однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления, в котором впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляется одновременно с рабочим ходом, отличающийся тем, что на каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу, а перед входом в камеру сгорания, образованную между линией касания цилиндрических стенок роторов стенками корпуса, рабочими поверхностями двух зубьев и внешней цилиндрической стенкой газораспределительного барабана, расположен газораспределительный барабан в виде пустотелого цилиндра с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке, при этом сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания, где после запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды, способной после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар, давление которого, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя.

Описание изобретения к патенту

Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве автономного привода в машинах и механизмах, используемых человеком в своей жизнедеятельности. Изобретение относится к области двигателестроения. Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, номер патента RU 2150589, который в действующей редакции МПК относится к рубрике под индексом F02B 53/00. В прототипе, на мой взгляд, не просматриваются какие-либо преимущества над существующими двигателями внутреннего сгорания (ДВС) из-за низкой эффективности компрессора, встроенного в корпус двигателя. Предлагаемый однотактный роторно-компрессорный ДВС разработан с целью создания наиболее экономичного, с высокой удельной мощностью, надежного и экологически чистого двигателя, за счет полученной возможности осуществлять впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов одновременно с рабочим ходом. Для решения поставленной задачи за основу была принята конструкция, состоящая из двух относительно самостоятельных агрегатов. В качестве агрегата, выполняющего функции газораспределения, подготовки и сжигания горючей смеси, превращения энергии расширяющихся газов в полезную работу с возможностью рекуперации энергии, затрачиваемой на сжатие воздуха и охлаждение двигателя, используется специально разработанный зубчатый роторный двигатель внутреннего сгорания. Прототипом для проектирования зубчатого роторного двигателя выбрана конструкция широко известного шестеренчатого масляного насоса, работающего в режиме двигателя и способного выдерживать давление рабочего тела в сотни атмосфер. Вторым агрегатом, который предназначен для обеспечения зубчатого роторного двигателя сжатым воздухом, может служить любой внешний источник сжатого воздуха. В качестве примера предлагается винтовой компрессор с ресивером, его возможности смотрите на сайте: (www.boge/su/serew/sf/htm1).

Таким образом, однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления, в котором впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляются одновременно с рабочим ходом, отличается тем, что на каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу, а перед входом в камеру сгорания, образованную между линией касания цилиндрических стенок роторов, стенками корпуса, рабочими поверхностями двух зубьев и внешней цилиндрической стенкой газораспределительного барабана, расположен газораспределительный барабан, в виде пустотелого цилиндра, с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке, при этом сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания, где после запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды, способной после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар, давление, которого воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя.

Конструкция и принцип работы однотактного, роторно-компрессорного двигателя внутреннего сгорания поясняются рисунком. В корпусе 7 зубчатого роторного двигателя по всей длине камеры сгорания расположен вращающийся в воздушной подушке газораспределительный барабан 6, представляющий из себя пустотелый цилиндр, внутри которого установлена крыльчатка 10 и находится сжатый воздух, поступающий от компрессора через отверстие 9 в торцевой стенке, а перепускной канал 5, служащий для наполнения камеры сгорания сжатым воздухом, расположен вдоль цилиндрической стенки барабана. В качестве прототипа газораспределительному барабану выбран золотниковый газораспределительный механизм, конструкция которого не была применена в данном случае, из-за удлинения пути прохождения воздуха и возникновения дополнительных препятствий, увеличивающих в совокупности время заполнения камеры сгорания сжатым воздухом. Камера сгорания 2 образована в пространстве между линией касания цилиндрических поверхностей двух роторов 1 и 12, стенками корпуса 7, двумя зубьями 3, 11 и за счет объема впускного канала 4, перекрываемого вращающейся стенкой газораспределительного барабана 6.

Максимальная степень сжатия воздуха в камере сгорания определяется характеристиками давления применяемого компрессора. Снижение давления отработанных газов в конце рабочего хода возможно конструктивно путем уменьшения объема камеры сгорания по отношению к объему пространства рабочего хода. Пуск однотактного, роторно-компрессорного двигателя внутреннего сгорания осуществляется при помощи электростартера, который, вращая роторы 1 и 12, соединяет перепускной канал 5 газораспределительного барабана 6 с впускным каналом 4 камеры сгорания 2. Рабочий ход начинается с началом поступления сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания. После перекрытия впускного канала, стенкой вращающегося газораспределительного барабана, в камеру сгорания из форсунок, расположенных в боковых стенках корпуса двигателя, впрыскивается топливо, образующаяся при этом горючая смесь самовоспламеняется или поджигается свечами зажигания. После запуска и прогрева возможно дополнительное охлаждение двигателя за счет экологически чистых рабочих ходов, путем периодической подачи в камеру сгорания распыленной воды, которая после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращается в пар. Давление образовавшейся горящей смеси или пара, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на роторах. Отработанные газы или охлажденный пар выталкиваются из рабочей полости центробежными силами и обратной стороной зубьев. Управление работой отдельных узлов и механизмов двигателя осуществляется с помощью контроллера или компьютера, на основании полученной информации от следящих устройств и кругового датчика, установленного на роторе. Синхронизирующий блок 8 позволяет изменять частоту вращения газораспределительного барабана, предотвращает контактный износ боковых поверхностей зубьев роторов и допускает конструктивно изменять форму и высоту зубьев. Полный рабочий цикл двигатель совершает за один оборот. Технический результат получен в виде: обеспечения идеальных условий для полного и качественного сжигания различных видов топлива, в бесшумности работы, в высокой удельной мощности, в повышенной надежности, в достигаемом свыше 60% КПД двигателя, в способности к рекуперации и аккумулированию энергии, в высоком крутящем моменте, в широком рабочем диапазоне скоростей вращения роторов от 1000 до 12000 оборотов в минуту.