Реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель состоит из несущего цилиндра с системой коммуникаций, поршня, кулисного барабана, воздушной камеры с кольцевым нагнетателем воздуха, механизма изменения степени сжатия, механизма выпуска отработавших газов с соплами, топливных и масляных насосов, системы зажигания, а также турбины и кожуха. Двигатель работает по двухтактному циклу с продувкой цилиндра воздухом в реактивном и турбореактивном режимах. Поршень приводом соединен с кулисой кулисного барабана, силы инерции поршня уравновешены кольцевым нагнетателем воздуха, который движется в противоположную сторону поршня. При открытии выпускных отверстий и каналов сопел сжатые газы выстреливают наружу. Происходит процесс их расширения, при этом импульсы силы реакции газов производят механическую работу и воздействуют на двигатель в виде силы тяги. Либо газы расширяются в турбине. Данный двигатель может быть применен как модуль для получения более мощного двигателя путем компоновки нескольких модулей в кассету, обойму, например, с общей турбиной. 5 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть применено на наземных, водных транспортных средствах, летательных аппаратах.
Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, в которых используются кинематические схемы с КШМ и продувкой цилиндров воздухом через продувочные окна (Устройство и ремонт автомобилей, 1987 г., "Высшая школа", Москва).
Недостатками известных современных двигателей внутреннего сгорания, несмотря на существенное их усовершенствование, внедрение сложных электронных систем, механизмов и приборов управления и подачи топлива и воздуха в цилиндры двигателя, очистки от продуктов сгорания, является их низкий КПД, который значительно меньше КПД реактивных двигателей. Основной причиной является недостаточная эффективность кинематической схемы с КШМ, применяемой в двигателе, в которой средний радиус кривошипа на активном участке давления поршня на кривошип составляет около 0,7 действительного кривошипа.
Технической задачей заявленного изобретения является повышение эффективности работы двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в двухтактном реактивно-турбинном двигателе внутреннего сгорания, содержащем несущий цилиндр, поршень с поршневым пальцем, выпускное отверстие с соплом, согласно изобретению, поршень соединен поршневым пальцем со штоком и поршневой балкой с шаровыми пальцами и шаровыми наконечниками, установленными в большой кулисе, двигатель состоит из разъемного кулисного барабана с большой и малой осевыми и радиальной кулисами, установленного на шариковых подшипниках на несущем цилиндре, упорной и регулировочной гаек перемещения одной разъемной части кулисного барабана относительно другой его части с целью изменения степени сжатия, воздушной камеры с кольцевым нагнетателем воздуха и двух штоков с шаровыми пальцами и шаровыми наконечниками, расположенными в большой кулисе кулисного барабана, крестовины с опорой, топливного насоса, насоса подачи газа, нагнетательного и откачивающего масляных насосов, торцевой плиты с опорой и фазовым кольцом выпуска отработавших газов с балкой, шаровыми пальцами и шаровыми наконечниками, расположенными в малой кулисе кулисного барабана, выпускными отверстиями с реактивными соплами, мотора-генератора, катушки зажигания с прерывателем, магнита, свечи зажигания, турбины с защитной рубашкой, установленной на консоли на шариковых подшипниках, кожуха двигателя, несущий цилиндр состоит из двух гильз, напрессованных одна на другую, на наружной поверхности внутренней гильзы выполнены воздушные каналы, продувочные окна, всасывающие и нагнетательные отверстия, проложены топливные, газовые и масляные трубопроводы с распылителями и форсунками, составляющие систему коммуникаций двигателя, плоскость балки поршня и плоскость штоков кольцевого нагнетателя, расположенные в большой кулисе кулисного барабана, смещены под углом 90 градусов друг к другу, в результате поршень и кольцевой нагнетатель движутся поступательно в противоположные стороны, их силы инерции взаимно уравновешиваются, реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания работает по двухтактному циклу с прямоточной продувкой цилиндра воздухом с избыточным давлением больше единицы, в исходном положении поршень находится возле НМТ, продувочные окна и выпускные отверстия для газов открыты, воздух, сжимаемый кольцевым нагнетателем и юбкой поршня, нагнетается в продувочные окна и очищает цилиндр, при движении поршня от НМТ закрываются отверстия выпуска газов и перед закрытием продувочных окон впрыскивается топливо или подается газ, далее происходит процесс сжатия, сгорания смеси, в конце сгорания поршень находится возле ВМТ, в это время открываются выпускные отверстия, и сжатые газы с большой скоростью вылетают-выстреливают через сопла, происходит процесс расширения газов, импульсы силы реакции этих газов производят механическую работу, которая передается в виде импульсов силы тяги на двигатель, или импульсы силы реакции газов передаются на лопасти турбины, реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания работает в реактивном и турбинном режимах, может быть применен как двигатель-модуль для получения более мощного двигателя путем компоновки нескольких модулей в кассету, обойму с общей турбиной или без нее, при незначительных конструктивных изменениях двигатель-модуль может работать в режиме обычного двигателя внутреннего сгорания.
В предлагаемом реактивно-турбинном двигателе внутреннего сгорания отработанные газы с большой скоростью вылетают из сопел, воздействуют на лопасти турбины, соединенной с трансмиссией транспортного средства. При этом Мкр в целом зависит от диаметра турбины. Или без турбины, когда импульсы силы реакции газов производят механическую работу в процессе их расширения и воздействуют в виде силы тяги на двигатель. Данный двигатель работает в реактивном и турбинном режиме. При незначительных конструктивных изменениях может работать в режиме обычного двигателя внутреннего сгорания.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 представлен продольный разрез двигателя;
на фиг.2 - развертка внутренней гильзы цилиндра;
на фиг.3 - разрез по турбине двигателя;
на фиг.4 представлен многоцилиндровый (кассетный) вариант двигателя;
на фиг.5 - продольный разрез (вариант).
Реактивно-турбинный двигатель состоит из несущего цилиндра 1 с системой коммуникаций, поршня 2 с поршневым пальцем 20, штока 40, поршневой балки 3 с шаровыми пальцами 21 и шаровыми наконечниками 22, кулисного барабана 4, механизма изменения степени сжатия, воздушной камеры 7, кольцевого нагнетателя 8 с уплотнительными кольцами 18, штоками 15 и шаровыми пальцами 16 с наконечниками 17, крестовины 9 с опорой 26, топливного насоса 27, насоса подачи газа 28, нагнетательного и откачивающего масляных насосов 29, механизма выпуска отработавших газов, системы зажигания, турбины 14 с защитной рубашкой 36, зубчатого венца 24, кожуха 39 двигателя.
Несущий цилиндр 1 состоит из внутренней гильзы Ц1, и наружной гильзы Ц2, напрессованных одна на другую. На наружной поверхности внутренней гильзы Ц1 выполнены каналы "в" для прохождения воздуха в цилиндр 1, продувочные окна ПО, всасывающие отверстия ВС, трубопроводы "б" для подачи бензина с форсунками "ф" и для подачи газа "г" с распылителями "р" непосредственно в продувочные окна ПО, трубопровод М для подачи смазки и трубопровод M1 для откачки излишней смазки, составляющие систему коммуникаций двигателя.
Поршень 2 расположен внутри несущего цилиндра 1, соединен поршневым пальцем 20 со штоком 40, и балкой 3, на концах балки 3 выполнены шаровые пальцы 21 с шаровыми наконечниками 22, которыми балка 3 установлена в большую кулису К1 кулисного барабана 4.
Кулисный барабан 4 разъемный на две части, которые центрируются по периметру барабана 4 штифтами 41, барабан 4 установлен на двух шариковых подшипниках 23 на несущем цилиндре 1. На внутренней поверхности барабана 4 выполнены осевые большая кулиса К1 и малая кулиса К2, и радиальная кулиса К3. В левой части барабана 4 установлены упорная гайка 25, навернутая на несущий цилиндр 1, и регулировочная гайка 6 изменения степени сжатия, навернутая на барабан 4.
Воздушная камера 7 установлена на несущем цилиндре 1, внутри камеры 7 расположено кольцо нагнетателя 8 с уплотнительными кольцами 18 и соединено с двумя штоками 15, которые расположены в наружных пазах Н гильзы Ц2, штоки 15 своими шаровыми пальцами 16 с наконечниками 17 расположены в большой кулисе К1, плоскость штоков 15 повернута относительно плоскости балки 3 поршня 2 на угол 90 градусов, в результате поршень 2 и кольцевой нагнетатель 8 движутся в противоположные стороны, их силы инерции взаимно уравновешиваются.
Топливный насос 27, насос подачи газа 28, нагнетающие и откачивающие масляные насосы 29 установлены в крестовине 9, приводятся в действие от кулисы КЗ и соединены трубопроводами (фиг.2) с продувочными окнами ПО несущего цилиндра 1, в котором установлены распылители "р" и форсунки "ф" топлива и газа. Нагнетательный масляный насос 29 подает масло к каждой трущейся детали по трубопроводу М, излишняя смазка откачивается по трубопроводу M1.
Механизм выпуска газов состоит из торцевой плиты 10 с опорой 30, фазового кольца 11 с балкой 31, шаровыми пальцами 32 и шаровыми наконечниками 33, расположенными в малой кулисе К2, выпускными отверстиями с соплами 34.
Система зажигания состоит из катушки зажигания 12, с прерывателем, мотором-генератором 13, магнита NS. Мотор-генератор выполняет роль стартера и генератора, свечи.
Турбина 14 (фиг.3) с защитной рубашкой 36 установлена на консоли 37 на шариковых подшипниках 38.
Зубчатый венец 24 установлен на кулисном барабане 4, предназначен для ручного запуска двигателя и соединения двигателей для работы в кассетном варианте.
Кожух 39 установлен на торцевых опорах 26 и 30.
Работа реактивно-турбинного двигателя внутреннего сгорания (фиг.1, 3, 5). В исходном положении поршень 2 находится возле НМТ, продувочные окна ПО открыты, выпускные отверстия выпуска газов открыты. Воздух, сжимаемый кольцевым нагнетателем 8 в воздушной камере 7 и юбкой поршня 2 по воздушным каналам "в", подается в цилиндр 1 и производит его продувку. В начале движения поршня к ВМТ перед закрытием продувочных окон ПО закрываются выпускные отверстия "вып" в это время через окна ПО в цилиндр впрыскивается топливо, или подается газ, после закрытия окон ПО происходит процесс сжатия и сгорания смеси при постоянном объеме камеры сгорания. В конце сгорания фазовое кольцо 11 открывает выпускные отверстия "вып", происходит процесс расширения сжатых газов, которые с большой скоростью вылетают-выстреливают через сопла 34 наружу. Импульсы силы реакции этих газов производят механическую работу, которая передается на двигатель в виде импульсов силы тяги.
Реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания работает в реактивном и турбинном режимах и может быть применен как двигатель-модуль для получения более мощного двигателя путем компоновки нескольких модулей в кассету, обойму (фиг.4) с общей турбиной или без нее.
Двухтактный реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий несущий цилиндр, поршень с поршневым пальцем, выпускное отверстие с соплом, отличающийся тем, что поршень соединен поршневым пальцем со штоком и поршневой балкой с шаровыми пальцами и шаровыми наконечниками, установленными в большой кулисе, двигатель состоит из разъемного кулисного барабана с большой и малой осевыми и радиальной кулисами, установленного на шариковых подшипниках на несущем цилиндре, упорной и регулировочной гаек перемещения одной разъемной части кулисного барабана относительно другой его части с целью изменения степени сжатия, воздушной камеры с кольцевым нагнетателем воздуха и двух штоков с шаровыми пальцами и шаровыми наконечниками, расположенными в большой кулисе кулисного барабана, крестовины с опорой, топливного насоса, насоса подачи газа, нагнетательного и откачивающего масляных насосов, торцевой плиты с опорой и фазовым кольцом выпуска отработавших газов с балкой, шаровыми пальцами и шаровыми наконечниками, расположенными в малой кулисе кулисного барабана, выпускными отверстиями с реактивными соплами, мотор-генератора, катушки зажигания с прерывателем, магнита, свечи зажигания, турбины с защитной рубашкой, установленной на консоли на шариковых подшипниках, кожуха двигателя, несущий цилиндр состоит из двух гильз, напрессованных одна на другую, на наружной поверхности внутренней гильзы выполнены воздушные каналы, продувочные окна, всасывающие и нагнетательные отверстия, проложены топливные, газовые и масляные трубопроводы с распылителями и форсунками, составляющие систему коммуникаций двигателя, плоскость балки поршня и плоскость штоков кольцевого нагнетателя, расположенные в большой кулисе кулисного барабана, смещены под углом 90° друг к другу, в результате поршень и кольцевой нагнетатель движутся поступательно в противоположные стороны, их силы инерции взаимно уравновешиваются, реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания работает по двухтактному циклу с прямоточной продувкой цилиндра воздухом с избыточным давлением больше единицы, в исходном положении поршень находится возле НМТ, продувочные окна и выпускные отверстия для газов открыты, воздух, сжимаемый кольцевым нагнетателем и юбкой поршня, нагнетается в продувочные окна и очищает цилиндр, при движении поршня от НМТ закрываются отверстия выпуска газов и перед закрытием продувочных окон впрыскивается топливо или подается газ, далее происходит процесс сжатия, сгорания смеси, в конце сгорания поршень находится возле ВМТ, в это время открываются выпускные отверстия и сжатые газы с большой скоростью вылетают-выстреливают через сопла, происходит процесс расширения газов, импульсы силы реакции этих газов производят механическую работу, которая передается в виде импульсов силы тяги на двигатель или импульсы силы реакции газов передаются на лопасти турбины, реактивно-турбинный двигатель внутреннего сгорания работает в реактивном и турбинном режимах, может быть применен как двигатель-модуль для получения более мощного двигателя путем компоновки нескольких модулей в кассету, обойму с общей турбиной или без нее, при незначительных конструктивных изменениях двигатель-модуль может работать в режиме обычного двигателя внутреннего сгорания.
