ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1926 года по МПК F01B1/08 

Предлагаемый тепловой двигатель предназначается, главным образом, для применения на морских судах, тепловозах и т.п. и имеет целью: большую компактность при сравнительно незначительном, по мощности, весе; возможность варьировать нагрузку, меняя его мощность; значительную экономию топлива, в случае смешанного типа (работающего, кроме непосредственного горения в цилиндрах, также паром).

В целях постройки гибко варьируемых мощностей двигателей, работающих газом или паром, от минимальных до очень больших и вместе с тем достаточно компактных, а следовательно, и с меньшей затратой материалов, предлагается особая схема действия со специальным приспособлением, состоящим, главным образом, из поршней-цилиндров.

На фиг. 1-6 изображен двигатель в разрезе со следующими обозначениями: 1,1 … - цилиндр; 2 и 2^а - поршни-цилиндры, вкладываемые в основной цилиндр 1, обращенные своими днищами один к другому; 3 и 3^а - внутренние поршни, входящие в цилиндро-поршни 2 и 2^а.

На чертеже изображен цилиндр с 4 поршнями для пяти вспышек в период одного лишь оборота главного вала. Этот процесс работы совершается в одном общем цилиндре, но фактически действие работы происходит как бы в пяти цилиндрах, т.е. вспышки происходят в пяти камерах, благодаря чему общая мощность получится равной мощности пяти цилиндров. Поршни 3 и 3^a насажены на штоки 4 и 4^а, которые, в свою очередь, проходят через крышки 5 и 5^а цилиндро-поршней 2 и 2^а. Шток 4 (фиг. 1 и 3), проходя через крышку 5, соединяется с траверсой 6, а последняя с тягами 7 и 7^а и приливами 8^а, 8^а поршня-цилиндра 2^а, крейцкопфами 9^а, 9^a, шатунами 10 и кривошипами 11, 11 - главного вала 12. Таким образом, имеются два поршня 3 и 2^а, связанные между собою и с крайними двумя кривошипами главного вала. Шток 4^а поршня 3^a (фиг. 2 и 4), проходя через крышку 5^а, соединяется с средним крейцкопфом 9, а последний - с тягами 8 и 8, приливами 8^а, 8^а цилиндро-поршня 2, и вся эта система связана шатуном 10 и средним кривошипом 11 главного вала 12 (это вторая пара поршней 3 и 2). Из вышеприведенного видно, что главный вал имеет на один цилиндр три кривошипа, из которых два крайних по отношению к среднему расположены под углом в 180°.

Межпоршневое пространство (камера сгорания топлива) 13 основного цилиндра образуется днищами поршней-цилиндров 2 и 2^а; камеры сгорания 14 и 14^a получаются между внутренними сторонами днищ цилиндро-поршней 2 и 2^а и одной стороной внутренних поршней 3 и 3^a; камеры сгорания 15 и 15^a в тех же поршнях-цилиндрах 2 и 2^а получаются между другой стороной внутренних поршней 3 и 3^a и крышками поршней-цилиндров.

Предлагаемая система может строиться с двухтактным и с четырехтактным циклами действий, а в данном случае (изображ. на фиг. 1-5, как с двухтактным циклом), имеются в стенках, как основного цилиндра 1, так и поршней-цилиндров, впускные и выпускные окна 16, 16 … 17, 17 … для отработанных газов, заменяющие собою обычные в таких случаях клапаны при четырехтактном цикле. Вся схема действия вместе с описанными, примерно, приспособлениями (поршней-цилиндров и внутренних поршней) может применяться как к двигателям внутреннего сгорания в их чистом виде, так и к машинам смешанного типа, работающим в одно и то же время в одних камерах, т.е. 13, 14 и 14^a вспышкою горючей смеси, а в других - 15 и 15^a паром, получаемым из особо сконструированного, рядом с цилиндром расположенного газового котла, производящего пар, путем прохождения тем или иным путем через котел отработанных газов; кроме того, также и к паровым машинам.

Схема самого действия системы в двигателях внутреннего сгорания чистого вида (вариант 1) будет заключаться в следующем (фиг. 1-4):

В начале пуска в камеру 13 подается сжатый воздух через пусковой клапан (на черт, не показан), причем поршни-цилиндры 2 и 2^а расходятся в противоположные друг другу стороны; одновременно с этим внутренние поршни 3 и 3^a, связанные попарно поршнями-цилиндрами помощью штоков 4 и 4^а, траверсой 6, тягами 7, 7 и 8, 8, - крейцкамерами 9 и 9^a, 9^a, идя друг другу навстречу, образуют в середине своего хода между днищами поршней-цилиндров 2 и 2^а, с внутренней их стороны и внутренними поршнями 3 и 3^a, сжатие воздуха и, по подаче через форсунки топлива, происходит вспышка образуемой смеси одновременно в обоих описанных камерах сжатия 14 и 14^a (фиг. 2 и 3), после чего цилиндры-поршни, а в них и внутренние поршни 3 и 3^a, расталкиваясь доходят до своих крайних положений, образуют три сжатия - 13, 15 и 15^a (фиг. 1-4); в то же время выпускные окна 16, 16 … 17, 17 …, становясь в положение открытия, выпустив отработанные газы из межпоршневых пространств 14 и 14^а, впускают свежий воздух, а сжатия в камерах 13, 14 и 14^a, образуя смесь, вследствие подачи форсунками, снова производят вспышку и, благодаря производимому давлению, вся система цилиндров - поршней, расталкиваясь, снова производит сжатие в камерах 14 и 14^a (фиг. 2 и 3), выпуская расширенные и отработанные газы из трех межпоршневых пространств 13, 15 и 15^a в выпускные окна 16, 16 … и 17, 17 … В дальнейшем повторяется то же процесс.

Таким образом, из изложенного описания действия всей системы видно, что действие на главный вал мощности, получаемой в одном цилиндре системою поршней, равняется мощности, равной пяти цилиндрам, т.е. пятицилиндровой машины. В результате получится компактность системы и, в связи с этим, уменьшение в весе по сравнению с пятицилиндровой машиной, с одинаковыми размерами.

Данная система машины может работать с различною нагрузкою. Так, при полной нагрузке пускаются в действие все пять форсунок пяти описанных камер сжатия, но, если потребуется меньшая нагрузка, то таковая достигается путем выключения из действия одной, двух и более форсунок, а в случае надобности, она может работать и при действии одной лишь форсунки.

Распределение действующих сил на главный вал происходит достаточно равномерно, даже при одноцилиндровой машине, благодаря расположению кривошипов под углом в 180°, не говоря уже о многоцилиндровой (двухцилиндровой под углом 90°, трехцилиндровой 45° и т.д.); кроме того, равномерность и плавность работы машины еще обеспечивается и тем, что каждый ход поршней является рабочим ходом, и после каждой вспышки автоматически образуется компрессия (сжатие), предотвращающая вредную инерцию масс, неизбежную в машинах обычных систем. Да и самое расположение всей системы движущихся инертных масс (поршней и пр.) и равномерное на них действие сразу в обе стороны (на каждую пару поршней, а их две) также гарантирует плавность и равномерность хода. Что же касается мощности, достигаемой в машине предлагаемой системы, то она может достигать весьма больших размеров, ибо весь процесс развиваемой мощности распределяется в пяти актах действия, следовательно, распределяется равномерно, по сравнению с получением ее в одном лишь цилиндре, даже, хотя бы, двойного действия.

Все описанное касалось двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. В двигателях смешанного типа, т.е. работающих кроме непосредственного горения в цилиндрах и паром, получится лишь та разница, что в камеры сжатия 15 и 15^а, вместо горючего, подается тем или иным путем пар из парообразователя (котла). Вариант третий состоит в том, что вся система приводится в действие не от вспышек горючей смеси, а исключительно паром, т.е. эта система строится тогда, как паровая машина, с отдельной котельной установкой.

Тепловой двигатель, работающий газом или паром, или тем и другим, характеризующийся применением встречно-движущихся в цилиндре 1 поршней-цилиндров 2 и 2^а, закрытых крышками 5 и 5^а и снабженных окнами 16 и 17 соответственно таковым же окнам цилиндра 1, внутри каковых поршней-цилиндров движутся поршни 3 и 3^а, из которых поршень 3 соединен при помощи поперечины 6, тяг 7 и приливов 8^а с поршнем - цилиндром 2^а, а поршень 3^а соединен при помощи крейцкопфа 9, тяг 8 и приливов 8^а с поршнем-цилиндром 2 таким образом, что образуются пять рабочих пространств 13, 14, 14^а, 15, 15^а, в которых во всех работают газы или пар, или в некоторых из них работают газы, а в остальных пар, при чем движение от поршней передается шатунами 10 на трехколенчатый вал 11, 12.