Двигатель со сгоранием при постоянном объеме

 

Изобретение относится к двигателестроению. Сущность изобретения: при воздействии кривошипа 15 на золотниковую втулку 12 за счет ее возвратно-поступательного перемещения и одновременного вращения происходит периодическое совмещение перепускного отверстия 9 соответственно со средством 3 управления воспламенением, с впускным или выпускным окнами 4 или 5, в результате чего в полость камеры 2 сгорания подается соответственно искра зажигания, свежая порция заряда (или газ продувки) или сбрасывается отработанный газ. Две камеры установлены соосно при этом кривошипы 15 каждой из камер перемещается от рабочего вала в противоположном направлении. Изменение объема камеры 2 сгорания осуществляется за счет перемещения днища 14 при помощи, например, резьбовой пары. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям, в которых заряд сгорает в камерах постоянного объема.

Известен двигатель, содержащий корпус, расположенные в нем камеры сгорания со средствами воспламенения заряда и впускными и выпускными окнами, рабочий вал, связанные с ним расширительную машину и компрессор, соединенные соответственно с впускными и выпускными окнами и золотниковым механизмом газораcпределения c выполненными в нем перепускными отверстиями, связанный с рабочим валом и расположенный во впускном и выпускном окнах с возможностью поочередного сообщения каждой камеры с компрессором и расширительной машиной, причем компрессор сообщен с впускными окнами при помощи нагнетательного канала, а расширительная машина снабжена выпускным коллектором [1].

Недостатком двигателя является повышенная тепловая напряженность золотникового механизма из-за постоянного воздействия высоких температур на одни его участки и сравнительно низких температур на другие, а также постоянное воздействие высоких температур на средства управления воспламенением.

Наиболее близким по технической сущности является двигатель, камера сгорания постоянного объема которого выполнена в виде цилиндра, образованного внутренней поверхностью цилиндрического золотника с перепускными отверстиями, сообщающими камеру поочередно с впускными и выпускными окнами [2].

Недостатком двигателя является повышенная тепловая напряженность деталей камеры сгорания, а именно золотника из-за постоянного однонаправленного воздействия высокотемпературного теплового потока в районе перепускного отверстия, сообщающегося с выпускным окном и создающего неравномерное поле температур в стенках золотника, что приводит к его деформациям или к необходимости повышения теплопередачи в окружающую среду.

Цель изобретения - повышение надежности работы в условиях высоких температур сгорания и повышение эффективности.

Для этого в двигателе со сгоранием при постоянном объеме, содержащем корпус, камеру сгорания, выполненную в виде цилиндрической полости с размещенной в ней золотниковой втулкой и снабженную головкой и днищем, приводной вал, связанный кинематически с золотниковой втулкой, соединенные с камерой впускной и выпускной каналы, по меньшей мере одно перепускное окно, выполненное во втулке с возможностью сообщения с каналами, средство управления воспламенением заряда, компрессор и расширительную машину, соединенные соответственно с впускным и выпускным каналами, средство управления воспламенением заряда установлено в корпусе с возможностью периодического сообщения с камерой сгорания, он снабжен механизмом преобразования движения, при этом приводной вал связан с золотниковой втулкой посредством механизма преобразования с возможностью возвратно-поступательного перемещения ее вдоль продольной оси камеры и вращательного - вокруг оси камеры, а перепускное окно втулки выполнено с возможностью периодического последовательного совмещения с впускным и выпускным каналами. При этом двигатель снабжен идентичной соосно расположенной камерой сгорания и идентичным механизмом преобразования движения, соединяющим приводной вал с золотниковой втулкой идентичной камеры сгорания. Кроме того, двигатель снабжен приводом, а днище выполнено подвижным и связано с приводом с возможностью изменения объема камеры сгорания, при этом головка жестко соединена с корпусом, причем головка и днище выполнены заодно с втулкой, а средство управления воспламенением заряда установлено в корпусе с возможностью сообщения с камерой при помощи перепускного окна. При этом механизм преобразования движения выполнен в виде кривошипа, связанного с золотниковой втулкой, при помощи шарового шарнира, причем ось вращения кривошипа расположена перпендикулярно продольной оси втулки.

На фиг. 1 изображен двигатель, общий вид; на фиг. 2 - камера сгорания во время впуска свежего заряда, продольный разрез; на фиг. 3 - то же, в момент сгорания; на фиг. 4 - то же, во время выпуска продуктов сгорания; на фиг. 5 - то же в конце выпуска во время продувки; на фиг. 6 - вариант выполнения камеры, в которой головка и днище выполнены заодно с втулкой.

Двигатель содержит корпус 1, расположенные в нем по меньшей мере две камеры 2 сгорания со средствами 3 управления воспламенением заряда, впускным и выпускным окнами 4 и 5, рабочий вал 6, связанные с ним расширительную машину 7 и компрессор 8, соединенные соответственно с выпускными и впускными окнами 5 и 4, и золотниковый механизм газораспределения с выполненными в нем перепускными отверстиями 9, связанный с рабочим валом 6 и расположенный во впускном и выпускном окнах 4 и 5 с возможностью поочередного сообщения каждой камеры 2 с компрессором 8 и расширительной машиной 7, причем компрессор 8 сообщен с впускным окном 4 при помощи нагнетательного канала 10, а расширительная машина 7 снабжена выпускным коллектором 11, камеры 2 сгорания выполнены цилиндрическими и расположены соосно, золотниковый механизм выполнен в виде золотниковой втулки 12, каждая из камер образована внутренней поверхностью золотниковой втулки 12 и расположенными в последней головкой 13 и днищем 14, рабочий вал 6 связан с каждой золотниковой втулкой 12 при помощи кривошипа 15, на оси 16 вращения которого установлена шестерня 17 другого кривошипа 15, а в каждой золотниковой втулке 12 выполнено по меньшей мере одно перепускное отверстие 9, расположенное с возможностью дополнительного сообщения камеры 2 со средством 3 управления воспламенением заряда после закрытия впускного окна 4. Ширина перепускного отверстия 9 вдоль образующей втулки 12 может превышать расстояние между соседними кромками впускного и выпускного окон 4 и 5 в районе расположения перепускного отверстия 9 в конце выпуска продуктов сгорания. Втулка 12 может быть снабжена пальцем 18, а кривошип 15 связан с последним при помощи шарового шарнира 19. Головка 13 может быть закреплена в корпусе 1, а днище 14 при этом выполнено подвижным и связано с механизмом 20 изменения объема камеры 2 сгорания. Кроме того, головка 13 и днище 14 могут быть выполнены заодно с золотниковой втулкой 12. Изменение объема камеры 2 сгорания может осуществляться при помощи резьбовой пары 20.

Двигатель работает следующим образом.

Перепускное отверстие 9 золотниковой втулки 12 перемещается в плане по замкнутой траектории от кривошипа 15, связанного с рабочим валом 6. При совпадении перепускного отверстия 9 с впускным окном 4 сжатый в компрессоре 8 воздух подается по нагнетательному каналу 10 в камеру 2 сгорания. После закрытия впускного окна 4 золотниковой втулкой 12 за счет ее перемещения перепускное отверстие 9 совпадает с местом установки средств 3 управления воспламенением заряда. Заряд сгорает в камере 2 при ее постоянном объеме с высокой эффективностью и расширяется в машине 7, например турбине, после совпадения перепускного отверстия 9 с выпускным окном 5 и выпуска из камеры 2 продуктов сгорания. В конце выпуска в камере 2 может быть организована продувка свежим зарядом за счет выполнения конфигурации впускного и выпускного окон 4 и 5 таким образом, чтобы расстояние между соседними их кромками в районе расположения перепускного отверстия 9 в конце выпуска было меньшим ширины отверстия вдоль образующей золотниковой втулки 12. После продувки начинается следующий цикл работы двигателя.

Для снижения инерционных нагрузок в двигателе камеры 2 сгорания расположены соосно, а кривошипы 15 вращаются в противоположные стороны за счет их синхронизации при помощи шестерни 17.

За счет перемещения перепускного отверстия 9 и периодического совпадения с впускным и выпускным окнами 4 и 5 достигается эффективное охлаждение золотниковой втулки 12 в районе отверстия 9 свежим зарядом во время продувки и впуска, и сложное перемещение втулки 12, контактирующей одновременно с корпусом 1, головкой 13 и днищем 14, позволяет переносить тепло от одних участков камеры 2 сгорания к другим.

В двигателе может быть предусмотрена регулировка объема камеры 2 сгорания за счет перемещения днища 14 при помощи, например, резьбовой пары 20.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ СО СГОРАНИЕМ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ, содержащий корпус, камеру сгорания, выполненную в виде цилиндрической полости с размещенной в ней золотниковой втулкой и снабженную головкой и днищем, приводной вал, связанный кинематически с золотниковой втулкой, соединенные с камерой впускной и выпускной каналы, по меньшей мере одно перепускное окно, выполненное во втулке с возможностью сообщения с каналами, средство управления воспламенением заряда, компрессор и расширительную машину, соединенные соответственно с впускным и выпускным каналами, средство управления воспламенением заряда установлено в корпусе с возможностью периодического сообщения с камерой сгорания, отличающийся тем, что он снабжен механизмом преобразования движения, при этом приводной вал связан с золотниковой втулкой посредством механизма преобразования с возможностью возвратно-поступательного перемещения ее вдоль продольной оси камеры и вращательного вокруг оси камеры, а перепускное окно втулки выполнено с возможностью периодического последовательного совмещения с впускным и выпускным каналами.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительоными идентичными соосно расположенной камерой сгорания и механизмом преобразования движения, соединяющим приводной вал с золотниковой втулкой идентичной камеры сгорания.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен приводом, а днище выполнено подвижным и связано с приводом с возможностью изменения объема камеры сгорания, при этом головка жестко соединена с корпусом.

4. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что головка и днище выполнены заодно с втулкой.

5. Двигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что средство управления воспламенением заряда установлено в корпусе с возможностью сообщения с камерой при помощи перепускного окна.

6. Двигатель по пп. 1-5, отличающийся тем, что механизм преобразования движения выполнен в виде кривошипа, связанного с золотниковой втулкой при помощи шарового шарнира, причем ось вращения кривошипа расположена перпендикулярно продольной оси втулки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6