Прямоточный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания
DUCTED ROTARY AIR INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Прямоточный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий в своем составе винтовой компрессор, прямоточную камеру сгорания и двухроторный винтовой двигатель, относится к области двигателестроения и предназначен для использования в качестве автономного привода машин и механизмов. Известен однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания патент №2492336, который в действующей редакции МПК относится к рубрике под индексом F02B 53/00. Ввиду того что мощность двух роторного винтового двигателя зависит от величины давления горящих газов, поступающих в двигатель, то при использовании в камере сгорания вращающейся перегородки, несмотря на увеличение давления горящих газов перед входом в двигатель, снижается эффективность преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу из-за необходимости дополнительного снижения давления отработанных газов в рабочем объеме двигателя с целью полной очистки камеры сгорания от оставшихся отработанных газов, что негативно отражается на КПД двигателя. Целью изобретения является создание прямоточного роторно-компрессорного двигателя внутреннего сгорания, у которого:
1. В прямоточной камере сгорания осуществляется непрерывный процесс образования, воспламенения и сжигания топливной смеси при поддержании необходимого давления горящих газов.
2. В прямоточной камере сгорания поддерживается стехиометрическое соотношение топлива и сжатого воздуха.
3. Рабочий объем двух роторного винтового двигателя увеличен по сравнению с рабочим объемом применяемого компрессора во столько раз, во сколько раз температура горящих газов в камере сгорания выше температуры воздуха поступающего в камеру сгорания.
4. Форма и объем камеры сгорания в первую очередь выбирается в зависимости от требования условий, необходимых для оптимального сжигания топлива в сжатом воздухе.
5. Количество полезной работы,совершаемой двухроторным винтовым двигателем, зависит от разности между температурой горения топливной смеси в камере сгорания и температурой отработанных газов, выходящих из двухроторного винтового двигателя в атмосферу.
6. Запуск и рабочий ход двигателя осуществляется путем подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания с одновременным впрыском топлива из форсунки на свечу зажигания, расположенную внутри камеры сгорания.
7. Рабочий ход в каждой канавке длится в течение полного оборота роторов двигателя.
8. Повышена температура горения топливной смеси и степень расширения горящих газов.
9. Снижен уровень звукового давления отработанных газов и повышен КПД двигателя.
Поставленная цель достигается за счет того, что:
1. В прямоточной камере сгорания, частично входящей в рабочий объем винтового многозаходного двух роторного двигателя, осуществляется непрерывный процесс образования, воспламенения и сжигания топливной смеси при поддержании необходимого рабочего давления горящих газов.
2. В камере сгорания поддерживается стехиометрическое соотношение топлива и сжатого воздуха.
3. С целью увеличения мощности рабочий объем двух роторного винтового двигателя увеличен по сравнению с рабочим объемом применяемого компрессора во столько раз, во сколько раз температура горящих газов в камере сгорания выше температуры сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания.
4. Форма, объем и конструкция камеры сгорания в первую очередь подбирается в зависимости от условий, необходимых для создания оптимального процесса сжигания топлива при непрерывной подаче сжатого воздуха и топлива в прямоточную камеру сгорания.
5. Количество полезной работы, совершаемой двухроторным винтовым двигателем, зависит от разности между температурой горящих газов и температурой отработанных газов, величина которой снижается при выходе из выпускного канала до температуры окружающей среды.
6. Запуск и рабочий ход роторно-компрессорного ДВС осуществляется путем подачи сжатого воздуха из ресивера в прямоточную камеру сгорания с одновременным впрыском топлива из форсунок и воспламенением образующейся топливной смеси от свечи зажигания встроенных в корпус камеры сгорания, при этом рабочий ход в двигателе идет в течение полного оборота роторов и состоит из двух стадий, в которых непрерывно совершается полезная работа.
7. Температура горения топливной смеси повышена за счет отсутствия принудительной системы охлаждения, а степень расширения горящих газов повышена за счет многократного увеличения рабочего объема двухроторного винтового двигателя по отношению к рабочему объему компрессора и прямоточной камеры сгорания.
8. Мощность и крутящий момент на выходном валу прямоточного роторно-компрессорного ДВС можно изменять за счет вариатора значительно меньшей мощности, при установке в трансмиссии между компрессором и винтовым двухроторным двигателем.
9. Снижение уровня звукового давления отработанных газов и повышение КПД двигателя достигается путем увеличения степени расширения горящих газов, выходящих из выпускного канала двигателя, за счет повышения температуры горящих газов и за счет отсутствия принудительного охлаждения корпуса винтового двухроторного двигателя. Технический результат достигнут за счет создания прямоточного роторно-компрессорного ДВС с прямоточной камерой сгорания, в объем которой входит часть рабочего пространства винтового многозаходного двухроторного двигателя, имеющего увеличенный рабочий объем по отношению к рабочему объему компрессора, используемого для сжатия воздуха, и регулирования рабочего давлении горящих газов в камере сгорания, при этом достигается возможность преобразования тепловой энергии сгоревшего топлива в полезную механическую работу за счет объемного расширения горящих газов, поступающих непосредственно внутрь рабочего объема винтового двух роторного двигателя, в котором в течение одного оборота многозаходных винтовых роторов, смещаясь относительно друг друга в зависимости от числа заходов, в каждой канавке непрерывно за две стадии осуществляются рабочие ходы, при этом на первой стадии совершается полезная работа за счет силы давления горящих газов, действующих на рабочие поверхности роторов в процессе частичного заполнения рабочего объема двигателя, а на второй основной стадии рабочего хода совершается полезная работа за счет расширения горячих газов внутри герметично замкнутого рабочего объема двигателя. При этом путем регулирования скорости вращения приводного вала компрессора с помощью вариатора, установленного в трансмиссии, соединяющей компрессор с винтовым двухроторным двигателем, достигается возможность регулирования давления горящих газов в камере сгорания и крутящего момента на выходном валу винтового двух роторного двигателя, передающего значительно большую мощность по сравнению с потребляемой мощностью компрессора, в результате чего в роторно-компрессорном двигателе внутреннего сгорания обеспечивается преобразование тепловой энергии в полезную работу в условиях достижения максимально температуры горения топливной смеси, при увеличенной степени расширения горящих газов, 100% очистке рабочего объема двигателя от отработанных газов путем их выталкивания обратной стороной зубъев через выпускной канал в атмосферу и поддержания стехиометрического соотношения топлива и воздуха в камере сгорания на любых режимах работы двигателя, что в совокупности становится основной причиной значительного повышения величины КПД преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу в прямоточном роторно-компрессорном ДВС с возможностью плавного изменения величины крутящего момента на выходном валу двигателя.
Конструкция и принцип работы прямоточного роторно-компрессорного ДВС, содержащего в своем составе винтовой компрессор 3, соединенный при помощи варатора 7 с винтовым многозаходным двухроторным двигателем внутреннего сгорания 2, имеющим камеру сгорания 4, поясняются рисунком. Винтовой компрессор 3 за счет мощности отбираемой от винтового двухроторного двигателя 2 обеспечивает сжатым воздухом процесс непрерывного сгорания топлива в прямоточной камере сгорания 4, частично входящей в рабочий объем винтового многозаходного двухроторного двигателя, который имеет увеличенный рабочий объем по сравнению с рабочим объемом компрессора, применяемого для сжатия воздуха, при этом понижая или повышая скорость вращения приводного вала компрессора, достигается изменение давления горящих газов в прямоточной камере сгорания. Запуск и рабочий ход двигателя осуществляется путем подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания с одновременным впрыском топлива из форсунок 5 и воспламенением образующейся топливной смеси от встроенной в корпусе двигателя свечи зажигания 6. В течение одного оборота многозаходных винтовых роторов 1, смещаясь относительно друг друга в зависимости от числа заходов, в каждой канавке осуществляются рабочие хода, состоящие из двух стадий. В первой стадии рабочего хода полезная работа совершается за счет давления горящих газов, входящих в рабочий объем двигателя через торцы канавок, вращающихся через постоянно открытую площадь сечения впускного канала, а в течение второй стадии рабочий ход продолжается за счет расширения горячих газов, поступающих внутрь герметично замкнутого рабочего объема двигателя, при этом для управления скоростью вращения приводного вала компрессора и регулирования величины крутящего момента на выходном валу двигателя требуется вариатор со значительно меньшей мощностью по сравнению с мощностью развиваемой прямоточным роторно-компрессорным ДВС. При установившемся режиме горения топливной смеси в камере сгорания система зажигания автоматически отключается, а процесс горения поддерживается за счет поступления свежих порций горючей смеси, которые воспламеняются от высокой температуры рабочих поверхностей двигателя. Рабочие поверхности роторов и стенки корпуса изготавливаются или имеют покрытия из жаростойких материалов. Снижение мощности и выключение двигателя достигается плавным переводом компрессора на холостой режим работы или прекращением подачи топлива в камеру сгорания.