СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-ГИДРОНАСОС И СПОСОБ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B71/04 F01B11/08 F04B31/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам, содержащим двигательную часть для преобразования энергии сгорания топлива в энергию потока жидкости, и может быть применено, в частности, на транспортных и других установках с гидравлическим приводом.

Известно двигательно-насосное устройство, содержащее двигательную часть с двигательными поршнями и насосную часть, выполненную в виде гидроцилиндров, связанных между собой гидравлически через преобразователь движения рабочей жидкости в механическую энергию, причем впускные и выпускные клапаны снабжены приводом для открывания и управления [1].

Описанное устройство обеспечивает изменение производительности и степени сжатия за счет изменения объема жидкости регулятора, что позволяет работать на различных видах топлива. Однако несимметричность работы двигательных цилиндров вызывает ударные нагрузки и на частичных режимах к непроизводительному расходу топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос, содержащий двигательную часть, выполненную в виде силовых цилиндров с двигательными поршнями, связанными с компрессорными полостями и соединенными штоком с насосным поршнем, перемещаемым в гидроцилиндре, имеющим клапаны для впуска и выпуска рабочей жидкости [2].

Данное устройство также обеспечивает изменение производительности в широком диапазоне нагрузок, т.к. поддерживается заданный режим работы двигательной части, что исключает ее перегрузку и остановку при изменении нагрузки в самых широких пределах и способствует эффективному использованию на транспортных установках. Однако, в таком устройстве нет активного влияния на процесс сгорания топлива (на скорость и давление), что сужает функциональные возможности устройства.

Предлагаемое решение позволяет решить поставленную в приведенных устройствах задачу и получить желаемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей.

Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей достигается тем, что в свободнопоршневом двухтактном двигателе-гидронасосе, содержащем двигательную часть, выполненную в виде силового цилиндра с двигательными поршнями, топливоподающие устройства и гидравлическую часть, состоящую из плунжеров, связанных с двигательными поршнями, и перемещающихся в подвижных корпусах, делителей и сумматоров потоков, объединяющих работу обоих бортов двигателя, гидроаккумуляторов и системы управления, в двигательных поршнях установлены клапаны для впуска и выпуска и топливоподающие устройства, линии распыла которых располагаются концентрированно и рассредоточено, а уровень концентрации устанавливают, поворачивая двигательные поршни или топливоподающие устройства, что позволяет расширить функциональные возможности за счет регулирования объема камеры сгорания, хода поршней и их цикличности, а также среднего индикаторного давления за счет изменения скорости сгорания.

Установка клапанов впуска и выпуска в двигательных поршнях расширяет функциональные возможности за счет изменения хода поршней и объема камеры сгорания.

Дополнительная установка топливоподающих устройств под углом к центральной оси поршней также расширяет функциональные возможности за счет увеличения конуса распыла.

Дополнительное снабжение топливоподающих устройств, например форсунок или поршней, вращающимся устройством позволяет также расширить функциональные возможности за счет увеличения или уменьшения концентрации топлива по конусу распылителя (Воинов А.Н. "Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М., Машиностроение, 1977, с.277).

Дополнительная установка гильзы из теплоизоляционного материала на протяжении всего максимального хода двигательных поршней, а также снабжение двигательных поршней теплоизоляционным материалом со стороны зоны сгорания также расширяет функциональные возможности за счет повышения давления сжатия и температуры сгорания.

Дополнительное придание специальной формы, например, параболической, поверхностям двигательных поршней, обращенных к зоне сгорания позволяет также расширить функциональные возможности за счет направленности действия сил теплового потока при сгорании.

Расположение линий распыла топливоподающих устройств концентрированно или рассредоточено, а также достижение концентрации поворотом топливоподающих устройств или поршней позволяет активно влиять на скорость сгорания и, следовательно, расширяет функциональные возможности.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков, обеспечивающая, в отличие от прототипа, расширение функциональных возможностей, не является явной из достигнутого технического уровня, и, следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

При проведении поиска на новизну заявляемого объекта - свободнопоршневые двухтактные двигатели-гидронасосы и способы их регулирования не обнаружены, из чего можно сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым.

Анализ взаимодействия признаков предлагаемого устройства и способа его регулирования при работе в производственных условиях позволяет сделать вывод о его промышленной применимости.

Предлагаемое устройство и способы его регулирования поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан предлагаемый свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос, продольный разрез, с топливоподающим устройством, установленным вдоль продольной оси.

На фиг. 2 показан продольный разрез двигательного поршня с топливоподающим устройством, установленным под углом к продольной оси.

На фиг. 3 и 4 показано центральное поперечное сечение камеры сгорания с конусами распыла по фиг. 1 с различным расположением конусов распыла.

На фиг. 5 показано центральное поперечное сечение камеры сгорания с конусами распыла по фиг. 1 и с регулировкой их поворотом топливоподающих устройств или поршней.

Свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос состоит из корпуса 1, в котором расположена гильза 2 из теплоизоляционного материала, в которой перемещаются двигательные поршни 3 и 4, имеющие клапаны 5, 6, 7, 8 для продувки и выпуска отработанных газов. По оси двигательных поршней (фиг. 1) или под углом к ней (фиг. 2), установлены топливоподающие устройства 9 и 10, обеспечивающие подачу топлива в камеру сгорания, образуемую поршнями 3 и 4 при движении их к внутренней мертвой точке. Днища 11 и 12 двигательных поршней 3 и 4 также выполнены из теплоизоляционного материала и имеют определенную форму, например параболическую, что позволяет почти полностью исключить теплопередачу корпусу двигателя и, следовательно, повысить термический КПД, т.е. расширить функциональные возможности. С двигательными поршнями 3 и 4 связаны кинематические плунжеры 13, которые перемещаются в насосных корпусах 14 и вращаются вокруг оси с помощью приводного устройства 15. Гидравлическая часть двигателя с левого борта симметрично выполнена правой части и поэтому на чертеже не показана. Гидравлическая часть свободнопоршневого двухтактного двигателя-гидронасоса состоит из впускного делителя потока 16, выпускного сумматора потока 17, аккумулятора 18, задающего сумматора потока 19, обратных клапанов 20 и 21, соединительных магистралей, а также напорной 22 и сливной 23. Корпус двигателя 1 снабжен также датчиком положения поршней 24 и продувочно-впускными окнами 25. Клапан поршней 5, 6, 7 и 8 снабжены управляющими устройствами 26, 27, 28 и 29. Задающие устройства 30 и 31 служат для регулировки подачи топлива и перемещения насосных корпусов 14. Конусы распыла 32, 33, 34, 35 топливоподающими устройствами 9 и 10 показаны в центральном поперечном сечении камеры сгорания.

Свободно-поршневой двигатель-гидронасос работает по двухтактному циклу. При максимальной нагрузке и наибольшей скорости подачи на исполнительных гидродвигателях (на чертеже не показаны) в напорной магистрали 22 поддерживается постоянное максимальное давление, что обеспечивается постоянством подачи топлива устройствами 9 и 10 через задающие устройства 30 и 31.

Корпусы 14 находятся в этом случае в крайних наружных положениях и двигательные поршни 3 и 4 вместе с плунжерами 13 совершают максимальный ход с максимальной степенью сжатия при минимальной камере сгорания. Продувка в этом случае, также как и во всех других, осуществляется через клапаны 5, 6, 7, 8 с помощью управляющих устройств 26, 27, 28, 29 и через окна 25. При минимальной нагрузке и минимальной скорости подачи в напорной магистрали 22 поддерживается постоянное минимальное давление, что обеспечивается соответствующей величиной подачи топлива устройствами 9 и 10 через задающие устройства 30 и 31. Корпусы 14 в этом случае находятся в крайних внутренних положениях и двигательные поршни 3 и 4 вместе с плунжерами 13 совершают минимальный ход с минимальной степенью сжатия. Любое промежуточное значение между максимальной и минимальной нагрузкой может быть получено промежуточным значением через задающие устройства 30 и 31. При этом будут меняться: ход поршней, цикличность, степень сжатия и, следовательно, термический КПД. Конусы распыла топлива в этих случаях остаются постоянными, расположенными определенным образом в центральном поперечном сечении камеры сгорания (фиг. 3 и 4). На скорость сгорания топлива в этом случае влияние оказывает давление конца сжатия и количество подаваемого топлива, т.е. активного влияния на цикличность и среднее индикаторное давление не оказывается.

При частичных режимах загрузки с помощью привода 15 поворачивают вместе с двигательными поршнями, или отдельно, топливоподающие устройства 9 и 10 (по часовой стрелке или против, совместно или раздельно - фиг. 3 и 4), концентрируя или рассредотачивая конусы распыла, что изменяет скорость сгорания, фронт распространения пламени, и, следовательно, позволяет активно регулировать среднее индикаторное давление и цикличность, т.е. расширяет функциональные возможности свободнопоршневого двигателя-гидронасоса.

Использование: в двигателестроении и позволяет повысить эффективность свободнопоршневого двигателя - гидронасоса. Сущность изобретения: в двигательных поршнях 3 и 4 установлены клапаны 5, 6, 7 и 8 для впуска и выпуска воздушного заряда и топливоподающие устройства 9 и 10. Причем двигательные поршни 3 и 4 размещены в гильзе 2 корпуса 1, их днища выполнены из теплоизоляционного материала, а форма днищ поршней 3, 4 выполнена параболической (вогнутой) со стороны зоны сгорания. Наличие в поршнях 3 и 4 клапанов и топливоподающих устройств 9 и 10 позволяет осуществлять регулировку величины камеры сгорания и концентрации распыла топлива, чем достигается указанный эффект. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос, содержащий двигательный цилиндр с двумя свободно движущимися двигательными поршнями, топливоподающие устройства и гидравлическую часть, состоящую из плунжеров, связанных с двигательными поршнями и перемещающихся в подвижных корпусах, делителей и сумматоров потоков, объединяющих работу обоих бортов двигателя, гидроаккумуляторов и системы управления, отличающийся тем, что в двигательных поршнях установлены клапаны для впуска и выпуска и топливоподающие устройства. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что топливоподающие устройства установлены под углом к центральной оси двигательных поршней. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что топливоподающие устройства или двигательные поршни снабжены вращающим устройством. 4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что в двигательном цилиндре установлена гильза из теплоизоляционного материала на протяжении всего максимального хода двигательных поршней. 5. Двигатель по пп. 1 4, отличающийся тем, что двигательные поршни снабжены теплоизоляционным материалом со стороны зоны сгорания. 6. Двигатель по п. 5, отличающийся тем, что форма теплоизоляционного материала двигательных поршней выполнена параболической (вогнутой) со стороны зоны сгорания. 7. Способ регулирования свободнопоршневого двухтактного двигателя-гидронасоса, включающий распыл топлива топливоподающими устройствами, отличающийся тем, что линии распыла топлива этих устройств располагают концентрированно или рассредоточенно. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что уровень концентрации или рассредоточения устанавливают, поворачивая двигательные поршни (или один) или топливоподающие устройства.