Патент на изобретение №2293857

(54) КОЛЕСНО-ЛОПАТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с лопатками. Изобретение позволяет улучшить сгорание топливовоздушной смеси. Колесно-лопаточный двигатель содержит корпус с камерой сгорания и подведенными к ней коммуникациями. В камере сгорания на двух противоположных стенках корпуса установлены на осях колеса одинакового диаметра, между ними на полуосях установлены лопатки. Каждая лопатка соединена с каждым колесом одной полуосью. Расстояние между параллельными полуосями одной лопатки равно расстоянию между параллельными осями колес, и оно не превышает радиуса колеса. На осях колес установлен двойной сегмент. Толщина лопаток на концах меньше их толщины в центральной части. Двигатель снабжен второй камерой сгорания, расположенной напротив первой. На концах двойного сегмента расположены затворы. Затворы установлены на корпусе напротив концов двойного сегмента. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Область техники

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Предшествующий уровень техники

Ближайшим техническим решением является двигатель Ванкеля (Статья «Ванкепя двигатель» Большая Советская энциклопедия, изд.3, 1971, том 4, стр.289-290), содержащий корпус с камерой сгорания и подведенными к ней коммуникациями (по топливу, зажиганию и выхлопу), а также ротор и силовой вал.

Недостатки прототипа

К недостаткам прототипа относятся: неполное сгорание топливовоздушной смеси и проблемы с уплотнением ротора.

Раскрытие изобретения

С целью устранения вышеуказанных недостатков колесно-лопаточный двигатель содержит корпус с камерой сгорания и подведенными к ней коммуникациями. В камере сгорания на двух противоположных стенках корпуса установлены на осях колеса одинакового диаметра, между ними на полуосях установлены лопатки. Каждая лопатка соединена с каждым колесом одной полуосью, расстояние между параллельными полуосями одной лопатки равно расстоянию между параллельными осями колес, и оно не превышает радиус колеса. На осях колес установлен двойной сегмент. Толщина лопаток на концах может быть меньше их толщины в центральной части. Двигатель может быть снабжен второй камерой сгорания, расположенной напротив первой. На концах двойного сегмента могут быть расположены затворы. Затворы могут быть установлены на корпусе напротив концов двойного сегмента.

Пояснение к фигурам

Предложенное техническое решение поясняется фигурами:

фиг.1 – четырехлопаточный ДВС, фиг.2 – шестилопаточный ДВС, фиг.3 – вид с боку и фиг.4 – элемент конструкции, где: 1 – корпус, 2 – колеса, 3 – шестерня колеса, 4 – шестерня на выходном валу, 5 – лопатки, 6 – полуоси лопаток, 7 – оси колес, 8 – двойной сегмент, 9 – затвор, 10 – топливная форсунка, 11 – свеча зажигания, 12 – воздухозаборник, 13 – выхлопной патрубок и 14 – подшипник.

Работа изобретения

На фиг.1 показан колесно-лопаточный двигатель с одной камерой сгорания, находящейся над верхними лопатками, расположенными на одной горизонтальной линии. После сгорания топливовоздушной смеси (топливо подается форсункой 10 и поджигается свечой 11) при движении лопаток 5 против часовой стрелки объем продуктов сгорания между исходными лопатками возрастает, а значит совершается полезная работа (А) по вращению шестерни на выходном валу равная

А=PdV

где Р – давление между лопатками, dV – увеличение объема между лопатками. Выхлопные газы удаляются через патрубок 13. Одновременно чистый воздух поступает через воздухозаборник 12 и сжимается между другой парой лопаток при движении их вверх до исходного расположения лопаток на одной горизонтальной линии под камерой сгорания. С целью предотвращения разгерметизации объема, заключенного между двумя соседними лопатками, при переходе одной из них через верхний конец двойного сегмента подпружиненный затвор 9 утапливается в тело двойного сегмента нижней поверхностью самой лопатки. Верхняя часть лопаточного тракта, высота которого равна толщине лопатки, затвором не перекрывается.

Затвор 9 (уже в другой компоновке двигателя), полностью перекрывающий лопаточный тракт, может быть выполнен как в двойном сегменте, так и в корпусе над верхним концом двойного сегмента (см. фиг.4). В этом случае затвор открывается только на время прохода очередной лопатки. Камера сгорания образуется между лопаткой, прошедшей затвор, и самим затвором, закрывшимся после ее прохода (двигатель может иметь две камеры сгорания в зависимости от компоновки). Окислитель в камеру сгорания в этом случае подается из ресиверной емкости, предварительная накачка в которую осуществляется сжатием воздуха между закрытым затвором и подходящей к нему лопаткой. Степень сжатия в таком варианте двигателя возрастает, а количество лопаток может быть уменьшено.

На фиг.2 показан вариант компоновки шестилопаточного двигателя с двумя камерами сгорания. Выхлоп продуктов сгорания с последующим забором воздуха в этом случае, может осуществляться, например, через совмещенные окна (12 и 13), работающие на одну камеру сгорания (второе совмещенное окно работает на вторую камеру сгорания, расположенную внизу). Двигатель по фиг.2 не имеет каких-либо затворов, т.к. лопатки, выполненные с утолщением в центральной части, обеспечивают как герметизацию объема, заключенного между соседними лопатками, так и полное перекрытие тракта при переходе лопаток через конец двойного сегмента. Камеры сгорания этого двигателя образуются только соседними лопатками, расположенными на одной высоте и максимально приближенными к форсункам и свечам зажигания (не исключается также расположение камер сгорания между лопатками, расположенными над и под концами двойного сегмента, и предыдущими лопатками по ходу вращения). С помощью шестерни 3 (см. фиг.3), неподвижно закрепленной на одном из колес 2, крутящий момент передается через шестерню 4 на выходной вал. Если одну из осей 7 сделать выходным валом (т.е неподвижно закрепить выходной вал на колесе 2), шестерни 3 и 4 не понадобятся. В этом случае внутри двойного сегмента можно разместить, например, электрогенератор.

Количество и схема подводимых коммуникаций, порядок работы колесно-лопаточного двигателя, а также количество и форма лопаток не ограничиваются. Не исключаются варианты колесно-лопаточного двигателя с числом камер сгорания, превышающим две. Объем лопаточного тракта колесно-лопаточного двигателя возрастает с увеличением расстояния между осями колес.

Необходимо также отметить, что лопаточный тракт, расположенный перед камерой сгорания, может перекрываться одновременно двумя затворами с целью уменьшения их инерционности.

Применение изобретения

На основе кинематической схемы предложенного колесно-лопаточного двигателя можно разработать насос, турбину, а также движитель для транспортных средств (см. патент RU №2245278).

Формула изобретения

1. Колесно-лопаточный двигатель, содержащий корпус с камерой сгорания и подведенными к ней коммуникациями, отличающийся тем, что в камере сгорания на двух противоположных стенках корпуса установлены на осях колеса одинакового диаметра, между ними на полуосях установлены лопатки, при этом каждая лопатка соединена с каждым колесом одной полуосью, расстояние между параллельными полуосями одной лопатки равно расстоянию между параллельными осями колес и оно не превышает радиус колеса, на осях колес установлен двойной сегмент.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина лопаток на концах меньше их толщины в центральной части.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено второй камерой сгорания, расположенной напротив первой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на концах двойного сегмента расположены затворы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что затворы установлены на корпусе напротив концов двойного сегмента.

РИСУНКИ