РОТОРНО-КОМПРЕССОРНЫЙ ОДНОТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ROTOR COMPRESSOR SINGLE-CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Роторно-компрессорный однотактный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве автономного привода в машинах и механизмах, используемых человеком в своей жизнедеятельности. Изобретение относится к области двигателестроения. Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, номер заявки №2009144833/06 от 02.12.2009 г., который в действующей редакции МПК относится к рубрике под индексом F02B 53/00. Одним из недостатков известного двигателя является то, что для обеспечения равномерности крутящего момента двигатель должен иметь несколько рабочих секций, повернутых вокруг оси относительно друг друга. Целью изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания, у которого:
1. Одна рабочая секция обеспечивает равномерный крутящий момент на протяжении всего рабочего цикла двухроторного винтового двигателя внутреннего сгорания.
2. Увеличение крутящего момента на винтовых роторах достигается за счет повышения расхода топливной смеси.
3. Процесс преобразования тепловой энергии сгораемого топлива в механическую работу не зависит от температуры двигателя.
4. Энергия, затрачиваемая на охлаждение двигателя, возвращается обратно в виде полезной работы.
5. Максимальное число оборотов двигателя ограничивается лишь допустимой мощностью двигателя.
6. При аккумулировании энергии ресивером и снижении давления выхлопных газов до атмосферного значения обеспечивается коэффициент полезного действия (КПД) двигателя свыше 60%.
Поставленная цель достигнута за счет того, что:
1. Односекционный винтовой двухроторный двигатель внутреннего сгорания имеет возможность обеспечивать равномерный крутящий момент на роторах за счет использования многозаходных винтовых роторов, у которых винтовые поверхности перекрывают друг друга и всегда готовы к преобразованию сил давления расширяющихся газов в механическую работу.
2. Изменение крутящего момента на винтовых роторах обеспечивается регулированием количества подаваемой горючей смеси в рабочую полость двигателя при помощи, установленного на входе в рабочую полость, газораспределительного устройства, имеющего отдельный привод.
3. Процесс преобразования образующейся при сгорании топлива тепловой энергии в механическую работу не зависит от температуры нагрева двигателя, потому что температура охлажденного сжатого воздуха поступающего в камеру сгорания и температура горения топлива в воздухе практически не зависят от температуры самого двигателя.
4. Дополнительное охлаждение внутренних поверхностей двигателя осуществляется водяным туманом, который, превращаясь в пар в результате соприкосновения с горячими поверхностями, вращает винтовые роторы совершая полезную работу.
5. Винтовые роторы двигателя и компрессора статически и динамически уравновешены, а силы трения, возникающие при вращении роторов, не оказывают значительного влияния на увеличение числа оборотов двигателя, так как их роторы соприкасаются только с рабочим телом, находящимся в газообразном состоянии.
6. Учитывая то, что в двигателе безвозвратно теряется энергия идущая только на охлаждение масла в винтовом компрессоре и что давление выхлопных газов равно атмосферному, а неизрасходованная механическая энергия аккумулируется в ресивере, то можно сказать, что КПД двигателя должен быть не менее 60%.
Роторно-компрессорный однотактный двигатель внутреннего сгорания содержит компрессор, двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления. Впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляются одновременно с рабочим ходом.
Технический результат получен в виде роторно-компрессорного однотактного двигателя внутреннего сгорания имеющего одну рабочую секцию с винтовыми роторами, представляющими из себя два параллельно расположенных и синхронно вращающихся многозаходных винтовых ротора, у которых перекрывающие друг друга рабочие винтовые поверхности при любом угловом положении роторов всегда готовы к преобразованию сил давления расширяющихся газов в механическую работу вращательного действия с равномерным крутящим моментом на винтовых роторах за счет, установленного в корпусе двигателя и расположенного перед входом в рабочую полость, многокамерного газораспределительного устройства с отдельным приводом и несколькими камерами сгорания, образующимися между сферическими поверхностями, выполненными во вращающейся газораспределительной перегородке, и стенками корпуса двигателя, которые, охлаждаясь и наполняясь сжатым воздухом, поступающим из ресивера винтового компрессора, обеспечивают двигатель вместе с топливной и гидравлической форсунками необходимым количеством рабочей смеси путем изменения скорости вращения газораспределительной перегородки относительно скорости вращения винтовых роторов, при этом воспламенение топлива от системы зажигания начинается на границе перехода рабочей смеси из камеры сгорания в рабочую полость двигателя, соединенную с атмосферой через обратный клапан для обеспечения свободного вращения многозаходных винтовых роторов при отсутствии подачи рабочей смеси в двигатель.
Конструкция роторно-компрессорного однотактного двигателя внутреннего сгорания и его принцип работы поясняются чертежом. В корпусе 2 винтового двухроторного двигателя с помощью синхронизирующего блока вращаются синхронно два многозаходных винтовых ротора 1. На входе в рабочую полость в корпусе двигателя установлено имеющее отдельный привод многокамерное газораспределительное устройство с камерами сгорания 5, отделенными друг от друга вращающейся газораспределительной перегородкой 8. Одна половина камеры сгорания имеет сферическую поверхность, выполненную в газораспределительной вращающейся перегородке, а другая половина образуется за счет стенок корпуса, в котором вращается перегородка 8. При вращении, газораспределительной перегородки 8 через регулятор расхода сжатого воздуха 7 и отверстие в корпусе двигателя, камеры сгорания 5 поочередно продуваясь от сгоревших газов, охлаждаются и заполняются сжатым воздухом, поступающим из ресивера 9 винтового компрессора 4, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха.
Топливо впрыскивается в камеру сгорания 5 под давлением из форсунки 10 и воспламеняется от системы зажигания 3 на границе перехода топливно-воздушной смеси в рабочую полость двигателя. Рабочая полость двигателя соединена с атмосферой через обратный клапан для обеспечения свободного вращения многозаходных винтовых роторов при отсутствии подачи рабочей смеси в двигатель. Степень расширения рабочей полости двигателя задается конструктивно и зависит от длины винтовой линии и модуля винтов. Пуск роторно-компрессорного однотактного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за счет запаса сжатого воздуха в ресивере 9 и привода, который осуществляет воспламенение топлива и подачу горящей рабочей смеси в двигатель. Дополнительное охлаждение двигателя обеспечивается за счет экологически чистых рабочих ходов путем периодических впрысков водяного тумана из отдельной форсунки в камеру сгорания вместо подачи туда топлива. Сила давления газов, образующихся от горящей смеси или нагретого пара, воздействуя на площадь винтовых поверхностей, приводит во вращательное движение винтовые роторы. Повышение крутящего момента достигается за счет увеличения подачи рабочей смеси в двигатель. Количество подаваемой рабочей смеси регулируется изменением частоты вращения газораспределительной перегородки относительно скорости вращения винтовых роторов и с помощью регулятора расхода воздуха 7. Отработанные газы или охлажденный пар выталкиваются из рабочей полости винтовыми поверхностями и центробежными силами. Управление работой отдельных узлов и механизмов двигателя осуществляется с помощью контроллера или компьютера на основании информации, полученной от следящих устройств и кругового датчика, установленного на винтовом роторе.