СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ГИДРОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СТАНОВСКОГО Российский патент 1995 года по МПК F02B71/04 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к свободнопоршневым двигателям (СПД) в теплоэнергических и транспортных установках.

Известны двигатели со свободно двигающимися поршнями, содержащие поршневую группу, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания. При сгорании топлива в боковых камерах сгорания поршневая группа содержит возвратно-поступательное движение, обеспечивая сжатие или перемещение рабочего тела, приводящего в движение исполнительные механизмы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршневую группу, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания, размещенный между ними бак с турбожидкостью. Поршневая группа содержит два жестко связанных друг с другом рабочих поршня с гидротурбиной двустороннего действия между ними, на их общей оси. Лопатки гидротурбины установлены с возможностью поворота вокруг своих осей.

При сгорании топлива в боковых камерах сгорания поршневая группа вместе с гидротурбиной совершает возвратно-поступательное движение. Лопатки гидротурбины, взаимодействуя с турбожидкостью, сообщают турбине и поршням вращательное движение. Причем при возвратно-поступательном движении поршневой группы лопатки под действием сопротивления турбожидкости поворачиваются вокруг своих осей так, что турбина с поршнями вращается в одну и ту же сторону. Однако при этом турбожидкость приобретает противоположное вращение, которое трудно затормозить. В результате отбираемая полезная мощность уменьшается за счет потерь энергии на вращение турбожидкости, уменьшая тем самым КПД двигателя.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предотвратить вращение турбожидкости.

Для решения этой технической задачи в свободнопоршневом гидротурбинном двигателе внутреннего сгорания, содержащем поршневую группу из двух рабочих поршней с гидротурбиной двустороннего действия между ними, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания, и размещенный между ними бак с турбожидкостью, рабочие поршни аксиально связаны друг с другом с возможностью вращения друг относительно друга, а гидротурбина выполнена в виде двух пропеллеров с противоположным направлением лопаток, закрепленных на рабочих поршнях.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 турбина из двух пропеллеров с лопатками двустороннего действия с обтекателем; на фиг. 3 подпружиненная поворотная лопатка двустороннего действия с одним из возможных вариантов установки пружин; на фиг. 4 один из возможных вариантов выполнения связи между рабочими поршнями.

Свободнопоршневой гидротурбинный двигатель внутреннего сгорания содержит поршневую группу 1, рабочие цилиндры 2 и 3, образующие две боковые камеры 4 и 5 сгорания, и размещенный между ними бак 6 с турбожидкостью, установленный неподвижно на рабочих цилиндрах 2 и 3. Поршневая группа состоит из двух аксиально связанных между собой рабочих поршней 7 и 8 с возможностью вращения друг относительно друга. В месте соединения поршней 7 и 8 на их общей оси расположена гидротурбина двустороннего действия. Она выполнена в виде двух отдельных пропеллеров двустороннего действия с противоположным направлением лопаток 9. Каждый пропеллер закреплен на соответствующем рабочем поршне 7 или 8.

Пропеллер двустороннего действия может быть выполнен либо в виде двухрядных жестких лопаток с обтекателем 10 между ними, как показано на фиг. 2, либо с поворотными подпружиненными лопатками (фиг. 3). Здесь представлен один из возможных вариантов установки пружин 11. Для связи с механизмом отбора мощности поршни 7 и 8 снабжены штоками 12 или как минимум одним, выходящими за пределы камер сгорания. Система топливоподачи может быть выполнена, как и в прототипе, в виде поршневых насосов, связанных с рабочими поршнями (не показаны).

Аксиальная связь рабочих поршней 7 и 8 с возможностью вращения их друг относительно друга может быть реализована с помощью втулки, как показано на фиг. 4.

Двигатель работает следующим образом.

При попеременном сгорании топливно-воздушной смеси в боковых камерах 4 и 5 сгорания рабочие поршни 7 и 8 вместе с закрепленной на их осях гидротурбиной совершают возвратно-поступательное движение в рабочих цилиндрах 2 и 3. При взаимодействии движущейся в аксиальном направлении гидротурбины с турбожидкостью в баке возникает вращательный момент и поршневая группа 1 приобретает вращательное движение. При этом поршень 7 вращается в одну сторону, а поршень 8 в другую. Отбор полезной мощности осуществляется при помощи штоков 12, соединенных с поршнями 7 и 8 и выходящих за пределы камер 4 и 5 сгорания. Благодаря тому, что на разных рабочих циклах гидротурбина вращает рабочие поршни 7 и 8 в противоположных направлениях, не меняя направления этого вращения, турбожидкость в баке 6 не приобретает вращательного движения. При этом уменьшаются потери энергии и повышается КПД двигателя.

Таким образом, в рамках компактной схемы СПГД реализуются достаточно высокие удельно-весовые показатели двигателя при непосредственной передаче крутящего момента на нагрузку.

СПГД является всеядным двигателем, так как степень сжатия ничем не ограничена. Вращающиеся поршни делаю рабочую смесь более однородной, чем улучшается качество сгорания топлива. Запуск двигателя осуществляется сжатым воздухом или пиропатроном, исключая мощные тяжелые аккумуляторные батареи. Подача топливно-воздушной смеси в камеры сгорания в двухтактном варианте двигателя осуществляется поршневым насосом, поршень которого соединен с штоком двигателя, выходящим за пределы торцовой камеры сгорания. Система зажигания в виде схемы с высоковольтным напряжением не нужна, здесь достаточно термически нагретого стержня, способного при сжатии топливно-воздушной смеси воспламенить ее. При сложении вращающихся энергий двух поршней эти энергии легко перевести из режима отдачи в режим накопления энергии. Удельно-весовые показатели и технические параметры СПГД позволяют перевести на новый качественный уровень создание подвижного транспорта и энергетических установок.

Использование: энергетика и транспорт. Сущность изобретения: свободнопоршневой двигатель содержит поршневую группу 1 из двух аксиально связанных поршней 7 и 8. Поршни размещены в рабочих цилиндрах 2 и 3, образующих две боковые камеры 4 и 5 сгорания. Между рабочими цилиндрами размещен бак 6 у турбожидкостью. Поршни могут вращаться друг относительно друга, и на каждом поршне в баке с турбожидкостью закреплены пропеллеры-гидротурбины двустороннего действия с противоположным направлением лопаток 9. Благодаря такому выполнению гидротурбины поршни вращаются в противоположные стороны, предотвращая потери энергии на вращение турбожидкости. 4 ил.

Свободнопоршневой гидротурбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршневую группу из двух рабочих поршней с гидротурбиной двустороннего действия между ними, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания, и размещенный между ними бак с турбожидкостью, отличающийся тем, что рабочие поршни поршневой группы связаны друг с другом в аксиальном направлении с возможностью вращения относительно друг друга, а гидротурбина выполнена в виде двух пропеллеров с противоположным направлением лопаток.