Патент на изобретение №2204032
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
(57) Реферат: Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания. Технической задачей является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с нагнетательным и расширительным агрегатами, каждый из которых оснащен кольцевым поршнем, и внешнюю камеру сгорания, поочередно подключаемую к указанным агрегатам. Особенностью двигателя является то, что нагнетательный и расширительный агрегаты расположены коаксиально в общей кольцевой камере и отделены друг от друга общим плавающим кольцевым поршнем. Двигатель оснащен механизмом для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения, размещенным на одной из торцевых стенок кольцевой камеры. В противоположной распределительной торцевой стенке кольцевой камеры выполнены впускные и выпускные окна нагнетательного и расширительного агрегатов, отделенные друг от друга соответствующими подвижными поперечными перегородками. Камера сгорания размещена с внешней стороны распределительной торцевой стенки и ее корпус снабжен механизмом перемещения относительно указанной стенки. Камера имеет плоскую стенку с окнами, периодически совмещаемыми с соответствующими окнами нагнетательного и расширительного агрегатов. 14 з.п.ф-лы, 27 ил. Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а конкретнее – к альтернативным схемам тепловых двигателей, в частности к роторным двигателям, которые разрабатываются для замены поршневых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве привода в промышленности и на транспорте. Известен тепловой двигатель, содержащий корпус с нагнетательным и расширительным агрегатами, внешнюю камеру сгорания, поочередно подключаемую к нагнетательному и расширительному агрегатам, трансмиссию для отбора мощности на выходной вал двигателя, воздухозаборный и выхлопной каналы. Для поочередного подключения камеры сгорания к нагнетательному и расширительному агрегатам используется система клапанов, каждый из которых имеет свой привод. Нагнетательный и расширительный агрегаты представляют собой кольцевую камеру с плоскими стенками, на периферии которой установлен кольцевой ротор, имеющий радиальные лопасти, размещенные в ограниченном секторе на его внутренней цилиндрической поверхности. В полости кольцевого ротора с эксцентриситетом расположен свободно вращающийся цилиндр, кинематически связанный с кольцевым ротором (см. авторское свидетельство СССР 1758264, F 02 G 5/02, 3/02, F 01 K 23/06, 30.08.1992, фиг. 2 и 3). В данном двигателе кольцевой ротор имеет большую поверхность контакта со стенкой кольцевой камеры, максимально смещенную относительно его оси вращения, что приводит к увеличению трения и повышенному износу ротора и стенок кольцевой камеры. Наличие радиальных лопастей на внутренней цилиндрической поверхности кольцевого ротора усложняет его изготовление и увеличивает инерционные нагрузки, так как ротор не может быть сбалансирован относительно оси вращения. Указанные недостатки уменьшают конкурентоспособность роторного двигателя относительно известных поршневых двигателей внутреннего сгорания, что затрудняет использование данного двигателя в качестве привода. Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является тепловой двигатель, содержащий корпус с нагнетательным и расширительным агрегатами, каждый из которых имеет кольцевую камеру с плоскими торцевыми стенками, внутри которой с эксцентриситетом установлен кольцевой поршень, и подвижные поперечные перегородки, разделяющие полости высокого и низкого давления рабочего тракта агрегата, камеру сгорания, поочередно подключаемую к нагнетательному и расширительному агрегатам, трансмиссию для отбора мощности на выходной вал двигателя, воздухозаборный и выхлопной каналы (см. авторское свидетельство СССР 1665052, F 02 B 53/02, 23.07.1991). В известном двигателе в кольцевом поршне расширительного агрегата имеется форкамера, в которую поступает топливовоздушная смесь из нагнетательного агрегата и происходит воспламенение и первичное сгорание топлива. Достоинством двигателя является сравнительно простая форма кольцевого поршня, что упрощает его изготовление и балансировку. В данном двигателе скорость перемещения ротора и подвижных поперечных перегородок относительно стенок цилиндрической камеры сохраняется достаточно высокой, что увеличивает потери на трение и затрудняет уплотнение поршня и подвижных поперечных перегородок относительно кольцевой камеры. Это приводит к снижению эффективности двигателя как тепловой машины, так как утечки горячего газа начинаются еще при горении топлива в форкамере. Утечки снижают максимальное давление при сгорании топлива в форкамере и не позволяют в полной мере реализовать преимущества сжигания топлива в постоянном объеме. Снижение эффективности преобразования тепловой энергии в механическую уменьшает конкурентоспособность данного роторного двигателя относительно известных поршневых двигателей внутреннего сгорания, что затрудняет использование его в качестве привода в промышленности и на транспорте. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка теплового двигателя с более эффективным преобразованием тепловой энергии в механическую за счет уменьшения влияния утечек и снижения потерь на трение, который будет конкурентоспособен по отношению к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Другой задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка теплового двигателя с уменьшенными инерционными нагрузками на корпус и вал двигателя. Поставленная техническая задача решается тем, что в тепловом двигателе, содержащем корпус с нагнетательным и расширительным агрегатами, каждый из которых имеет кольцевую камеру с плоскими торцевыми стенками, внутри которой с эксцентриситетом установлен кольцевой поршень, и подвижные поперечные перегородки, разделяющие полости высокого и низкого давления рабочего тракта агрегата, камеру сгорания, поочередно подключаемую к нагнетательному и расширительному агрегатам, трансмиссию для отбора мощности на выходной вал двигателя, воздухозаборный и выхлопной каналы, согласно изобретению нагнетательный и расширительный агрегаты расположены коаксиально и имеют общую кольцевую камеру, рабочие тракты указанных агрегатов отделены друг от друга плавающим кольцом, которое является плавающим кольцевым поршнем нагнетательного и расширительного агрегатов, при этом двигатель оснащен механизмом для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения, размещенным на одной из торцевых стенок кольцевой камеры, в противоположной распределительной торцевой стенке кольцевой камеры выполнены впускные и выпускные окна нагнетательного и расширительного агрегатов, отделенные друг от друга соответствующими подвижными поперечными перегородками, камера сгорания размещена с внешней стороны распределительной торцевой стенки, корпус камеры сгорания установлен подвижно относительно данной стенки, снабжен механизмом для перемещения его относительно распределительной торцевой стенки кольцевой камеры и оснащен плоской стенкой, примыкающей снаружи к распределительной торцевой стенке, и несколькими автономными отсеками, образующими замкнутые полости сжигания топлива, при этом в каждом отсеке в плоской стенке выполнено как минимум одно окно, периодически совмещаемое с выпускным окном нагнетательного агрегата и впускным окном расширительного агрегата. При этом механизм для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения оснащен по меньшей мере двумя кривошипами подвески плавающего кольцевого поршня, шипы которых введены в гнезда, выполненные в плавающем кольцевом поршне, а валы оснащены цапфами, опирающимися на подшипники в торцевой стенке кольцевой камеры. Кроме того, трансмиссия отбора мощности на выходной вал двигателя выполнена в виде зубчатой передачи, соединяющей, по меньшей мере, вал одного из кривошипов подвески плавающего кольцевого поршня с выходным валом двигателя. При этом на валу каждого кривошипа подвески плавающего кольцевого поршня закреплен второй кривошип, расположенный на противоположном конце вала с внешней стороны торцевой стенки кольцевой камеры, шип второго кривошипа расположен диаметрально противоположно относительно шипа кривошипа подвески плавающего кольцевого поршня, а трансмиссия отбора мощности на выходной вал двигателя оснащена зубчатой передачей внутреннего зацепления, ведущая шестерня которой закреплена на шипах вторых кривошипов, а ведомая – на выходном валу двигателя. Кроме того, корпус камеры сгорания установлен на торцевой распределительной стенке кольцевой камеры с возможностью вращения и размещен в неподвижном кожухе на внешней поверхности распределительной торцевой стенки кольцевой камеры, при этом механизм перемещения корпуса камеры сгорания включает кривошип, шип которого введен в гнездо, выполненное в плавающем кольцевом поршне, а вал оснащен цапфой, опирающейся на подшипник в распределительной торцевой стенке кольцевой камеры, примыкающей к камере сгорания, и трансмиссию, соединяющую вал кривошипа с корпусом камеры сгорания. При этом трансмиссия, соединяющая вал кривошипа с корпусом камеры сгорания, выполнена в виде зубчатой или цепной передачи. Кроме того, в каждом изолированном отсеке в боковой стенке корпуса камеры сгорания выполнено отверстие, а в кожухе закреплена свеча зажигания. При этом в каждом изолированном отсеке в боковой стенке корпуса камеры сгорания выполнено отверстие, а в кожухе закреплена форсунка впрыска топлива в камеру сгорания. Кроме того, в каждом изолированном отсеке в боковой стенке корпуса камеры сгорания выполнено отверстие, а в кожухе со смещением по углу относительно друг друга закреплены форсунка впрыска топлива в камеру сгорания и свеча зажигания. При этом полость сжигания топлива каждого отсека оснащена перфорированной перегородкой, разделяющей ее на две части. Кроме того, подвижная поперечная перегородка, установленная в расширительном агрегате, одним торцом опирается на внутреннюю поверхность внешней стенки кольцевой камеры, а ее противоположный торец введен в паз, выполненный на внешней поверхности плавающего кольцевого поршня, подвижная поперечная перегородка, установленная в нагнетательном агрегате, одним торцом опирается на внутреннюю стенку кольцевой камеры, а ее противоположный торец введен в паз, выполненный на внутренней поверхности плавающего кольцевого поршня. При этом поверхности, на которые опираются подвижные перегородки, выполнены плоскими. Кроме того, подвижные поперечные перегородки расширительного и нагнетательного агрегатов размещены в одном секторе кольцевой камеры параллельно друг другу, смещены относительно друг друга в тангенциальном направлении и жестко соединены между собой боковой пластиной, в плавающем кольцевом поршне пазы под подвижные поперечные перегородки выполнены параллельными и встречно направленными, а на боковой поверхности плавающего кольцевого поршня выполнен дополнительный паз, в котором размещена пластина, соединяющая подвижные поперечные перегородки. При этом двигатель снабжен второй боковой пластиной, соединяющей подвижные поперечные перегородки, а на противоположной боковой поверхности плавающего кольцевого поршня выполнен второй паз под указанную боковую пластину. Кроме того, расширительный и нагнетательный агрегаты оснащены несколькими подвижными поперечными перегородками, равномерно размещенными по окружности и делящими полости расширительного и нагнетательного агрегатов на отдельные сектора, каждый из которых оснащен собственными впускным и выпускным окнами, и соответствующим количеством камер сгорания, установленных над указанными окнами и оснащенных неподвижными кожухами с размещенными в них вращающимися корпусами камер сгорания с плоскими распределительными стенками с окнами, поочередно подключаемыми к выпускному окну нагнетательного агрегата и к впускному окну расширительного агрегата. Сущность изобретения заключается в том, что оснащение двигателя плавающим кольцом, которое является плавающим кольцевым поршнем нагнетательного и расширительного агрегатов, и механизмом для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения обеспечивает равномерный износ плавающего кольцевого поршня и стенок камеры, так как все точки кольцевого поршня имеют одинаковую скорость перемещения относительно стенок кольцевой камеры, при этом абсолютная величина скорости перемещения плавающего кольцевого поршня существенно меньше, чем скорость перемещения ротора в известных роторных двигателях, в том числе в двигателях, принятых в качестве аналога и прототипа. Уменьшение износа способствует уменьшению утечек по зазорам между кольцевым поршнем и стенками кольцевой камеры. Размещение нагнетательного и расширительного агрегатов коаксиально в общей кольцевой камере и наличие в указанных агрегатах общего кольцевого поршня вдвое уменьшает количество перемещающихся относительно друг друга элементов двигателя, что снижает утечки и упрощает балансировку двигателя. Снабжение двигателя подвижной камерой сгорания, корпус которой размещен с внешней стороны распределительной торцевой стенки, снабжен механизмом для перемещения его относительно распределительной торцевой стенки кольцевой камеры и оснащен плоской стенкой, примыкающей снаружи к распределительной торцевой стенке, и несколькими автономными отсеками, образующими замкнутые полости сжигания топлива, при этом в каждом отсеке в плоской стенке выполнено как минимум одно окно, периодически совмещаемое с выпускным окном нагнетательного агрегата и впускным окном расширительного агрегата, позволяет обойтись без распределительных клапанов, что упрощает конструктивную схему двигателя и позволяет организовать сгорание топлива при постоянном объеме. Выполнение кольцевой камеры с плоскими торцевыми стенками позволяет удобно скомпоновать подвижную камеру сгорания и механизм для плоскопараллельного кругового движения поршня, разместив их на противоположных торцевых стенках кольцевой камеры. Оснащение механизма для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения по меньшей мере двумя кривошипами подвески кольцевого поршня, шипы которых введены в гнезда, выполненные в кольцевом поршне, а валов – цапфами, опирающимися на подшипники в торцевой стенке кольцевой камеры, гарантирует перемещение кольцевого поршня по заданному закону при любой компоновке указанного механизма на торцевой стенке кольцевой камеры. Скорость перемещений кольцевого поршня относительно стенок кольцевой камеры будет равняться окружной скорости концов кривошипов. Размещение механизма для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения на торцевой стенке кольцевой камеры позволяет использовать валы кривошипов в трансмиссии для отбора мощности на выходной вал двигателя, а закрепление на валу каждого кривошипа подвески плавающего кольцевого поршня второго кривошипа, расположенного на противоположном конце вала диаметрально противоположно относительно кривошипа подвески плавающего кольцевого поршня, и оснащение трансмиссии отбора мощности на выходной вал двигателя зубчатой передачей внутреннего зацепления, ведущая шестерня которой закреплена на шипах вторых кривошипов, а ведомая – на выходном валу двигателя, позволяет уменьшить инерционные нагрузки на двигатель, компенсировав перемещение кольцевого поршня перемещением в противоположном направлении ведущей шестерни зубчатой передачи внутреннего зацепления. Установка корпуса камеры сгорания на торцевой распределительной стенке кольцевой камеры с возможностью вращения в неподвижном кожухе, закрепленном на внешней поверхности распределительной торцевой стенки кольцевой камеры, позволяет использовать в механизме перемещения камеры сгорания те же элементы, что и в механизме для сообщения плавающему кольцевому поршню плоскопараллельного кругового движения, упрощает согласование перемещения камеры сгорания с перемещением кольцевого поршня и повышает технологичность двигателя за счет унифицирования его элементов. Выполнение в каждом изолированном отсеке в боковой стенке корпуса камеры сгорания отверстия и закрепление на боковой стенке кожуха или свечи зажигания, или форсунки впрыска топлива в камеру сгорания, или обоих этих элементов обеспечивают использование данного изобретения в карбюраторных двигателях, в двигателях с инжекционным впрыском топлива в камеру сгорания с принудительным зажиганием от свечи и в двигателях с самовоспламением топлива в камере сгорания аналогично дизельному двигателю. Оснащение полости сжигания топлива каждого отсека кольцевой перфорированной перегородкой, разделяющей ее на две части, улучшает условия сжигания топлива аналогично форкамерным двигателям внутреннего сгорания, что способствует полноте сгорания топлива и снижает вредные выбросы в атмосферу. Выполнение подвижной поперечной перегородки, установленной в расширительном агрегате, так, что она одним торцом опирается на внутреннюю поверхность внешней стенки кольцевой камеры, а ее противоположный торец введен в паз, выполненный на внешней поверхности плавающего кольцевого поршня, и подвижной поперечной перегородки, установленной в нагнетательном агрегате, так, что она одним торцом опирается на внутреннюю стенку кольцевой камеры, а ее противоположный торец введен в паз, выполненный на внутренней поверхности плавающего кольцевого поршня, сокращает габариты двигателя и его материалоемкость. Выполнение плоскими поверхностей, на которые опираются подвижные перегородки, упрощает уплотнение подвижной перегородки относительно поверхности контакта. Размещение подвижных поперечных перегородок расширительного и нагнетательного агрегатов в одном секторе кольцевой камеры параллельно друг другу, со смещением относительно друг друга в тангенциальном направлении и жесткое соединение их между собой боковой пластиной, обеспечивает согласованное движение указанных перегородок за счет образования единой жесткой конструкции, а выполнение в плавающем кольцевом поршне ответных указанным перегородкам пазов параллельными и встречно направленными, при наличии на боковой поверхности плавающего кольцевого поршня дополнительного паза, в котором размещена пластина, соединяющая подвижные поперечные перегородки, обеспечивает согласование движения подвижных поперечных перегородок с движением плавающего кольцевого поршня. Введение второй боковой пластиной, соединяющей подвижные поперечные перегородки, повышает жесткость конструкции и уменьшает утечки по торцевым стенкам. Оснащение расширительного и нагнетательного агрегатов несколькими подвижными поперечными перегородками, равномерно размещенными по окружности и делящими полости расширительного и нагнетательного агрегатов на отдельные сектора, каждый из которых оснащен собственными впускным и выпускным окнами, и соответствующим количеством камер сгорания, установленных над указанными окнами и оснащенных неподвижными кожухами с размещенными в них вращающимися корпусами камер сгорания с плоскими распределительными стенками с окнами, поочередно подключаемыми к выпускному окну нагнетательного агрегата и к впускному окну расширительного агрегата, позволяет создавать двигатели с повышенной мощностью. Приведенные чертежи иллюстрируют предпочтительное исполнение заявленного теплового двигателя и его работу. На фиг. 1 приведен поперечный разрез двигателя перпендикулярно оси кольцевой камеры; на фиг. 2 – разрез А – А на фиг. 1; на фиг. 3 – вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 – разрез В – В на фиг. 3; на фиг. 5 – вид Г – Г на фиг. 1; на фиг. 6 – разрез Д – Д на фиг. 3; на фиг. 7 – поперечный разрез Е – Е на фиг. 6 для камеры сгорания для двигателя с карбюратором; на фиг. 8 и 9 – поперечный разрез камеры сгорания для “дизельного” двигателя и двигателя с инжекционной схемой впрыска топлива; на фиг. 10 – поперечный разрез двигателя с двумя камерами сгорания; на фиг. 11 – 27 приведены диаграммы, поясняющие работу теплового двигателя. Тепловой двигатель содержит корпус 1 с кольцевой камерой 2, имеющей внешнюю стенку 3, внутреннюю стенку 4 и две плоские торцевые стенки 5 и 6. Внутри кольцевой камеры с эксцентриситетом установлено плавающее кольцо, отделяющее друг от друга нагнетательный и расширительный агрегаты теплового двигателя, расположенные коаксиально в общей кольцевой камере 2. Плавающее кольцо является плавающим кольцевым поршнем 7 нагнетательного и расширительного агрегатов. Рабочий тракт 8 нагнетательного агрегата образован внутренней стенкой 4 кольцевой камеры, внутренней поверхностью плавающего кольцевого поршня 7, плоскими торцевыми стенками 5 и 6 и подвижной поперечной перегородкой 9, разделяющей полости высокого и низкого давления нагнетательного агрегата. Рабочий тракт 10 расширительного агрегата образован внешней стенкой 3 кольцевой камеры, внешней поверхностью плавающего кольцевого поршня 7, плоскими торцевыми стенками 5 и 6 и подвижной поперечной перегородкой 11, разделяющей полости высокого и низкого давления расширительного агрегата. Двигатель оснащен механизмом для сообщения плавающему кольцевому поршню 7 плоскопараллельного кругового движения, размещенным на торцевой стенке 6 кольцевой камеры 2. Указанный механизм включает в себя четыре кривошипа 12 подвески плавающего кольцевого поршня, шипы 13 которых введены в гнезда 14, выполненные в плавающем кольцевом поршне, а валы 15 оснащены цапфами 16, опирающимися на подшипники 17 скольжения в торцевой стенке 6 кольцевой камеры. На валу 15 каждого кривошипа 12 подвески плавающего кольцевого поршня закреплен второй кривошип 18, расположенный на противоположном конце вала с внешней стороны торцевой стенки 6 кольцевой камеры. Шип кривошипа 18 расположен диаметрально противоположно относительно шипа 13 кривошипа подвески плавающего кольцевого поршня. Трансмиссия 19 отбора мощности на выходной вал 20 двигателя оснащена зубчатой передачей внутреннего зацепления, ведущая шестерня 21 которой закреплена на шипах кривошипов 18, а ведомая шестерня 22 закреплена на выходном валу двигателя. Для соединения валов кривошипов может использоваться любая другая трансмиссия: зубчатая, цепная или ременная. Торцевая стенка 5 кольцевой камеры является распределительной стенкой и в ней выполнены впускное 23 и выпускное 24 окна нагнетательного агрегата и впускное 25 и выпускное 26 окна расширительного агрегата. Подвижная поперечная перегородка 9 отделяет друг от друга впускное и выпускное окна нагнетательного агрегата, а подвижная поперечная перегородка 11 отделяет друг от друга впускное и выпускное окна расширительного агрегата. Подвижная поперечная перегородка 11, установленная в расширительном агрегате, одним торцом опирается на внутреннюю поверхность внешней стенки 3 кольцевой камеры, а ее противоположный торец введен в паз 27, выполненный на внешней поверхности кольцевого поршня 7, подвижная поперечная перегородка 9, установленная в нагнетательном агрегате, одним торцом опирается на внутреннюю стенку кольцевой камеры, а ее противоположный торец введен в паз 28, выполненный на внутренней поверхности кольцевого поршня 7. Поверхности 29 и 30, на которые опираются подвижные перегородки 9 и 11, выполнены плоскими. Плоскими могут быть выполнены также участки внутренней и внешней поверхностей кольцевого поршня 7, в зоне которых выполнены пазы 27 и 28. Смежные подвижные поперечные перегородки 9 и 11 нагнетательного и расширительного агрегатов размещены в одном секторе кольцевой камеры параллельно друг другу, смещены относительно друг друга в тангенциальном направлении и жестко соединены между собой боковой пластиной 31, образуя единый модуль синхронно движущихся смежных поперечных перегородок 9 и 11. В плавающем кольцевом поршне 7 пазы 27 и 28 выполнены параллельными и встречно направленными, а на его боковой поверхности выполнен дополнительный паз 32, в котором размещена пластина 31, соединяющая смежные подвижные поперечные перегородки 9 и 11. Единый модуль снабжен второй боковой пластиной 33, соединяющей подвижные поперечные перегородки 9 и 11, а на противоположной боковой поверхности плавающего кольцевого поршня 7 выполнен второй паз 34, в котором размещается боковая пластина 33. Для уменьшения утечек зазоры между стенками поперечных перегородок 9 и 11 и боковых пластин 31 и 33 и контактирующими с ними стенками пазов 27, 28, 32 и 34 плавающего кольцевого поршня 7 и стенками 3-6 кольцевой камеры 2 могут быть уплотнены любым способом. Двигатель имеет внешнюю камеру 35 сгорания, поочередно подключаемую к нагнетательному и расширительному агрегатам. Камера 35 сгорания размещена с внешней стороны распределительной торцевой стенки 5. Корпус 36 камеры сгорания установлен подвижно относительно торцевой распределительной стенки и может вращаться вокруг оси, перпендикулярной торцевой стенке 5. Корпус 36 размещен в неподвижном кожухе 37 и оснащен плоской стенкой 38, примыкающей снаружи к распределительной торцевой стенке 5, и имеет, например, три автономных отсека 39а, 39б и 39с, образующих замкнутые полости сжигания топлива. В каждом отсеке в плоской стенке имеется как минимум одно окно 40, с помощью которого камера сгорания поочередно подключается к рабочему тракту нагнетательного и расширительного агрегатов. Размещение и форма окна 40 в плоской стенке согласуются с выпускным окном 24 нагнетательного агрегата и впускным окном 25 расширительного агрегата. Имеется механизм 41 для перемещения корпуса 36 камеры сгорания относительно распределительной торцевой стенки 5 кольцевой камеры 2, включающий в себя кривошип 42, шип 43 которого введен в гнездо 44, выполненное в плавающем кольцевом поршне. Вал 45 кривошипа оснащен цапфой 46, опирающейся на подшипник 47 в распределительной торцевой стенке 5 в зоне, примыкающей к камере сгорания. Механизм 41 включает также трансмиссию, например цепную передачу 48, соединяющую вал кривошипа с камерой сгорания. Возможно использование также других трансмиссий, например зубчатой передачи. Полость сжигания топлива каждого отсека оснащена перфорированной перегородкой 49, разделяющей ее на две части. К впускному окну 23 нагнетательного агрегата подключен патрубок 50 воздухозаборного канала. К выпускному окну 26 расширительного агрегата подключен патрубок 51 выхлопного канала. Схема подачи топлива в камеру сгорания и сжигания топлива в камере сгорания определяется типом двигателя. В двигателе с карбюраторной системой подачи (фиг. 7) топливо впрыскивается в воздухозаборный канал (не показано). В нагнетательный агрегат и в камеру сгорания поступает топливовоздушная смесь. В каждом изолированном отсеке 39 в боковой стенке корпуса 36 камеры сгорания выполнено отверстие 52. В кожухе 37 в зоне, примыкающей к впускному окну нагнетательного агрегата, закреплена свеча 53 зажигания. Воспламенение топлива происходит при размещении отверстия 52 напротив свечи 53 зажигания. В “дизельном” варианте двигателя (фиг. 8) топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Форсунка 54 впрыска топлива размещается в зоне кожуха, прилегающей к впускному окну расширительного агрегата. Впрыск топлива и воспламенение его происходят при размещении отверстия 52 напротив форсунки 54 впрыска. В двигателях с инжекторной системой подачи топлива (фиг. 9) в кожухе 37 закреплены инжектор 55 и свеча 56 зажигания. Свеча 56 зажигания располагается в зоне, примыкающей к впускному окну расширительного агрегата, так же как и в двигателях с карбюраторной системой подачи топлива. Инжектор 55 располагается относительно выпускного окна 24 нагнетательного агрегата со смещением по углу в направлении поворота корпуса 36 камеры сгорания так, чтобы окно 52 отсека 39 располагалось напротив форсунки впрыска после отсечения полости отсека 39 от полости нагнетательного агрегата. Конкретная величина смещения определяется взаимным расположением и формой выпускного окна 24 нагнетательного агрегата и окна 40 в отсеке 39. В варианте исполнения изобретения, показанном на фиг. 10, в расширительном и нагнетательном агрегатах установлены по две подвижные поперечные перегородки 9 и 11, делящие полости каждого из указанных агрегатов на два равных сектора. Каждый из секторов оснащен собственными впускным 23 (25) и выпускным 24 (26) окнами. Двигатель оснащен двумя камерами сгорания, установленными над указанными окнами и оснащенными неподвижными кожухами с размещенными в них вращающимися корпусами камер сгорания с плоскими распределительными стенками с окнами, поочередно подключаемыми к выпускному окну нагнетательного агрегата и к впускному окну расширительного агрегата, конструкция которых аналогична ранее описанному варианту. Работа теплового двигателя поясняется диаграммами на фиг.11 – 27 применительно к тепловому двигателю с одной камерой 35 сгорания. В нижней части каждого чертежа показано положение кольцевого поршня 7 относительно окон 23 – 26 нагнетательного и расширительного агрегатов. В верхней части диаграммы показано положение окон 40 и отсеков 39 камеры сгорания относительно окон 24 и 25 нагнетательного и расширительного агрегатов. Окна 40 показаны заштрихованными. Перемещение воздуха и продуктов сгорания между агрегатами двигателя показано прерывистыми стрелками и сплошной линией со стрелками. На схеме рассмотрен один полный цикл работы двигателя, начиная с момента поступления первой порции воздуха в нагнетательный тракт и заканчивая полным удалением отработавших выхлопных газов. В рассматриваемом цикле перемещение воздуха и продуктов сгорания между агрегатами двигателя показано сплошной тонкой линией со стрелками. Линия из прерывистых стрелок показывает перемещение воздуха и продуктов сгорания, происходящее одновременно с рассматриваемым циклом. Окна 23 – 26, перекрытые кольцевым поршнем 7, показаны штриховыми линиями. Рабочий цикл начинается с поступления атмосферного воздуха через впускное окно 23 в рабочий тракт нагнетательного агрегата в момент прохождения плавающим кольцевым поршнем 7 точки контакта внутренней поверхности поршня с внешней поверхностью внутренней стенки кольцевой камеры в зоне, примыкающей к подвижным поперечным перегородкам 9 и 11 (на фиг. 11 – крайнее нижнее положение поршня). Плавающий кольцевой поршень 7 и точка контакта поршня с внутренней стенкой кольцевой камеры перемещаются по часовой стрелке с увеличением объема между внутренней поверхностью плавающего кольцевого поршня и внешней поверхностью внутренней стенки кольцевой камеры, как это показано на фиг. 12 – 14. При дальнейшем перемещении плавающего кольцевого поршня он снова смещается в крайнее нижнее положение, как показано на фиг. 15. Условно можно назвать такое перемещение поршня как “один оборот поршня вокруг оси двигателя”. Нагнетательный тракт имеет максимальный объем и при дальнейшем перемещении в течение следующего оборота поршня происходит сжатие воздуха в нагнетательном агрегате. Полость нагнетательного агрегата в начале фазы сжатия не соединена с полостью камеры сгорания, так как окно в плоской стенке камеры сгорания смещено относительного выпускного окна нагнетательного агрегата (фиг. 15). При перемещении поршня одновременно происходит поворот камеры сгорания и в процессе фазы сжатия окно 40 отсека 39а в камере сгорания и выпускное окно 24 нагнетательного агрегата перекрывают друг друга и сжатый воздух из нагнетательного агрегата вытесняется в полость камеры сгорания (фиг. 16 – 18). По окончании фазы сжатия (фиг. 19) окно 40 в стенке камеры сгорания смещается относительно выпускного окна 24 нагнетательного агрегата, отделяя полость отсека 39а камеры сгорания от нагнетательного агрегата. В течение следующего 0,5 оборота кольцевого поршня 7, пока он не переместится в крайнее верхнее положение, полость 39а камеры сгорания изолирована от нагнетательного и расширительного агрегатов (фиг. 19 – 21). В это время в полость 39а камеры сгорания через отверстие 52 инжектором 55 впрыскивается порция жидкого топлива, которая испаряется за счет нагрева сжатым воздухом, и происходит воспламенение топливовоздушной смеси с помощью свечи 56 зажигания. После перемещения кольцевого поршня 7 через крайнее верхнее положение при дальнейшем движении кольцевого поршня окно 40 начинает совмещаться с впускным окном 25 нагнетательного агрегата, полость отсека 39а камеры сгорания соединяется с расширительным агрегатом и продукты сгорания через окно 40 отсека 39а камеры сгорания и впускное окно 25 расширительного агрегата начинают поступать в расширительный тракт (фиг. 22 – 25). В течение следующего оборота поршня происходит расширение продуктов сгорания с воздействием их на кольцевой поршень с выполнением полезной работы, которая передается на выходной вал двигателя и расходуется на сжатие воздуха в нагнетательном агрегате. В конце фазы расширения полость отсека 39а камеры сгорания изолируется от расширительного агрегата и готова к приему сжатого воздуха из нагнетательного агрегата (фиг. 25). При этом кольцевой поршень 7 находится в крайнем верхнем положении и при дальнейшем его перемещении открывается выпускное окно 26 расширительного агрегата и отработавшие продукты сгорания в течение следующего оборота кольцевого поршня 7 выбрасываются в атмосферу через патрубок 51 выхлопного канала, подготавливая тракт расширения к приему из камеры сгорания новой порции продуктов сгорания и выпуску очередной отработавшей порции. В течение первого полуоборота поршня во время выхлопа (фиг. 25 – 27) кольцевой поршень 7 переходит в крайнее нижнее положение, а отсек 39а камеры сгорания поворачивается и занимает положение, соответствующее началу заполнения его сжатым воздухом, и аналогичное диаграмме, показанной на фиг. 15. Следует иметь в виду, что при наличии разделительных перегородок 9 и 11 при одном “обороте” кольцевого поршня 7 одновременно происходит в нагнетательном агрегате сжатие воздуха и заполнение его свежим воздухом, а в расширительном агрегате – соответственно расширение продуктов сгорания с выполнением полезной работы и удаление отработавших продуктов сгорания, и по сущности заявленный двигатель, показанный на фиг. 1, соответствует двухцилиндровому двигателю внутреннего сгорания. Рабочий цикл двигателя с карбюраторной схемой подачи топлива и “дизельного” двигателя по существу процессов не отличается от описанного выше. В карбюраторном двигателе впрыск топлива производится в воздух на входе в нагнетательный агрегат и в нагнетательном агрегате сжимается топливовоздушная смесь. В “дизельном” двигателе температура сжатого воздуха превышает температуру воспламенения топлива, топливо впрыскивается непосредственно в полость отсека камеры сгорания и самовоспламеняется в нем. Заявляемое изобретение может быть изготовлено промышленным способом с использованием современных материалов и технологий. При реализации изобретения могут использоваться различные конструктивные исполнения камеры сгорания, трансмиссии, соединяющей кольцевой поршень с выходным валом двигателя, и других агрегатов, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на чертежах, иллюстрирующих изобретение, без отхода от духа и рамок настоящего изобретения, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле изобретения. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 15.02.2006
Извещение опубликовано: 27.01.2007 БИ: 03/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
