двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор с впускным клапаном во впускном патрубке, поршнем и шатуном, камеру сгорания с впускным и выпускным клапанами, соединенную посредством перепускных патрубков с компрессором и камерой расширения с выпускным патрубком, и расположенный внутри камеры расширения ротор с лопаткой, установленной в пазу, отличающийся тем, что на камере сгорания установлено устройство для впрыскивания топлива, шатун компрессора и ротор камеры расширения установлены на едином коленчатом валу с маховиком на конце, а колено коленчатого вала и паз в роторе расположены в противоположные стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания, состоящий из компрессора с впускным каналом во впускном патрубке, поршнем и шатуном, из камеры сгорания с впускным и выпускным клапанами, соединенный посредством перепускных патрубков с компрессором и камерой расширения с выпускным патрубком, и расположенного внутри камеры расширения ротор с лопаткой, установленной в пазу (прототип. Патент Швейцарии N 270336, 1950).

Данный двигатель является недостаточно экологическим и имеет низкий КПД.

Целью изобретения является повышение экологичности и КПД двигателя.

Это достигается тем, что двигатель разделен на три функционирующие части: Б компрессор, В камера сгорания, Г камера расширения.

Двигатель включает коленвал 1, к которому присоединяется шатун 2, к верхнему концу последнего присоединяется поршень 3, который располагается в цилиндре 4 компрессора. К цилиндру 4 компрессора присоединяется впускной патрубок 6 с клапаном 5 и выпускной патрубок 7. Выпускной патрубок 7 компрессора соединяет его с камерой сгорания 10. В камере сгорания 10 устанавливается устройство 9 (форсунка) для впрыскивания в камеру топлива. Камера сгорания 10 имеет впускной 8 и выпускной 11 клапаны. Камера сгорания 10 связана через патрубок 12 с камерой расширения. Внутри корпуса 13 камера расширения располагается ротор 17 с лопаткой 16. Ротор 17 жестко связан с коленвалом 1, а лопатка 16 установлена в пазу и имеет возможность перемещаться во время работы от центра и к центру. В корпусу камеры расширения присоединяется выпускной патрубок 18. К коленвалу 1 присоединяется маховик 14. Весь механизм собран на остове 15.

Колено коленвала 1 и паз ротора 17 направлены в противоположные стороны.

На фиг. 1 схематически продольное сечение двигателя, на сечении А-А изображено поперечное сечение камеры расширения; на фиг. 2 диаграмма фаз газораспределения двигателя; на фиг. 3 устройство со впускного клапана камеры сгорания; на фиг. 4 устройство привода клапанов впускного компрессора и выпускного камеры сгорания.

На фиг. 3 и 4 стрелками показаны пути перемещения воздуха и газов во время работы двигателя.

Коленвал 1 двигателя выполняется по одинаковой технологии с коленвалом двигателей с центральным кривошипно-шатунным механизмом. На коленвале 1 жестко установлены ротор 17 и маховик 14. На коленвале 1 между ротором 17 и коленом коленвала 1 выполняются кулачки привода клапанов 5 и 11. К колену коленвала 1 присоединяется шатун 2, верхним концом шатун соединяется с поршнем 3, а поршень располагается внутри цилиндра 4. К цилиндру 4 компрессора присоединяются патрубки 6 и 7. На впускном патрубке 6 и 7. На впускном патрубке 6 монтируется клапан 5. Через выпускной патрубок 7 компрессор соединяется с камерой сгорания 10. На входе в камеру сгорания в патрубке 7 монтируется клапан 8. На выходе из камеры сгорания в патрубке 12 монтируется клапан 11. Камера сгорания через патрубок 12 соединяется с камерой расширения. Внутри корпуса 13 камеры расширения располагаются ротор 17 и лопатка 16. Лопатка располагается в пазу, выточенном в роторе. Ротор имеет форму цилиндра, а лопатка имеет форму прямоугольной пластины. Компрессор, камера сгорания и камера расширения выполняются в варианте воздушного охлаждения. Механизм регулировки и поддержания сжатия в камере сгорания клапаном 8 дан на фиг. 3 и включает регулировочный винт 1, гайку 2 пружину 3, клапан 4, уплотнитель 5, упор 6. Механизм привода клапанов 5 и 11 одинаков и включает седло 1, клапан 2, уплотнитель 3, пружину 4, упор 5, коромысло 6, ось 7, регулировочный болт 8, гайки 9, стойку 10, штангу 11, толкатель 12, кулачок привода 13. Уплотнители всех трех клапанов могут быть изготовлены так, как выполняется уплотнение между поршнем и гильзой компрессора двигателя.

Работа двигателя начинается с момента преодоления поршнем компрессора верхней мертвой точки (ВМТ). Поршень начнет движение вниз, при этом впускной клапан открывается и в компрессоре осуществляется впуск. Впуск осуществляется до достижения поршнем нижней мертвой точки (НМТ), то есть коленвал поворачивается на 180^o. Во время прохождения впуска в компрессоре в камере расширения лопатка выталкивает находящийся перед ним воздух, и этот процесс идет до момента достижения лопаткой выпускного окна камеры расширения, а окно расположено, не достигая до верхнего положения лопаткой на 40-50^o. Поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается, и в компрессоре начинается сжатие. Совместно с началом сжатия начинается процесс выпуска из камеры расширения. Сжатие продолжается до достижения давления в компрессоре до 3,5-4 МПа. Это давление достигается при повороте коленвала, начиная с НМТ до 140-150^o, то есть не достигая ВМТ 30-40^o. Далее под действием созданного в компрессоре давления открывается впускной клапан камеры сгорания. В камере сгорания осуществляется продувка, а также она заполняется сжатым до 3,5-4 МПа и нагревшимся до 900 К воздухом. В конце продувки, которая длится до поворота коленвала на 30-40^o, клапаны камеры сгорания (КС) закрываются. В камеру сгорания впрыскивается топливо, и оно начинает гореть, сопровождаясь повышением давления до 8 МПа и температура до 2300 К. Горение в камере сгорания продолжается, начиная от положения ВМТ поршня до достижения поршнем компрессора НМТ, а лопатка в камере расширения достигает своего верхнего положения (ВП). Во время горения в камере сгорания в компрессоре осуществляется впуск, для чего открыт впускной клапан компрессора, а в камере расширения идет выпуск. Далее в камере расширения, где лопатка достигает верхнего положения, начинается расширения, для чего открывается выпускной клапан камеры сгорания. При достижении лопаткой верхнего положения и открытии выпускного клапана камеры сгорания, газ, имеющий давление 8 МПа поступает из камеры сгорания в камеру расширения, где он, расширяясь, заставляет вращаться ротор, а от ротора вращение получают коленвал и маховик. Одновременно лопатка выталкивает воздух, находящийся перед лопаткой, осуществляя выпуск. Также одновременно в компрессоре двигателя осуществляется сжатие. Сжатие продолжается до достижения давления 3,5-4 МПа, после чего открывается, преодолевая сопротивление пружины, впускной клапан камеры сгорания. В это время выпускной клапан камеры сгорания открыт, а давление в камере сгорания и связанной с ней через патрубок камере расширения равно также 3,5-4 МПа. Камера сгорания продувается воздухом, имеющим давление 3,5-4 МПа и температура 900 К. Продувка заканчивается при достижении поршнем компрессора ВМТ, после чего клапаны камеры сгорания закрываются. В это время лопатка камеры расширения достигает нижнего положения, а в камеру сгорания впрыскивается топливо, где оно начинает гореть. В компрессоре происходит впуск, в камере сгорания горение, а в камере расширения расширение, которое заканчивается при достижении лопатки уровня расположения выпускного окна камеры расширения. Одновременно с концом расширения заканчивается активный выпуск, длившийся 310-320^o с момента прохождения лопаткой верхнего положения. После активного, то есть принудительного выпуска в камере расширения начинается пассивный выпуск, происходящий за счет остаточного давления в камере расширения. Это остаточное давление равно 0,3-0,5 МПа. Пассивному выпуску соответствует поворот лопатки от выпускного окна камеры расширения до верхнего положения, то есть угол поворота коленвала равен 40-50^o. Во время пассивного выпуска коленвал вращается за счет энергии, накопленный маховиком, а в остальное время коленвал вращается за счет расширения газов в камере расширения. Таким образом, двигатель входит в установившийся режим работы. В установившемся режиме работа происходит следующим образом. Рабочий цикл происходит за один оборот коленвала. За первый полуоборот коленвала, соответствующий ходу поршня компрессора от ВМТ до НМТ (или движению лопатки в камере расширения от нижнего положения до верхнего положения, что одно и то же) в компрессоре происходит впуск в камере сгорания горения, в камере расширения расширение и одновременно выпуск. Для расширения характерно то, что оно идет до достижения лопатки в камере расширения до выпускного окна, а для выпуска характерно то, что до достижения лопаткой в камере расширения до выпускного окна выпуск идет принудительно, а далее до достижения лопаткой до верхнего положения выпуск идет пассивно за счет остаточного давления в камере расширения, равного 0,3-0,5 МПа. Второму полуобороту коленвала соответствует сжатие в компрессоре, расширение и выпуск в камере расширения. Для сжатия характерно то, что оно идет до достижения давления в компрессоре до значения 3,5-4 МПа, а далее идет продувка камеры сгорания и камеры расширения, которая заканчивается по достижению поршнем ВМТ. Для расширения характерно то, что при достижении давления в компрессоре 3,5-4 МПа, давление в камере расширения падает по мере прохождения расширения газов до значения 3,5-4 МПа. Таким образом, происходит продувка в камере сгорания и в камере расширения. Во время расширения в камере расширения одновременно происходит и выпуск. Отмечая характер протекания процесса выпуска, необходимо отметить то, что выпуск идет непрерывно, но делится на активный и пассивный части, т.е. выпуску соответствует поворот коленвала на 360^o. Горение происходит за время прохождения первого полуоборота коленвала, то есть за прохождения поршня компрессора от ВМТ до НМТ. А процесс прохождения расширения также можно разделить на две части. Первая часть соответствует первому полуобороту коленвала это конец расширения, происходящее за счет давления остающегося после продувки камеры сгорания и камеры расширения и равного 3,5-4 МПа. Первая часть заканчивается в момент, когда лопатка достигает выпускного окна камеры расширения. Вторая часть соответствует второму полуобороту коленвала. При этом происходит расширение газов, имеющих давление 8 МПа до значения 3,5-4 МПа, то есть вторая часть расширения заканчивается концом продувки камеры сгорания и камеры расширения, а начинается вторая часть с момента открытия выпускного клапана камеры сгорания и прохождения поршня компрессора НМТ, а лопатки - верхнего положения. Рабочий ход, состоящий из горения (180^o поворота коленвала) и расширения (310-320^o поворота коленвала) происходит за время поворота коленвала, равного 180+(310-320)^o= 490-500^o. А также, поскольку рабочий цикл происходит за время одного оборота коленвала, двигатель работает в двухтактном режиме.