Камера детонационного сжигания топлива (варианты)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности сжигания топлива. Сущность изобретения заключается в том, что камера детонационного сгорания топлива в двигателе состоит из металлического корпуса с внутренней сферической поверхностью и керамическим покрытием, клапанной системы подачи сжатого воздуха и отвода сгоревших газов в поршневую систему через металлокерамические патрубки с системой вихреобразования. Форсунка для распыливания топлива имеет отверстия впрыска на ее окончании, расположенные на одинаковом расстоянии от внутренней поверхности камеры сгорания. Согласно изобретению внутренняя поверхность металлокерамической камеры выполнена шаровой, а впрыск топлива происходит из центра камеры во все стороны равноудаленно от стенок в камере сгорания. При детонационном сгорании топлива существенно сокращается его потребление и увеличивается полнота его сгорания. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее может быть применено во всех транспортных средствах, а также в энергопроизводстве (тепловых электростанций). Задачей изобретения является способ детонационного сжигания топлива, для экономии в двигателях внутреннего сгорания, для увеличения мощности, долговечности, частоты вращения, уменьшения габаритов и. т.д.

Рассмотрим патенты, наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому:

В патенте US 4594976 А - обычная сферическая, предварительная «открытая» камера сгорания в корпусе соединенная через открытый канал с основной камерой сгорания в поршне по обычному циклу.

В патенте SU 688664 А1 камера сгорания - тороидального типа для лучшего завихрения сжимаемого воздуха и впрыск топлива из ее центра в диагональном направлении из конусообразного наконечника с выемкой, не предполагаемого детонационного сгорания топлива.

В патенте US 5178109 А вихревая камера сгорания имеет объемную квадратную внутреннюю форму. Сама камера сгорания хоть и отделена от обычной поршневой системы расширения, но не является герметично закрывающейся, во время цикла сгорания, сохраняя диаметрально расположенные каналы вокруг клапана, соединяющие ее с основной камерой. И эта система не предполагает детонационное сгорание топлива в камере. Хотя и предполагает керамическое покрытие камеры сгорания.

В патенте US 4807579 А предполагается двухтактная система сгорания топлива в отдельной камере сгорания, соединенной с основной камерой сгорания и двумя клапанами на выхлопе для лучшей продувки цилиндра.

В патенте GB 714126 А сферический элемент устанавливается не в центре фор камеры, а со сдвигом и крепится к стенкам, либо форсунке может быть как из металла, так и из керамики. Но он не является распылителем наконечника форсунки с отверстиями по всей сфере, а служит для нагрева топливной смеси или ее поджога при впрыске, и так же не содержит герметичную камеру сгорания, отдельно стоящую от механизма преобразования давления газов в крутящий момент.

Все вышеописанные устройства для сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания объединяет сжигание топлива не в отдельно стоящей камере сгорания, а в совмещенной общим объемом с механизмом преобразования давления газов в крутящий момент. Но, несмотря на разницу в конструкции, работа двигателя оставалась четырехтактной либо двухтактной, а технологическая схема подачи и сгорания топлива осталась неизменной.

Задачей данного изобретения является конструирование отдельно стоящей камеры сгорания с детонационным циклом сжигания топлива, позволяющей максимально использовать ресурс сжигания топлива, уменьшение токсичных выхлопов. Предлагаемым изобретением эта задача решается.

Данная задача достигается тем, что детонационная камера сгорания, состоящая из металлического корпуса с внутренней сферической поверхностью и керамическим покрытием, клапанной системой подачи сжатого воздуха и отвода сгоревших газов в поршневую систему, через металлокерамические патрубки с системой вихреобразования, а также форсункой для распыления топлива, с отверстиями впрыска на ее окончании, расположенными на одинаковом расстоянии от внутренней поверхности камеры сгорания, отличающаяся тем, что: металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из центра камеры во все стороны равноудаленно от стенок в камере сгорания.

Примером применения данного способа применения камеры с детонационным сгоранием топлива может служить двухтактный роторный двигатель с детонационными камерами сгорания 1, содержащий отдельные герметичные металлокерамические детонационные камеры сгорания 13 с внутренней шаровой керамической поверхностью 7, и металлическим корпусом 2 с клапанной системой, подачи воздуха 4 и отвода сгоревших газов 5 в поршневую систему роторного двигателя с внутренней металлокерамической поверхностью. Подведенные патрубки 3 с системой вихреобразования, а также форсунку 8 для распыления топлива с окончанием в виде шара, равноудаленную от внутренних поверхностей камеры сгорания. Отверстия распыления топлива также равноудалены от стенок камеры. А также двухроторным механизмом 1 для преобразования давления сгоревших газов 6 в крутящий момент на выходном валу, и содержащий ротор для накачки воздуха под давлением в детонационные камере сгорания 13, вместе с дополнительным набором вспомогательных устройств.

На Фиг. 1 изображен двухтактный роторный двигатель с детонационной камерой сгорания 13 на базе двухроторной машины 1. Изображены также детонационные камеры сгорания 13, в которые накачивается сжатый воздух от воздушного компрессора через воздуховод 3.

На Фиг. 2 изображен разрез двухтактного роторного двигателя 1 с детонационной камерой сгорания 13 в момент рабочего хода с потоком сгоревшей детонационной смеси 6. Шестнадцать детонационных камер сгорания 13. Закрытый впускной клапан 4 и открытый выпускной клапан 5, через который детанационно сгоревшие газы вращают ротор двигателя 1. Отработанные газы 11, выходящие в атмосферу. Сжатый воздух 10 для накачки в детонационную камеру сгорания.

На Фиг. 3 изображена сферическая детонационная камера сгорания 13 с металлическим внешним корпусом 2 и керамическим покрытием 7. Изображена также керамическая форсунка впрыска 8 со сферической головкой, расположенной в центре детонационной камеры сгорания 13 со сжатым воздухом 9. Также изображены впускной клапан 4 для сжатого воздуха 10, выпускной клапан 5 и сгоревшие газы 6.

На Фиг. 4 изображен вариант впрыска топлива с форсунки 8 в противоход завихрения воздуха в металлокерамическую камеру сгорания 13 с керамическим покрытием 7 и сжатым воздухом 9.

На Фиг. 5 изображен вариант впрыска топлива с форсунки 8 по направлению завихрения воздуха в металлокерамическую камеру сгорания 13 с керамическим покрытием 7 и сжатым воздухом 9.

На Фиг. 6 изображен вариант впрыска топлива из форсунок 8 по контуру сгорания металлокерамической камеры сгорания 13 в центр, с керамическим покрытием 7 и сжатым воздухом 9.

На Фиг. 7 изображен вариант впрыска топлива из форсунок 8 по контуру сгорания металлокерамической камеры 13 с керамическим покрытием 7 в противоход завихрения сжатого воздуха 9.

На Фиг. 8 изображен вариант впрыска топлива из форсунок 8 по контуру сгорания металлокерамической камеры 13 с керамическим покрытием 7 в сторону завихрения сжатого воздуха 9.

На Фиг. 9 на разрезе изображен поперечный разрез вихревой выемки 12 в канале отвода сгоревших газов с керамическим покрытием 7.

Двухтактный роторный двигатель с детонационными камерами сгорания работает следующим образом: при крайнем положении перегородки одного из поршней, открывается клапан подачи сжатого воздуха 4 через входной патрубок воздухопровода 3 с системой вихреобразования, и металлокерамическая детонационная камера 13 наполняется сжатым воздухом 10 из воздухопровода 3. При перемещении ротора, двухтактного роторного двигателя 1, в другое крайнее положение за 3-5 градуса до мертвой точки, оба клапана 4 и 5 металлокерамической детонационной камеры 13 закрываются, и происходит вихревая подача топлива через форсунку 8. При столкновении с керамическими стенками 7 камеры, происходит детонационное сгорание смеси (скорость сгорания топлива около 2000 м / сек). Форсунка 8 закрывается, и примерно за 1 градус до крайнего положения ротора клапан 5, отвода сгоревших газов 6, из металлокерамической детонационной камеры 13, открывается, а в это же время закрывается клапан отвода в атмосферу использованных расширенных газов в механизме роторного двигателя 1. Раннее открытие клапана 5 необходимо для тушения инерции движения ротора при подходе до крайней мертвой точки. Давление сгоревших газов, через открытый клапан 5, толкает ротор в противоположное крайнее положение. С другой стороны стенки ротора происходит такт отвода отработанной смеси в атмосферу, то есть ротор вращается в противоположном направлении, выталкивая отработанную смесь 11 сгоревших газов 6, через выпускной клапан роторного двигателя в атмосферу. Сгоревшая смесь в другой детонационной камере 13 за это время снова получает доступ с обратной стороны перегородки ротора, в камеру роторного двигателя 1, и цикл повторяется. Весь объем рабочего пространства обоих поршней используется постоянно в двухтактном цикле. Для экономии топлива, при холостом ходе или неполной загрузки мощности двигателя, возможна работа только двух детонационных камер сгорания 13, при минимальной подаче топлива и при минимальной частоте вращения выходного вала в 60-90 оборотов в минуту. Ну а при полной выборке мощности двигателя, педаль газа в пол, при двухтактной работе, задействованными оказываются все 16 камер сгорания, (для данного типа детонационного двигателя), и нет холостого хода движения поршня (или рабочее давление газов, с одной стороны перегородки поршня, или выталкивание сгоревших газов с другой стороны).

1. Детонационная камера сгорания, состоящая из металлического корпуса, с внутренней сферической поверхностью и керамическим покрытием, клапанной системой подачи сжатого воздуха и отвода сгоревших газов в поршневую систему через металлокерамические патрубки с системой вихреобразования, а также форсункой для распыления топлива с отверстиями впрыска на ее окончании, расположенными на одинаковом расстоянии от внутренней поверхности камеры сгорания, отличающаяся тем, что металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из центра камеры во все стороны равноудаленно от стенок в камере сгорания.

2. Детонационная камера сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из центра камеры во все стороны равноудаленно от стенок в сторону, противоположную потоку завихрения сжатого воздуха в камере сгорания.

3. Детонационная камера сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из центра камеры во все стороны равноудаленно от стенок в сторону завихрения сжатого воздуха в камере сгорания.

4. Детонационная камера сгорания, состоящая из металлического корпуса с внутренней сферической поверхностью и керамическим покрытием, клапанной системой подачи сжатого воздуха и отвода сгоревших газов в поршневую систему через металлокерамические патрубки с системой вихреобразования, а также форсунками для распыления топлива, отличающаяся тем, что металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из форсунок, расположенных на внешней стороне внутренней шаровой поверхности камеры сгорания.

5. Детонационная камера сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из форсунок, расположенных на внешней стороне шаровой поверхности камеры сгорания в центр камеры сгорания.

6. Детонационная камера сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из множества форсунок, расположенных на внешней стороне шаровой поверхности камеры сгорания в сторону, противоположную потоку завихрения сжатого воздуха в камере сгорания.

7. Детонационная камера сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что металлокерамическая камера с детонационным сгоранием смеси имеет внутреннюю шаровую поверхность, а впрыск топлива происходит из форсунок, расположенных на внешней стороне шаровой поверхности камеры сгорания в сторону завихрения сжатого воздуха в камере сгорания.