраструктуры двигателя, в корпусе установлены четыре радиальные перегородки, образующие четыре рабочие полости, в каждой рабочей полости размещена лопасть, которая делит эту полость на две камеры изменяемых объемов, ротор цилиндрический, пустотелый с четырьмя лопастями и венцом привода установлен в корпусе на скользящих подшипниках и одновременно на шариковом подшипнике на опорном валу, маховик установлен на опорном валу, на торцевой плоскости маховика выполнена кулиса, два зубчатых сектора привода ротора с двумя роликами расположены на общих осях и находятся в зацеплении с венцом ротора, фазовый диск установлен на опорном валу на шариковом подшипнике и на выступе корпуса на скользящем подшипнике и плотно закрывает торцевой плоскостью сопла, соединенные с камерами сгорания, приводится во вращение планетарной передачей, при вращении маховика кулиса поворачивает зубчатые секторы и венец с ротором на некоторый угол, и ротор совершает маятниковое движение, при повороте ротора по часовой стрелке лопасти занимают крайнее правое положение возле перегородок, воздух в камерах сгорания сжимается на величину установленной степени сжатия, в это время в левых камерах объемы увеличиваются, происходит всасывание воздуха через пластинчатые клапаны перегородок, в камеры сгорания впрыскивается форсунками топливо, которое воспламеняется от свечей зажигания, движение ротора и лопастей на некотором углу поворота кулисы замедляется, в камерах сгорания происходит процесс сгорания при постоянном объеме, резко нарастает давление газов, в конце сгорания фазовый диск открывает сопла и происходит мгновенный вылет-выстрел продуктов сгорания, импульсы силы реакции передаются на корпус, вызывают его прямолинейное движение, после закрытия сопел ротор поворачивается против часовой стрелки, объемы камер сгорания увеличиваются, происходит процесс расширения оставшихся газов и продувка камер сгорания воздухом через окна из полости ротора и окна в корпусе, при этом в левых камерах объемы уменьшаются, воздух вытесняется через пластинчатые клапаны лопастей в полость ротора, создавая избыточное по сравнению с атмосферным давление и охлаждая лопасти, в результате камеры сгорания выполняют функции двигателя, работающего в режиме двухтактного двигателя по сокращенному циклу, а левые камеры - функции нагнетателя воздуха объемного типа, системы объединены в один блок, где силы инерции движущихся деталей взаимно уравновешиваются.

В предлагаемом реактивном роторном двигателе смесь топлива с воздухом сгорает при постоянном объеме, которое обеспечивается замедлением движения лопастей в конце сжатия воздуха в камерах сгорания, в конце горения отработавшие газы, находящиеся в камерах сгорания под высоким давлением, с большой скоростью вылетают-выстреливаются в боковые сопла корпуса двигателя, создавая реактивную силу, вызывающую прямолинейное движение двигателя.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 представлен продольный разрез двигателя;

на фиг.2 - поперечный разрез;

на фиг.3 - поперечный разрез по зубчатым секторам;

на фиг.4 - поперечный разрез по соплам;

на фиг.5 - компоновка двигателя из двух систем.

Реактивный двигатель состоит из двух систем Д (фиг.5), каждая система состоит из разъемного корпуса 1 с внутренней сферической поверхностью, ротора 2 с четырьмя лопастями 3, опорного вала 4, маховика 5 с кулисой К, механизма привода ротора 3, фазового диска 6 с планетарным механизмом привода, газовых сопел 7, уплотнителей 8 лопастей 3 и ротора 2, крестовин 9 корпуса 1, форсунок 10 подачи топлива, свечей 11 зажигания, механизмов и узлов инфраструктуры двигателя. В корпусе 1 установлены четыре радиальные перегородки 12, образующие рабочие полости Н, каждая рабочая полость Н разделена лопастью 3 на две камеры изменяемых объемов, на периметре корпуса 1 выполнены продувочные окна "а", на лопастях 3 по периметру установлены уплотнительные полукольца 8, с одной стороны корпуса 1 параллельно оси ротора 3 выполнены четыре газовых сопла 7 с кольцевыми уплотнениями 29. Ротор 2 пустотелый с полостью С, продувочными окнами "в" и венцом 14 привода установлен на скользящем подшипнике 15 в корпусе 1, внутри ротора 2 на цилиндрической вставке 16 и шариковом подшипнике 17 установлен опорный вал 4, на вставке 16 выполнен зубчатый венец 14 привода ротора 2. Маховик 5 установлен на опорном валу 4, на торцевой плоскости выполнены пазы кулисы К, на периметре установлен зубчатый венец 19 для соединения систем Д и привода их стартером. Механизм привода ротора 2 включает два зубчатых сектора 20 с роликами 21, установленных на осях 22 на корпусе 1 и входят в зацепление с зубчатым венцом 14 ротора 2. Фазовый диск 6 установлен на наружном кольцевом выступе 23 корпуса 1 на скользящем подшипнике 24 и шариковом подшипнике 17 на опорном валу 4, приводится во вращательное движение от планетарной передачи, состоящей из зубчатого венца 25, шестерни 26, установленной на опорном валу 4 (промежуточная шестерня на чертежах не показана), на торцевой плоскости фазового диска 6 выполнены четыре отверстия 28 для вылета газов из сопел 7, газовые сопла 7 соединены с камерами сгорания, в корпусе 1 с торца сопла 7 имеют кольцевые уплотнения 29 и плотно прижаты боковой плоскостью фазового диска 6. Боковые крестовины 9 служат для жесткости корпуса 1 и установки механизмов и узлов инфраструктуры двигателя. Работа реактивного двигателя (фиг.1, 2, 3, 4). При вращении маховика 5 кулиса К перемещает ролики 21с зубчатыми секторами 20 в направлении центра оси ротора 2 и обратно, одновременно поворачивается зубчатый сектор 20, зацепленный с зубчатым венцом 14 ротора 2, на некоторый угол, при этом ротор 2 с лопастями 3 совершает маятниковое движение, угол поворота ротора 2 в четыре раза меньше угла поворота маховика 5. При повороте ротора 2 по часовой стрелке лопасти 3 занимают крайнее правое положение возле перегородок 12, сжимая воздух в камерах сгорания J до величины степени сжатия. Одновременно в левых камерах полостей Н, относительно лопастей 3, объемы увеличиваются, происходит всасывание воздуха через пластинчатые клапаны 30 с пружинами 33 перегородок 12. В правых камерах полостей Н в конце сжатия, форсунки 10 впрыскивают топливо в камеры сгорания, которое воспламеняется свечами 11, в этот период кулиса К замедляет движение лопастей 3, происходит сгорание смеси при постоянном объеме и нарастание давления газов до максимальной величины. В конце сгорания фазовый диск 6, вращающийся в два раза медленнее маховика 5, своими отверстиями 28 открывает сопла 7, происходит мгновенный вылет-выстрел отработавших газов, их импульсы реакции силы передаются на корпус 1, вызывают его поступательное прямолинейное движение. После закрытия сопел 7 ротор 2 поворачивается против часовой стрелки, объемы камер сгорания увеличиваются, происходит процесс расширения оставшихся отработавших газов, продувка камер сгорания через окна "в" в роторе 2 и окна "а" в корпусе 1. Одновременно в левых камерах объемы уменьшаются, воздух вытесняется через плоские клапаны 31 с пружинами 32 лопастей 3 и окна f в полость С ротора 2, создавая там избыточное давление и охлаждая лопасти 3. В результате правые камеры сгорания выполняют функции двигателя внутреннего сгорания, левые камеры-функции нагнетателя воздуха объемного типа. Две системы Д объединены в блок (фиг.5), центробежные силы и силы моментов инерции движущихся деталей взаимно уравновешиваются.

Формула изобретения

Реактивный двигатель внутреннего сгорания, который состоит из закрываемого с обоих торцов цилиндрического корпуса с осесимметрично установленным валом, в корпусе выполнены отверстия для подвода смеси топлива с воздухом, отверстия для установки свечей зажигания и отверстия для отвода отработавших газов, на валу внутри корпуса установлены две части, которые образуют ротор с четырьмя клиновидными камерами переменного объема, отличающийся тем, что он состоит из двух систем, каждая система состоит из разъемного корпуса с внутренней сферической или цилиндрической поверхностью, ротора, опорного вала, маховика с кулисой, механизма привода ротора, фазового диска с шестернями привода, газовых сопел, уплотнений лопастей и ротора, крестовин корпуса, форсунок топлива, свечей зажигания, механизмов и узлов инфраструктуры двигателя, в корпусе установлены четыре радиальные перегородки, образующие четыре рабочие полости, в каждой рабочей полости размещена лопасть, которая делит эту полость на две камеры изменяемых объемов, ротор цилиндрический, пустотелый с четырьмя лопастями и венцом привода установлен в корпусе на скользящих подшипниках и одновременно на шариковом подшипнике на опорном валу, маховик установлен на опорном валу, на торцевой плоскости маховика выполнена кулиса, два зубчатых сектора привода ротора с двумя роликами расположены на общих осях и находятся в зацеплении с венцом ротора, фазовый диск установлен на опорном валу на шариковом подшипнике и на выступе корпуса на скользящем подшипнике и плотно закрывает торцевой плоскостью сопла, соединенные с камерами сгорания, приводится во вращение планетарной передачей, при вращении маховика кулиса поворачивает зубчатые секторы и венец с ротором на некоторый угол, и ротор совершает маятниковое движение, при повороте ротора по часовой стрелке лопасти занимают крайнее правое положение возле перегородок, воздух в камерах сгорания сжимается на величину установленной степени сжатия, в это время в левых камерах объемы увеличиваются, происходит всасывание воздуха через пластинчатые клапаны перегородок, в камеры сгорания впрыскивается форсунками топливо, которое воспламеняется от свечей зажигания, движение ротора и лопастей на некотором углу поворота кулисы замедляется, в камерах сгорания происходит процесс сгорания при постоянном объеме, резко нарастает давление газов, в конце сгорания фазовый диск открывает сопла и происходит мгновенный вылет-выстрел продуктов сгорания, импульсы силы реакции передаются на корпус, вызывают его прямолинейное движение, после закрытия сопел ротор поворачивается против часовой стрелки, объемы камер сгорания увеличиваются, происходит процесс расширения оставшихся газов и продувка камер сгорания воздухом через окна из полости ротора и окна в корпусе, при этом в левых камерах объемы уменьшаются, воздух вытесняется через пластинчатые клапаны лопастей в полость ротора, создавая избыточное по сравнению с атмосферным давление и охлаждая лопасти, в результате камеры сгорания выполняют функции двигателя, работающего в режиме двухтактного двигателя по сокращенному циклу, а левые камеры - функции нагнетателя воздуха объемного типа, системы объединены в один блок, где силы инерции движущихся деталей взаимно уравновешиваются.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5