[1]Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, конкретно к роторным двигателям внутреннего сгорания с камерами сгорания за пределами полости статора, а именно к роторным двигателям с детонационным воспламенением топливовоздушной смеси.
[2]Известно что, сжатая рабочая топливовоздушная смесь может сгорать в двух режимах отличающихся интенсивностью горения и скоростью этого процесса:
[3]А) нормальное горение - со скоростью горения 20-30 м/сек.;
[4]Б) взрывное (детонационное) сгорание - со скоростью около 2000 м/сек.;
[5]При этом температура газов горения резко повышается - до 3500 - 4000 градусов Цельсия, против 2500 при обычной медленной форме горения.
[6]Экспериментами установлено, что при степени сжатия в 8,5, когда давление сжатой Рабочей Смеси достигает 18-20 атмосфер, при использовании 92 бензина, детонационно сгорает от 3 до 5% паров топлива - предельно приемлемый показатель, а при достижении давления сжатия в 34 атмосфер (степень сжатия 22-23), то Рабочая Смесь с парами 92 бензина будет на 100% сгорать в режиме детонации - объемного взрыва.
[7]Соколик А.С., Сгорание в транспортных поршневых двигателях. Изд. АН СССР, 1951, стр. 37.
[8]Известны детонационные поршневые двигатели имеющие дополнительными от 2 до 4 детонационных форкамер с полостями сообщающимися с основной камерой сгорания, в которых при перемещении поршня к ВМТ двигателя образуется, одновременно с основной камерой сгорания, топливовоздушная смесь под давлением обеспечивающим объем детонационное сгорания не менее 5% бензинового топлива с октановым числом от 76 до 92. Есть механизм одновременно перекрывающий и герметизирующий полости форкамер от камеры сгорания и поочередно открывающий сообщение полостей форкамер с камерой сгорания после первого сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания.
[9]Детонационное сгорание в форкамерах происходит при воздействии давления газов с камеры сгорания не менее 4,0 МПа с температурой не менее 500 град. Ц..
[10]Патенты РФ 2023 г. №№: 2800200; 2802248; 2806929; 2806930; 2807366; 2807841 и Патенты РФ 2024 г. №: 2821675.
[11]Недостатком известных детонационных двигателей является то, что в следствии ограничения рабочего хода поршня не свыше 180 градусов Цельсия оборота коленчатого вала и ограничения максимального давления в камере сгорания не свыше давления ограничиваемого запасом прочности приводящее к снижению мощности и кпд.
[12]Наиболее близким техническим решением является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с объемом цилиндрической формы, ограниченной с торцов боковыми крышками, установленный в объеме корпуса полый ротор, выполненный с радиальной лопастью, ориентированной вдоль его оси вращения, совпадающей с продольной осью корпуса, и кольцевыми ребордами, которые делят внутренний объем корпуса на секцию горючей смеси, разделенную радиальной лопастью ротора и разделительной пластиной на объем всасывания и сжатия, и рабочую секцию, разделенную радиальной лопастью и разделительной пластиной на объем расширения и объем выпуска, камеру сжатой горючей смеси и камеру сгорания, расположенные вне объема.
[13]Патент РФ №2527808, кл. F02B 53/08, F02B 53/06, F01C 1/356, 2012 г..
[14]Недостаком известного устройства является то, что камера сгорания находится вне объема корпуса, и сообщается с последним посредством перепускного устройства, при этом объем камеры сгорания небольшой, поэтому при сгорания топливно-воздушной смеси не обеспечивается достаточное давления на роторы, что влечет за собой невысокую мощность двигателя и невысокий КПД.
[15]Цель предлагаемого изобретения увеличении мощности двигателя.
[16]Поставленная цель достигается тем, что цилиндрический ротор с валом имеет прямоугольный поперечный паз с пружиной и кулачок с профилированным торцом, цилиндрический полый статор с прямоугольным радиальным отверстием, в котором установлен шибер с профилированным торцом и торцевая пружина в корпусе, прикрепленном с наружной стороны статора, и с последовательно расположенными радиальными отверстиями, размещенными от точки контакта центров профилированных торцов шибера и кулачка принятого за 00 отсчета вращения ротора по часовой стрелке пятью впускными и шестым выпускным отверстиями, при этом первое - на расстоянии 15 градусов, а последующие отверстия расположены с интервалом 60 градусов от первого и между собой, шестое выпускное отверстие соединено коллектором с турбокомпрессором, к пяти радиальным впускным отверстиям статора соосно закреплены пять цилиндрических корпусов детонационных камер с закрытыми торцевыми крышками с осевыми отверстиями для вала, при этом в корпусах детонационных камер установлены цилиндрические золотники, имеющие радиальное впуско-выпускное отверстие, а детонационные камеры образованы указанными цилиндрическими золотниками и их торцевыми крышками, корпуса детонационных камер имеют последовательно расположенные радиальные детонационное выпускное, дополнительное выпускное, впускное отверстие, соединенное воздушной трубкой с распределителем воздуха и ресивером, отверстие с форсункой, соединенной с распределителем топлива с топливным ресивером и отверстие со свечой зажигания, при этом рабочая полость образована внутренней поверхностью статора, его торцевых крышек, ротора и поверхностями шибера статора и кулачка ротора.
[17]Предлагаемое изобретение состоит: из полого цилиндрического статора 1 с торцевыми крышками 2 с осевыми отверстиями 3 с установленным в них валом 4 ротора 5 с поперечным пазом 6 с профилированным кулачком 7 с пружиной 8 .
[18]Статор 1 имеет: поперечный прямоугольное отверстие 9 и прикрепленный корпус 10 с шибером 11 с пружиной 12 профилированным торцом контактирующий с ротором 2; радиальные впускные 13, 14, 15, 16 и 17 отверстия размещенные последовательно от плоскости шибера отверстие 13 на расстоянии пятнадцать (15) градусов по часовой стрелке и последующие 14-17 с интервалом в шестьдесят (60) градусов от отверстия 13, через шестьдесят (60) градусов от оси 17 отверстия статор 1 имеет радиальное выпускное отверстие 18 через коллектор 19 соединенный с приемной секцией турбокомпрессора 20.
[19]К пяти радиальным впускным отверстиям 13-17 статора 1 закреплены корпуса 21 с торцевыми крышками 22 с осевыми отверстиями 23 с детонационной камерой 24 сгорания образованной в установленном в корпус детонационной камеры 21 цилиндрическом золотнике 25 с радиальным впускно - выпускным отверстием 26 и с торцевыми крышками 27 с осевым приводным валом 28 установленных в отверстиях 23 торцевых крышек 22 корпуса 21 детонационной камеры 24. Корпус 21 имеет радиальные последовательно расположенные отверстия: выпускное детонационное 29; выпускное дополнительное 30 - для отвода остатка газов сгорания из полости детонационной камеры 24 через коллектор 19 в приемную секцию турбокомпрессора 20; впускное воздушное 31 отверстие соединенный воздушной трубкой 32 с распределителем воздуха 33 и далее через воздушный ресивер с краном 34 с нагнетательной секцией турбокомпрессора 20; отверстие 35 с топливной форсункой 36 топливопроводом 37 соединенный с распределителем 38 топливного насоса 39 и отверстие 40 со свечой зажигания 41 электропроводкой 42 связанной с распределителем зажигания 43.
[20]Рабочая полость 44 образована внутренней поверхностью статора 1, его торцевых крышек 2 ротора 5 и поверхностями шибера 11 статора 1 и кулачка 7 ротора 5.
[21]Приводные валы: 42 распределителя топлива 38 и топливного насоса 39; распределителя зажигания 43 и приводной вал 28 золотников 33 кинематически 45 связаны с валом 4 ротора 5.
[22]Иллюстративная часть представлена на:
[23]Фиг. 1 Принципиальная схема;
[25]Фиг. 3 Детонационная камера сгорания в сборе;
[27]Фиг. 5 Индикаторная диаграмма и круговая диаграмм Фаз.
[28]Предлагаемое изобретение работает следующим образом.
[29]Вращение ротора 5 по часовой стрелке.
[30]Отсчет градусов оборота ротора 5 начинается с точки контакта центров профилированных торцов шибера 11 и кулачка 7 по часовой стрелке.
[31]Запуск осуществляется открытием крана распределителя воздуха 33 ресивера 34 воздух по воздушной трубке 32 подводится ко всем впускным 30 отверстиям корпусов 21 с детонационными камерами сгорания 24 и при любом положении ротора 5 в момент запуска вращение вала 4 ротора 5 передается через кинематические связи 45 к приводному валу 28 цилиндрического золотника 25 с детонационной камерой 24 и при совпадении впускного 35 отверстия корпуса 21 с впускным отверстием 26 цилиндрического золотника 25 воздух проходит в камеры детонационного сгорания 24.
[32]Впрыск топлива в камеры детонационного сгорания 24 осуществляются топливными форсунками 40 через топливопровод 41 от распределителя топлива 43 с топливным ресивером 44 топлива при совмещением с отверстием 39 и впускно - выпускным отверстием 26 золотника 25.
[33]Вращение на вал распределителя топлива 38 передается от вала 4 ротора 5 через кинематическую связь 45. Передаточное отношение кинематической связи i = 1,0.
[34]Вращение вала 4 ротора 5 через кинематическую связь 5 передается на вал распределителя зажигания43и электрический ток передается через электропровода 42 к свечам зажигания 41 согласно размещению камер 21 с детонационными камерами 24.
[35]Принудительное воспламенение топливовоздушной смеси в детонационной камерах 24 производится не менее чем за 5 градусов до момента совпадения впускно-выпускного отверстия 26 золотника 25 с выпускным отверстием 29 корпуса 21 с радиальными отверстиями 13, 14, 15, 16 и 17 статора 1 и соответственно с рабочей полостью 44 предлагаемого изобретения любого из шести корпусов 21 детонационных камер 24.
[36]Газы с давлением до 80 МПа из детонационной камеры 24 проходят в рабочую полость 44 ограниченную шибером 11 профилированным торцом прижатым к поверхности ротора 5 пружиной 10 установленным в его корпусе 9 и движущимся с ротором 5 с кулачком 7 с пружиной 8 установленных на поперечном пазе 6 ротора 5.
[37]При дальнейшем вращении ротора 5 на шестьдесят градусов совпадают отверстия впускно-выпускного отверстия 26 золотника 25 с выпускным детонационным отверстием 29 корпуса 21 с детонационной камерой 24 совпадающим с последующим радиальными отверстием 13 статора 1 и газы с давлением не менее 5,0 МПа и с температурой не менее 1000 градусов из рабочей камеры 50 попадают через отверстие 14 статора 1, выпускное отверстие 29 корпуса 21 и впускно-выпускное отверстие 26 золотника 25 попадают в детонационную камеру в 24 золотника 25, в следствии которого происходит 100% детонационное сгорание топливовоздушной смеси с повышением давления в детонационной камере 24 и в рабочей полости 45 не менее 8,0 МПа.
[38]После детонационного сгорания топливовоздушной смеси в последней шестой камере детонационного сгорания 24 соответствующей совпадении впускного 17 отверстия статора 1 при дальнейшем вращении ротора 5 на шестьдесят градусов при прохождении плоскости контакта его профилированного кулачка 7 выпускного отверстия 18 статора 1 газы с давлением не менее 1,0 МПа из рабочей камеры выходят через коллектор 19 к приемной секции турбокомпрессора 20.
[39]Нагнетательная секция турбокомпрессора 20 через воздушную трубку 32 сообщается с воздушным ресивером 34 и обеспечивает накопление воздуха под давлением не менее 1,4 МПа и подачу воздуха через открытый кран ресивера 34 и воздушную трубку 32 к впускным отверстиям 31 корпуса 21 детонационной камеры сгорания 24 и при совпадении впускно-выпускного 26 отверстия золотника 25 проходит в полость детонационной камеры 24.
[40]Профилированные кулачки 7 с пружиной 8 в поперечном пазе 6 ротора 5 и шибера 11 с пружиной 12 в корпусе 10 прикрепленном на статоре 1 взаимно перемещаются не прерывая контакта.
[41]Общая величина рабочего хода 315 градусов, выпуска 45 градусов и холостого хода 15 градусов от оборота ротора 5.
[42]Расход топлива соответствует бедной топливовоздушной смеси со стехиометрическим коэффициентом не менее 25.
[43]Объем полости детонационной камеры 24 золотника 25 соответствует объему сжатого воздуха с давлением обеспечивающим детонационное сгорание не менее 5% бензинового топлива марки А66.
[44]Объем Vд.к детонационной камеры 24 определяется из соотношения
[45]Vд.к = Vp.x / n д.к. х СС
[46]где: Vp.x - объем рабочего ротора 5; n д.к. - количество детонационных камер 24 и
[47]СС - степень сжатия соответствующая давлению в камере сжатого воздуха не менее 1,5 мПа.
[48]Передаточное число кинематических связей 51 с приводными валами 42 i = 1,0.
[49]Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом по Патенту РФ № 2775618, 2022 г. обеспечивает повышение мощности не менее чем в 3 раза за счет увеличения рабочего хода до 315 градусов оборота ротора 5 с средним индикаторным давлением не ниже 2,0 МПа и экономичности не менее чем в 2 раза за счет детонационного сгорании бедной топливовоздушной смеси.
