двигатель внутреннего сгорания с движущейся камерой сгорания на валу отбора мощности

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с окнами выхлопа отработанных газов и окнами принудительной подачи воздуха, систему непосредственного впрыска топлива с насос-форсунками, свечи зажигания, вал отбора мощности, в котором вырезаны камеры сгорания, отличающийся тем, что камеры сгорания нарезаны вдоль вала, выполнены с возможностью продувки и имеют термоизоляцию, смесь поджигается свечой зажигания после предварительного впрыскивания части топлива, после чего происходит впрыск основной части топлива другим впрыскивающим устройством и поджиг топлива другими свечами зажигания, в валу имеются лопасти вентилятора наружного воздуха при воздушном охлаждении вала или прокачивания через вал охлаждающей жидкости при водяном охлаждении вала, а цилиндр теплоизолирован.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что камеры сгорания имеют в профиль форму, близкую к прямоугольнику.

3. Двигатель по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что подошвы камер сгорания покрыты губчатым карбидом кремния или губчатым титаном.

4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что предварительно впрыскивается от 1 до 10% по массе топлива от основного количества топлива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям с камерой сгорания постоянного объема, и может быть использовано в автомобильной, авиационной промышленности.

Известен двигатель Ванкеля, содержащий эксцентриковый вал, ротор с камерой сгорания и сложным движением.

Недостатком двигателя является сложность его изготовления.

Технической задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции двигателя.

Поставленная задача заключается в том, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с окнами выхлопа отработанных газов и окнами принудительной подачи воздуха, систему непосредственного впрыска топлива с насос-форсунками, свечи зажигания, вал отбора мощности, в котором вырезаны камеры сгорания, согласно изобретению камеры сгорания нарезаны вдоль вала, выполнены с возможностью продувки и имеют термоизоляцию, смесь поджигается свечой зажигания после предварительного впрыскивания части топлива, после чего происходит впрыск основной части топлива другим впрыскивающим устройством и поджиг топлива другими свечами зажигания, в валу имеются лопасти вентилятора наружного воздуха при воздушном охлаждении вала или прокачивании через вал охлаждающей жидкости при водяном охлаждении вала, а цилиндр теплоизолирован.

Поставленная задача заключается также в том, что камеры сгорания могут иметь в профиль форму, близкую к прямоугольнику.

Поставленная задача заключается также в том, что подошвы камер сгорания могут быть покрыты губчатым карбидом кремния или губчатым титаном.

Поставленная задача заключается также в том, что предварительно может впрыскиваться от 1% до 10% по массе топлива от основного количества топлива.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 представлен поперечный разрез описываемого двигателя.

На фиг.2 - то же, продольный разрез.

На фиг.3 - поперечный разрез камеры сгорания.

Двигатель содержит вал 1 отбора мощности, вырезанные в нем продольные камеры сгорания 2 - 5 по форме близки в профиль к прямоугольной, прямой угол которых находится на некотором удалении от поверхности вала и смещен по радиусу от центра вала 1. Указанный вал 1 вставляется в цилиндр 6. Между валом 1 и цилиндром 6 существует температурный зазор. В цилиндре 6 вырезаны впускные окна 7 - 10 для подачи воздуха под давлением, запальные свечи 11, 13, 15, 17 и 12, 14, 16, 18, первые устройства 19, 21, 23, 25, впрыскивающие топливо (например, система GDI - непосредственного впрыска топлива), вторые устройства впрыска топлива 20, 22, 24, 26 и окна 27 - 30 выхлопа отработанных газов.

Уплотнение в тепловом зазоре между камерами сгорания 2 - 5 осуществляется за счет энергии взрыва (ноу-хау).

Описываемый двигатель работает следующим образом. При нахождении камер сгорания 2 - 5 напротив отверстий 7 - 10 подаваемый воздух заполняет камеры сгорания 2 - 5. По мере движения камер по стрелке движения вала срез камер 2 - 5 проходит доли миллиметра за первое устройство впрыска топлива 19, 21, 23, 25. Топливо (бензин) впрыскивается в количестве 10-20% от максимальной порции топлива. Смесь поджигается свечами зажигания 11, 13, 15, 17. Эта операция желательна для создания в камере сгорания регулируемой степени сжатия в зависимости от холостого хода, нормального режима работы и для создания переобогащенной смеси (степень сжатия может меняться от 8 до 14 для бензиновых двигателей и от 20 и выше для дизельных двигателей).

Затем, по мере движения камеры сгорания 2 - 5 по стрелке движения вала 1, ее срез проходит доли миллиметра за второе устройство 20, 22, 24, 26, впрыскивающее топливо. Происходит основная подача топлива (80-90% по массе). Вал 1, продолжая вращаться вместе с камерами сгорания 2 - 5, попадает под свечи зажигания 12, 14, 16, 18, которые дожигают рабочую смесь воздуха и топлива. Затем срез камеры 2 - 5 попадает под выпускное окно 27 - 30. Взрывная волна ударяет о подошву 41 камеры сгорания 2 - 5 (подошва экранирована губчатым карбидом кремния или губчатым титаном для равномерного сгорания смеси) и тем самым ускоряет вращение вала, то есть переводит энергию взрыва во вращательное движение. Через выпускные окна 27 - 30 происходит выброс отработанных газов.

Для снятия тепла с вала 1 отбора мощности и камер сгорания 2 - 5 вал 1 выполняется полым с продувными окнами 31 - 34. Окна выполнены так, чтобы они служили дополнительными лопастями вентилятора, то есть смещены на 2 - 4 мм по окружности. В вал 1 вставляются два вентилятора 35 и 36. Таким образом, вал сам прогоняет через себя наружный воздух, который частично может использоваться для наддува в камеры сгорания 2 - 5. Для снятия тепла с вала 1 возможно применение охлаждающей жидкости, причем окна 31 - 34 будут служить лопастями помпы. Для повышения термодинамического КПД камеры сгорания и цилиндр изолируются термозащитой 41, 42 типа "Буран". С цилиндра 6 тепло снимается водяной рубашкой 40.

На валу предполагается иметь четное количество камер сгорания 2 - 5, расположенных противоположно и включающихся в работу одновременно. Это необходимо для снятия радиальных нагрузок на вал.

Для уменьшения массы вала 1 просверлены каналы 36 - 39. Уплотнение между валом 1 и цилиндром 6 осуществляется с помощью эластомеров "скользкие".

Компрессор с воздушным ресивером (на чертежах не показаны) могут быть использованы для привода пневмотормозов, а также для форсированной работы заявленного двигателя.

Продувочный воздух вала 1 можно использовать для поддува и регулировки температуры воздуха, подаваемого в камеры сгорания (избыток горячего воздуха можно использовать для обогрева наружных боковых зеркал, а также для прогрева ветрового стекла снаружи салона после зимней ночной стоянки).

Преимущества заявленного двигателя перед поршневыми и роторно-поршневыми двигателями внутреннего сгорания:

- отсутствие сложной и тяжеловесной кинематики (поршень, кольца, шатун, коленвал) при передаче энергии взрыва топливной смеси валу отбора мощности. Упрощается сам вал отбора мощности;

- отсутствие сложной клапанной системы подачи воздуха и топлива;

- отсутствие смазки и смазывающих устройств;

- отсутствие трения вращающихся частей вала и цилиндра;

- значительное уменьшение габаритных размеров двигателя (см. таблицу, например, по предварительным расчетам, при диаметре вала 200 мм и длине камер 150 мм можно достичь рабочего литрового объема 3500 см³, а при диаметре вала 300 мм и длине камер 150 мм - 12768 см³);

- отсутствие детонации, то есть возможно использование топлива с меньшим октановым числом;

- имеется возможность использовать комбинированное топливо на одном и том же двигателе. Для создания определенной степени сжатия в камере сгорания - в начальной стадии - используется низкосортный легкий бензин, а во второй основной стадии сгорания в горящий факел впрыскивается дизельное топливо. Практически один и тот же двигатель может работать на любом топливе, меняется только электронная настройка впуска и зажигания;

- на вал в основном действуют центробежные силы, что позволяет отказаться от опорных подшипников типа - "вкладыш", а использовать обычные шариковые или роликовые подшипники закрытого типа, которые не требуют смазки и ресурс которых значительно больше;

- возможность использования вала двигателя для инерционного разгона автомобиля, мотоцикла путем предварительной раскрутки для запаса кинетической энергии;

- значительно увеличивается ресурс работы двигателя до капитального ремонта.