Свободнопоршневой двигатель с газовой турбиной Советский патент 1988 года по МПК F02B71/04 F02C5/08 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повьпие- ние приемистости и тяговых свойств свободнопоршневого двигателя па переменных режимах, характерных для транспортных силовых установок.

На фиг. 1 схематически изображен свободнопоршневой двигатель; вид спереди; на фиг. 2 - то же. вид сбоку| на фиг, 3 - система взаимодействия элементов камеры сгорания (пунктиром показана обратная работа); на фиг, - - половина камеры сгорания, общий вид; на фиг. 5 - поворотный клапан, раз-рез .

Свободнопоршневой двигатель (фиг, 1 и 2) содержит цилиндр 1; состоящий соответственно из двух воздушных камер 2j четырех нагнетательных камер 3 и двух торцовых камер 4 сгорания, каждая из которых выполнена из двух усеченных конусов 5, сообщающихся малыми диаметрами собой, и имеет два перепускных золотника 6,, две форкамеры 7, каждая из которых сообщается с большим диаметром усе-- ченного конуса 5,, топливные форсунки 8, размещенные в форкамерах 7, и два поворотных клапана 9 (фиг„ 3 к 4), каждый из которых выполнен по форме усеченного конуса 5, снабженного полушестеренкой 10, щелью 11, сообщающейся через щель 12 усеченного конуса 5, и направляющее сопло 13 с поверхностью газовой турбины 14 (фиг. 5) и продувочным отверстием 15, сообщающимся через продувочную камеру 16 с соответствующей нагнетательной камерой 3, Двигатель содержит также рабочий поршень 17 двойного действия, размещенньй в цилиндре , газораспределитель 18 взаимодействующий с поворотными клапанами 9 и сообщающийся с цилиндрами 1 и топливнь е насосы 19, взаимодействующие с перепускными золотниками 6, причем га-зораспреде- литель 18 включает клапан 20 подпружиненный пружиной 21J взаимодействующий с отверстием 22 торцовой камеры 4 сгорания ii отверстием 23, сообщающимся с газоотводным каналом 24, поршень 25, размещенный в газовом канале 26 к соединенный штоком с зубчатой рейкой 27, взаимодействующей с полу- щесто ренкой 10 поворотного клапана 9 В нагнетательных камерах 3 челночно перемегадется перепускной золотник 6j

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

взаимодействующий с отверстиями 28-30, сообщающими каждую камеру 3 соответственно с форкамерой 7, продувочной камерой 16 и воздушным каналом 31, Пустотел й перепускной золотник 6 имеет верхнее отверстие 32, взаимодействующее с продувочной камерой 16 и нижнее отверстие 33, взаимодействующее с воздушным каналом 31, причем верхняя часть золотника ,6 взаимодействует через плунжер 34, подпружиненный пружиной 35, с топлив ньпч насосом 19 Воздушные камеры 2 имеют всасывающие клапаны 36 и 37,

Двигатель работает следующим образом.

Рабочий поршень 17 находится в верхнем положении, перед верхней мертвой точкой верхней торцовой каме- р-ь1 4 сгорания.

Поршень 25 под действием давления воздуха, созданного в нагнетательной камере 3 и воздействующего через воздушный канал 31, перемещается в нижнее (правое) положение (поворотный клапан 9 перекрывает выход из камеры 4 сгорания в сопло 13) после перекрытия клапаном 20 под действием пружины 21 отверстия 22, сообщающего канала 26 с торцовой камерой 4 сгора- рания. Золотник 6, перемещаясь под действием да ; ления воздуха по нагнетательной камере 3, соединяет отверстие 32 золотника 6 с отверстием 29 продувочной камеры, которая заполняется сжатьм воздухом, передвигает плунжер 34, подпружиненный пружиной 35, топливнот о насоса 19, и обеспечивает впрыск топлива через форсунку 8 в форкамеру 7 j в которой обеспечивает завихрение- топливовоздушной смеси. При этом возникает перепад давления в нг1гнетательной камере 3; золотник 6 под действием пружины 35 возвращается в исходное состояние, перекрывает отверстия 28 и 29, прекращая сообщение форкамеры 7 и продувочной камеры 16 с нагнетательной камерой 3 и соединяет отверстие 33 золотника 6 с отверстием 30 и каналом 31 ,

При достия;ении рабочим порщнем 17 верхней мертвой точки происходит самовоспламенение горючей смеси в обоих усеченных конусах 5 верхней камеры А сгорания. Под действием расширяющихся газов поршень 17 перемещается вниз, опускаясь ниже отверстия 22, Давле313

иие газов сжимает пружину 21 и открывает клапан 20, одновременно перекрывая отверстие 23. Газы через отверстие 22 клапана поступают в канал 26 и перемещают поршень 25 в верхнее (левое) положение. Воздух, сжимаемый противоположной стороной поршня 25, через канал 31 заполняет полость золотника 6. Зубчатая рейка 27, соеди- ненная штоком с поршнем 25, поворачивает полушестеренку 10 поворотного клапана 9 и совмещает п(ель 11 со щелью 12 усеченного конуса 5, обеспечив выход газов через направляющее сопло 13 к внутренней цилиндрической поверхности турбины 14, При этом газЬ одновременно выходят с обоих выходов усеченных конусов 5 камеры 4 сгорания, воздействуя на значительную часть рабочей поверхности колеса газовой турбины 14.

При полном совмещении щелей 11 и 12 верхней камеры 4 сгорания, когда почти все газы истекут через сопло 13 на турбину 14, продувочное отверстие 15 поворотного клапана 9 совместится с выходом продувочной камеры 16, сжатый воздух из которой обеспечит продувку оставшихся в камере 4 сгора- ния газов. Давление в верхней камере 4 падает, клапан 20 под действием пру жины 21 закрывает отверстие 22 и открывает отверстие 23, обеспечив сообщение канала 26 с газоотводным каналом 24 и выведение газов из канала 26,

Достижение рабочим поршнем 17 нижней мертвой точки сопровождается аналогичными процессами, происходящими в нижней торцовой камере 4 сгорания.

При перемещении рабочего поршня 17 вверх (влево) всасывающий клапан 36 закрыт, а всасывающий клапан 37 открыт. Воздушная камера 2 через клапан 37 заполняется очищенным воздухом .вслед за движением поршня 17. При перемещении рабочего поршня 17 вниз (вправо) клапан 36 наоборот открыт, а клапан 37 закрыт, Соответствующая воздушная камера 2 снова заполняется

5 0

5 0 5

0

5

0

10

воздухом, ио уже через клапан ЗЬ. 1 а- поршень 17, возвращаясь в верхнее положение, сжимает воздух в нагнетательной камере 3 и перемещает золотник 6 вверх, сохраняя в его полости сжатый воздух, поступивший по каналу 31, перекрытием отверстия 33, и открывает отверстие 30, Сжатьп воздух с нагнетательной камеры 3 че1)ез канал 31 поступает в канал 26 и перемещает поршень 25 в нижнее по.поже- ние, выталкивая газы через открытое клапаном 20 отверстие 23 в газор -- водный канал 24, Рейка 27, сцеплен,;v ная с полушестерней 10, поворачивает поворотный клапан 9, сразу же с началом поворота перекрывая продуво (ное отверстие 15, и прерывает сообщение камеры 4 сгорания с соплом 13. При дальнейшем перемещении золотника 6 (и движении поршня 17) работа механизмов двигателя происходит аналогично описанному, т.е. все процессы повторяются.

Формула изобретения

Свободнопоршневой двигатель с газовой турбиной, снабженной направляющими соплами и свободнопоршневым генератором газа, содержащим рабочий поршень двойного действия, цилиндр, ; с торцовыми камерами сгорания, обо- pyдoвaнны ra поворотными клапанами и перепускными золотниками, связывающими камеры сгорания через выхлопные отверстия с газовой турбиной и с форка- мерами, имеющими форсунки, связанные с топливными насосами, отличающийся тем, что, с целью повышения приемистости, генератор размещен во внутреннем пространстве полости колеса турбины симметрично ее оси, а выхлопные отверстия камер сгорания расположены тангенциально, причем камеры сгорания выполнены в виде двух усеченных конусов, симметричных относительно продольной оси.цилиндра и сообщающихся между собой малыми -диаметрами, а перепускные золотники - в виде полых цилиндров, взаимодействующих с топливными насосами.

Горнзчее

2ff

Изобретение позволяет повысить приемистость и тяговые св-ва двигателя на переменных режимах, характерных для транспортных силопых установок, Свободнопоршневой генератор газа размещен во внутреннем пространстве полости колеса газовой турбины 14 симметрично ее оси. Цилиндр 1 генера5// зг за 3S тора содержит рабочий поршень двойного действия и торцовые камеры сгорания (КС) 4. КС выполнены в виде усеченных конусов 5 каждая, симметричных относительно продольной оси цилиндра и сообщающихся между собой малыми диаметрами, а выхлопные отверстия КС расположены тангенциально. Перепускные золотники 6 КС выполнены в виде полых цилиндров, взаимодейст- вуюпщх с топливными насосами 19, и связывает КС через выхлопные отверстия с турбиной 14 и форкамерами 7, имеющими форсунки 8, связанные с насосами 19. Поворотные клзпаны 9 КС 4 выполнены по форме усеченного конуса 5, 5 ил. f 5 3f ,25 -i (Л 28 2S

Фи2.д

//

. 5