ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЭЧКЕНКО

Предлагаемая, полезная модель двигателя внутреннего сгорания относится к области энергетического машиностроения и может быть использована в качестве роторного двигателя во многих областях техники для вращения машин, механизмов и агрегатов с применением углеродных видов топлива.
Известны конструкции роторных машин и двигателей основанные на применении роторно-поршневых, роторно-лопаточных, роторно-пластинчатых и других элементов, осуществляющих преобразование кинетической, энергии, объемного расширения рабочего тела (рабочей среды) во вращение вала двигателя.
Общими недостатками известных конструкций роторных, двигателей являются большие площади взаимного механического трения между вращающимися поверхностями элементов ротора и внутренней поверхностью корпуса двигателя, что вызывает повышенный механический износ сопрягающихся поверхностей и приводит, к ухудшению компрессии, уменьшению рабочего ресурса и потере рабочих характеристик.
Перечисленные недостатки, во многом устранены в устройстве по патенту №138061. RU., которое является ближайшим аналогом предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания.
Недостатком конструкции аналога является то, что при его использовании в режиме двигателя внутреннего сгорания требуется большой расход рабочей среды для заполнения объема вокруг спиральной лопасти, что приводит к дополнительному неэффективному расходу топлива. Кроме того, рабочая, среда, после вращения спиральной лопасти, обладающая остаточной энергией, давления, поступает на выхлоп и полезно не используется.
Целью предлагаемой, полезной модели, двигателя внутреннего сгорания, является уменьшение расхода топлива, использование остаточной энергии давления, выхлопа рабочей среды, а также применение внутреннего охлаждения элементов двигателя.
Указанная цель достигается тем, что в качестве преобразователя "давление-вращение" применен канально-лопастной барабан, который, позволяет более эффективно использовать внутреннюю поверхность канальных лопастей для преобразования энергии давления во вращение. Кроме того, реактивные струи, выходящие из канальных лопастей барабана, обладающие остаточной энергией, используются для давления на поверхность неподвижных лопаток диска, создавая дополнительное механическое усилие для вращения вала двигателя. Внутренне охлаждение элементов двигателя осуществляется подводом проточной охлаждающей, среды, во внутреннюю цилиндрическую полость двигателя.
Двигатель, внутреннего сгорания содержит корпус с внутренней цилиндрической расточкой, боковые крышки с подшипниками качения, компрессионные кольца на цилиндрических поверхностях элементов ротора, электроуправляемую форсунку и свечу зажигания, электрическую схему управления работой двигателя, причём на валу ротора, с двух сторон, жестко закреплены защитные диски, между которыми закреплен барабан преобразователя со сквозными каналами в виде серповидных лопастей, помещенный в защитный цилиндр, в корпусе двигателя также неподвижно закреплен отражающий лопаточный диск. Внутреннее охлаждение элементов двигателя осуществляется проточной средой поступающей через входной патрубок в полость защитного цилиндра и после циркуляции и теплообмена выводится через выходной патрубок во внешнюю среду.
Конструкцию предлагаемого двигателя внутреннего сгорания поясняют чертежи фиг. 1, 2, 3, где на фиг. 1 показана общая конструкция в разрезе А-А, а на фиг.2 отделено показан, внешний вид канально-лопастного барабана преобразователя без защитного цилиндра 10. На фиг. 3 показан внешний вид двигателя с условными вырезами поясняющими схему внутреннего охлаждения, а также электронная блок-схема синхронизации и управления работой двигателя. На чертежах фиг. 1, 2, 3, условно не показаны общеизвестные элементы (болты, гайки, шпильки, шайбы, прокладки и т.п.) необходимые для создания рабочей конструкции, а также внешние системы генерации топливной смеси, насос прокачки охлаждающей среды, узел глушения выхлопных газов, электроаккумулятор и т.п.
Конструкция двигателя состоит из следующих узлов и элементов: корпус 1 двигателя, боковая крышка 2, подшипник 3 качения, вал 4 ротора двигателя, защитный диск 5, компрессионное кольцо 6, съемный технологический люк 7, электроуправляемая форсунка 8, электроискровая свеча 9 зажигания, цилиндрический стакан 10, канальные лазы 11, тело барабана 12, болт 13 или несколько болтов крепления, лопаточного диска 20, коллектор 14 сбора отработанных газов, компрессионное кольцо 15, защитный диск 16, сквозные пазы 17 в корпусе двигателя, выхлопная труба 18, зона камеры 19 отработанных газов, неподвижный лопаточный диск 20, компрессионные кольца 21, зона камеры 22 сгорания. На фиг. 2, отдельно показан канально-лопастной барабан 12 преобразователя, жестко закрепленный на валу 4 ротора. На внешней поверхности барабана изготовлены продольные сквозные каналы 11 серповидной формы, выполняющие функцию лопаток рабочей поверхности преобразователя. Сквозные каналы могут изготавливаться по известной технологии фрезирования червячных шестерен. На фиг. 3 показан патрубок 30 входной, и патрубок 31 выходной для подвода и отвода охлаждающей среды, циркулирующей в полости 32 защитного цилиндра 10. На Фиг. 3, также показана электронная блок-схема синхронизации и управления работой двигателя, где магнит 23, закрепленный на валу 4, взаимодействует с датчиком 24, счетчик-делитель 25 частоты импульсов, формирователь 26 импульсов, электроуправляемый клапан 27, высоковольтный генератор 29.
Узлы и элементы конструкции взаимодействуют следующим образом. Корпус 1 двигателя имеет сквозную цилиндрическую расточку и съемную боковую крышку 2 с подшипником 3 качения, а также аналогичную крышку с упорным подшипником качения с другой стороны корпуса, в которых свободно вращается вал 4 ротора. На валу 4 ротора неподвижно закреплены: защитный диск 5, канально-лопастной барабан 12 закрепленный в полости цилиндра 10 и защитный диск 16. Внешние цилиндрические поверхности диска 5, цилиндра 10, диска 16 имеют механический зазор относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 и лишь соприкасаются внешними поверхностями компрессионных колец 6, 21, 15, что обеспечивает минимальный коэффициент трения, высокую степень герметизации камеры 22 сгорания, зоны преобразователя 12 и камеры 19 отработанных газов, а также защиту подшипников качения от протечки рабочей среды. Для увеличения герметичности в конструкции могут применяться парные компрессионные кольца с подачей смазки между кольцами, как в известных поршневых, двигателях.
На внешней, поверхности корпуса 1 установлен, съемный люк 7, после снятия которого и боковых крышек, узел ротора извлекается из корпуса. Лопаточный диск 20 может состоять из разъемных секций (условно не показаны) для оперативной, постановки в корпус 1.
ВХ.
ВЫХ.
Работа двигателя осуществляется следующим образом. С помощью электроуправляемого клапана 27, через форсунку 8 в камеру 22 сгорания впрыскивается доза топливной смеси. Свеча 9 электроискрового зажигания, работающая в непрерывном режиме, осуществляет зажигание топливной смеси, в результате происходит объемное расширение рабочей, среды и давление на внутренние поверхности канальных лопастей 1 барабана 12. В результате суммарного давления (P) на внутренние поверхности канальных лопастей серповидного профиля происходит изменение вектора (P), что приводит к вращению барабана 12 и вала 4 ротора. Реактивные газовые струи, выходящие из каналов 11 под углом, обладающие остаточной энергией, осуществляют давление на поверхности неподвижных лопаток диска 20, создавая дополнительные силы для вращения вала 4 ротора.
Профиль каналов лопастей может иметь переменное сечение способствующее более эффективному приложению энергии давления.
Отработанная рабочая среда, через промежутки лопаток диска 20, поступает в камеру 15 и через сквозные пазы 17 в корпусе 1 двигателя, в коллектор 14 сбора отработанной среды и далее через трубу 18 выводится наружу.
Поскольку канальные лопасти барабана 12 подвергаются воздействию высокотемпературных, газов, в двигателе применено внутреннее охлаждение по схеме показанной на фиг.3, где движение охлаждающей среды условно показано стрелками. Через входной патрубок 30, охлаждающая среда поступает в полость 32 защитного цилиндра 10, в результате чего происходит охлаждение тела цилиндра 10 и лопастей барабана 12. Для улучшения циркуляции охлаждающей, среды может быть применен внешний насос с приводом от собственного вала 4 ротора.
Синхронизация процесса впрыска и возгорания топлива осуществляется с помощью электронной схемы, примененной в аналоге, т.е. на валу 4 ротора закреплен магнит 23, который при вращении возбуждает импульсы в датчике 24, поступающие на вход счетчика-делителя 25 частоты импульсов. Переключением коэффициента деления счетчика-делителя 25 осуществляется управление впрыском топлива через один, два, три и т.д. оборотов вращения вала 4, что позволяет в широком диапазоне управлять скоростью вращения двигателя. Импульсы с выхода делителя 25 поступают на вход регулируемого формирователя 26 импульсов, где регулировкой длительности импульсов, осуществляется дозирование объема впрыска топлива в камеру 22 сгорания. Возгорание топлива осуществляется с помощью электроискровой свечи 9, подключенной к высоковольтному генератору 29, который может работать в непрерывном режиме или в режиме внешней синхронизации импульсами с выходов счетчика-делителя 25.
Для осуществления эффективного возгорания и последующего полного сгорания топливной смеси в конструкции могут быть дополнительно применены калильная свеча или несколько свечей зажигания, расположенных по окружности корпуса 1 двигателя. В конструкции могут применяться две или несколько электроуправляемых форсунок для впрыска в камеру 22 сгорания дополнительного воздуха или других стимулирующих добавок улучшающих сгорание и экономию расхода топлива.
Электропитание схемы управления осуществляется от аккумулятора, подзаряжаемого электрогенератором вращаемым собственным валом 4 ротора (не показаны).
Начальный запуск двигателя осуществляется подачей электрического сигнала, например с помощью кнопки (не показана), на управляющий контакт клапана 27, при этом происходит впрыск и возгорание топлива, обеспечивающие начальное вращение ротора и появление импульсов на выходе датчика 24, и далее процесс непрерывно повторяется. Остановка двигателя осуществляется отключением сигналов управления с клапана 27.
Для запуска двигателя не требуется применение внешнего стартера, что упрощает конструкцию, уменьшает массогабариты и делает его более надежным при эксплуатации.
В конструкции отсутствуют узлы и элементы, которые могут вызывать механическое заклинивание вала ротора, что делает его надежным при эксплуатации.
В процессе изготовления деталей, двигателя, отсутствуют операции по механической, "притирке" сопрягающихся поверхностей, что делает конструкцию технологичной, в производстве и обеспечивает полную взаимозаменяемость.
Конструкция двигателя имеет малое количество входящих узлов и деталей, технологична при массовом производстве с использованием существующих технологий.
Конструкция двигателя имеет хорошие показатели по рабочему ресурсу, унификации и ремонтопригодности, так механический ремонт практически сводится к замене компрессионных колец.
Конструкция двигателя не требует применения большого объема смазочных материалов.
Конструкция двигателя не требует длительного "прогрева" при запуске, в условиях низких температур, что обеспечивает высокую готовность к работе.
Конструкция двигателя обеспечивает низкий уровень детонаций и вибраций.
Конструкция двигателя может иметь различные массогабариты включая минидвигатели и, соответственно, различную мощность.
Для увеличения мощности и надежности двигателя, может применяться последовательное механическое соединение валов нескольких двигателей.
Управление работой и режимами двигателя может осуществляться дистанционно.
Предлагаемая полезная модель двигателя внутреннего сгорания может быть широко применена во многих областях техники, например для вращения и движения воздушных, наземных и надводных аппаратов.
Предлагаемая конструкция двигателя может также использоваться в режиме внешнего приложения энергии, например пара высокого давления, через патрубок (условно не показан) установленный на люк 7.