ДВУХТАКТНЫЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B71/04 

Изобретение относится к области моторостроения, а именно к конструкциям поршневых двигателей внутреннего сгорания, и предназначено для широкого использования во всех устройствах, приводимых в движение или выполняющих другую работу с помощью двигателей внутреннего сгорания, в частности в средствах наземного, воздушного и морского передвижения, а также в бытовых и промышленных установках.

Известны и широко применяются использующие энергию сгоревшего в цилиндрах горючего поршневые двигатели внутреннего сгорания, преобразующие возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах во вращательное движение рабочего вала с помощью кривошипно-шатунного механизма или осуществляющие ту же функцию с помощью бесшатунного силового механизма.

Известен двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей, содержащий по меньшей мере один блок спаренных цилиндров, в котором размещены поршни, разделяющие внутренний объем цилиндров на камеры сгорания и подпоршневые полости, соединенные между собой кольцевой гидромагистралью с обратными клапанами, и дополнительные устройства, оптимизирующие процессы газораспределения и топливоподачи.

В каждом блоке спаренных цилиндров этого двигателя для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала имеются две лопастные турбины, приводящиеся в движение вытесняемым из подпоршневого пространства рабочим телом. Турбины расположены на разных валах и передают усилие на общий вал с помощью шестеренчатой передачи.

Анализ показывает, что такое техническое решение имеет ряд недостатков.

Во-первых, турбины нагружаются попеременно (при рабочем ходе соответствующего цилиндра), т. е. если одна турбина, воспринимая усилие, передает его на рабочий вал, то другая в это время вращается вхолостую и оказывает тормозящее воздействие, тем большее, чем больше диаметр турбины, скорость ее вращения и суммарная площадь лопастей. Значительное усложнение конструкции, направленное на устранение этого недостатка (в блок спаренных цилиндров дополнительно включены четыре объема, разделенные упругими диафрагмами), полностью не решает эту проблему.

Во-вторых, в двигателе, содержащем более чем один блок спаренных цилиндров, при отключении части их, например, с целью экономии горючего при изменении нагрузки тормозящее воздействие будут оказывать левые и правые турбины отключенных блоков спаренных цилиндров, что дополнительно снижает КПД двигателя и даже делает невозможным использование такого режима работы прототипа.

В-третьих, во вращающихся лопастных турбинах математическое ожидание угла падения потока жидкости (газа) на лопасти турбины отлично от нормали, что является еще одной причиной снижения КПД двигателя.

В-четвертых, размещение в одном блоке спаренных цилиндров двух турбин на разных валах и передача воспринимаемого ими усилия на рабочий вал с помощью шестеренчатой передачи дополнительно усложняют конструкцию двигателя и снижают его КПД.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности, упрощение изготовления двигателя, обеспечение возможности отключения части цилиндров с целью экономии топлива с изменением нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что для повышения КПД двигателя турбины выполнены реактивными с осевой подачей рабочего тела и размещены на общем валу с шестерней отбора мощности, а также исключением из состава двигателя ряда усложняющих его элементов.

Это позволяет улучшить характеристики заявляемого двигателя за счет включения в его состав турбин с более высоким КПД, уменьшения гидравлических потерь, вызываемых в прототипе торможением менее нагруженной турбины, уменьшить потери на трение при передаче усилий с турбины на рабочий вал, упростить конструкцию двигателя, исключив из блока спаренных цилиндров четыре объема и разделяющие их упругие диафрагмы и часть обратных клапанов в гидромагистрали, отключать часть блоков спаренных цилиндров при уменьшении рабочей нагрузки в целях экономии топлива.

На чертеже изображена общая схема построения двигателя (системы и механизмы, являющиеся составной частью двигателя, но не вносящие дополнительных разъяснений в существо изобретения на схеме не показаны).

Двигатель имеет корпус 1, цилиндры 2 и 3, поршни 4 и 5, полый рабочий вал 6 с перегородкой посередине, турбины 7 и 8 с осевой подачей рабочего тела, выполненные заодно с валом, сопла 9 и 10 турбин, сообщающиеся с полым валом, кожуха 11 и 12 турбин, трубопроводы 13 и 14, перепускные клапаны 15 и 16, жестко сидящую на полом валу шестерню 17 отбора мощности, окна 18 в стенках цилиндров для выпуска отработанных газов, отверстия 19 для подачи в цилиндры рабочей смеси, уплотняющие сальники 20, несжимаемую или слабосжимаемую жидкость 21 (газ), заполняющую весь свободный объем под поршнями, в полом валу, турбинах, под кожухами турбин и в трубопроводах.

Работа двигателя осуществляется в следующей последовательности. Сжатая в цилиндре 2 рабочая смесь воспламеняется и поршень 4 совершает рабочий ход, выжимая жидкость (газ) 21 из подпоршневого пространства через полый вал 6 в турбину 7. Реактивная струя жидкости (газа) из турбины 7 через сопла 9 истекает в ее подкожуховое пространство и приводит турбину 7 и полый вал 6 во вращательное движение. Отработанная жидкость (газ) 21 из подкожухового пространства турбины 7 через перепускной клапан 15 по трубопроводу 13 поступает в подпоршневое пространство поршня 5. Под давлением поступившей жидкости (газа) поршень 5 совершает возвратное движение, последовательно перекрывая собой окна 18 для выпуска отработанных газов и сжимая рабочую смесь в цилиндре 3, поступившую в цилиндр через отверстия 19 для подачи рабочей смеси.

На втором этапе рабочий процесс происходит аналогично. Воспламеняется сжатая в цилиндре 3 рабочая смесь. Поршень 5 совершает рабочий ход, выжимая жидкость (газ) 21 из подпоршневого пространства через полый вал 6 в турбину 8. Реактивная струя жидкости (газа) из турбины 8 через сопла 10 истекает в ее подкожуховое пространство и приводит турбину 8 и полый вал 6 во вращательное движение. Отработанная жидкость (газ) 21 из подкожухового пространства турбины 8 через перепускной клапан 16 по трубопроводу 14 поступает в подпоршневое пространство поршня 4. Под давлением поступившей жидкости (газа) поршень 4 совершает возвратное движение, последовательно перекрывая собой окна 18 для выпуска отработанных газов и сжимая рабочую смесь в цилиндре 2, поступившую в цилиндр через отверстия 19 для подачи рабочей смеси.

В дальнейшем весь процесс повторяется.

Сущность изобретения: в корпусе 1 оппозитно размещены цилиндры 2, 3 и поршни 4, 5 двигателя внутреннего сгорания. Энергия движения поршней передается в нагрузку через силовую гидропередачу, включающую реактивные турбины 7, 8 и шестерню 17 отбора мощности. 1 ил.

ДВУХТАКТНЫЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с оппозитными цилиндрами и размещенными в них поршнями, образующими наружные двигательные полости и внутреннюю рабочую полость силовой передачи, снабженной двумя турбинами, размещенными в средней части корпуса, магистралями и клапанами, управляющими потоком рабочего тела, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, турбины размещены на общем валу соосно с цилиндрами и выполнены реактивными с осевой подачей рабочего тела.