Свободнопоршневой двигатель-насос Советский патент 1993 года по МПК F02B71/04 

полностью предотвращает потери топлива при продувке и позволяет снизить удельный расход топлива. НТВС обеспечивает гомогенизацию рабочей смеси и ее наддув, что повышает литровую мощность. ГН состоит из двух соединенных гидроцилиндров-7, жестко закрепленных на стыке с центральным поршнем 10 НТВС, и выполнен в форме плавающего золотникового распределителя, поочередно перемещаемого внутренней торцевой частью рабочих поршней 3. Плавающая конструкция ГН позволяет уменьшить

относительный ход плунжеров б за счет значительного снижения хода плунжера. Максимальная длина хода плунжера 6 ГН равна разнице Между ходом рабочих поршней 3 и ходом централ ьного поршня10|НТВ С.Малый относительный ход плунжеров 6 ГН отодвигает рано наступающие явления кавитации, что позволяет увеличить быстроходность и подачу ГН и соответственно повысить удельную мощность СПДН, передаваемую гидравлическим путем исполнительному органу, например гидромотору. 4 з.л. ф-лы, 3 ил.

Использование: в качестве автономной силовой установки для энергетических, транспортных и других стационарных и самоходных средств. Сущность изобретения: свободнопоршневой двигатель-насо:с (СПДН) содержит разнесенные соосные рабочие цилиндры 1, между которыми размещены гидронасос (ГН) и нагнетатель топливно-воздушной смеси (НТВС) двойного действия. СПДН работает по двухтактного циклу. Продувка рабочих цилиндров 1 обеспечивается сжатым в подпоршневых камерах 4 воздухом, а подачу рабочей смеси под давлением в цилиндр осуществляет НТВС, в котором центральный поршень 10 поочередно засасывает рабочую смесь из карбюратора 20 и нагнетает ее. через кольцевой ресивер 16 и патрубок 17 в рабочий цилиндр 1 в тот момент, когда завершится продувка цилиндра воздухом и поршень 3 при обратном движении перекроет перепускные каналы 25 и выхлопные окна 24, что ел с

Изобретение относится к деигателест- роению, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания.

Известны свободнопоршневые двигатели внутреннего сгорания с гидропередачей,содержащие оппозитно расположенные соосные рабочие цилиндры с установленными в них жестко связанными поршнями и гидронасос, выполненный в форме гидроцилинДров с размещенными в них плунжерами, связанными с поршнями, причем рабочие цилиндры и гидроцилиндры установлены параллельно, или гидроци- линдры размещены между рабочими цилиндрами с взаимным перекрытием гид- роцилиндррв по их длине.

Известны также подобные двигатели с гидропередачей, где две группы поршней объединены в единый узел при помощи распределительной втулки, охватывающей ци- линдры; или где в противолежащих цилиндрах, разделенных перегородкой, размещены поршни, связанные гидродви- гатёлем, или где движение независимых поршней, связанных с плунжерами гидроцилиндров, синхронизируется за счет зубчатых реек и шестерен; или где поршневые группы связаны с плунжерами гидроцилиндров и имеют буферные полости и механизм синхронизации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является свободно- ,поршневой двигатель с гидропередачей (деигательно-наеосное устройство), принятый за прототип, содержащий двигательную часть, выполненную в виде оппозитно-рас- положенных силовых цилиндров с установленными в них жестко связанными поршнями и насосную часть, выполненную в виде гидроцилиндров с размещенными в них плунжерами, жестко связанными с поршнями, причем гидроцилиндры размещены между силовыми цилиндрами с взаимным

перекрытием гидроцилиндров по их длине, а поршни силовых цилиндров связаны меж- ду собой штоком.

Однако указанное двигательно-насосное

5 устройство имеет недостаточную быстроходность и связанную с этим низкую подачу жидкости. Из-за большого относительного хода плунжеров и зависимых от него рано наступающих явлений кавитации насосная

10 часть имеет ограничение по быстроходности порядка 2-3 тысяч ход/мин. (Даже в авиационных короткоходных аксиально- поршневых насосах быстроходность составляет 4-5тысяч ход/мин). В тоже время

15 двигательная часть (свободнопоршневой двигатель, в чистом виде) способен иметь N быстроходность порядка 30 тысяч ход/мин, т.е. двигатель может передать гидравли- ; ческим путем исполнительному органу, на0 пример через гидромотор, менее половины своей потенциальной мощности.

Кроме того, карбюраторный вариант двИгательно-насосного устройства, работающего по двухтактному циклу, имеет боль25 шой удельный расход топлива, связанный с потерями при продувке цилиндров топлив- но-воздушной смесью; а также недостаточную литровую мощность, связанную с отсутствием нагнетателя.

30 Целью изобретения является увеличение удельной мощности, передаваемой гидравлическим путем за счет уменьшения относительного хода плунжеров гидронасоса, увеличения его быстроходности и под35 ачи; а также снижение удельного расхода топлива и повышение литровой мощности в карбюраторном варианте двигателя.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом двигателе-насосе конетрук40 тивно обеспечено уменьшение относительного хода плунжеров гидронасоса примерно в 2-3 раза при сохранении его рабочего объема путем некоторого увели.чения диаметра плунжеров, а абсолютный ход плунжеров снижен в 1,5-2 раза, хотя жесткое соединение плунжеров с рабочими поршнями сохранено. Для этого объединенные попарно гидроцилиндры установлены соос- но рабочим цилиндрам и выполнены плавающими с возможностью прерывистого возвратно-поступательного перемещения под воздействием движения рабочих поршней и жестко соединены на стыке с коротко- ходным центральным поршнем нагнетателя двойного действия, цилиндр которого охватывает гидроцилиндры в районе стыка, образуя при этом кольцевую полость, а сами плунжеры гидроцилиндров соосно прикреплены к внутренним торцам соответствующих рабочих поршней и соединены между собой штоком, контактирующим при движении с цилиндрической поверхностью отверстия, выполненного в перегородке на стыке гидроцилиндров.

. Для снижения удельного расхода топ- .лива и повышения литровой мощности в карбюраторном варианте двухтактного двигателя продувка рабочих цилиндров осуществлена путем . перепуска сжатого в подпорщневых камерах воздуха, а наполнение цилиндров топливно-возд ушной смесью с одновременным наддувом обеспечено нагнетателем через ресивер в тот момент, когда продувка цилиндра завершена и выхлопные окна перекрыты при обратном движении поршня. Для этой цели кольцевая полость нагнетателя с каждой стороны связана отверстиями через клапаны с полостью карбюратора, при этом цилиндр нагнетателя имеет наружную кольцевую камеру ресивера, поочередно соединяемую через обратные клапана с полостями нагнетателя, а через управляемые клапаны, например, электромагнитные - с тем рабочим цилиндром, где продувка завершена и выхлопные окна перекрыты поршнем: при обратном движении.

Кроме того, для упрощения конструк-. ции двигателя-насоса гидроцилиндры выполнены в форме цилиндрических золотниковых распределителей с размещением в стенках гидроцилиндров продольных, каналов, сообщающихся через внутренние радиальные отверстия у перегородки с полостью гидрюцилиндра, а через наружные радиальные впускные и выпускные окна - с соответствующими окнами кор- пусацилиндров, поочередно совмещаемыми при перемещении гидроцилиндров под воздействием движения поршней, при этом впускные окна корпуса по сравнению с выпускными размещены ближе к центру на величину перемещения гидроцилиндров, равную ходу центрального поршня нагнетателя, а максимальная длина хода плунжеров гидроцилиндров равна разнице между ходом рабочих поршней и хо- 5 дом центрального поршня нагнетателя,

С целью осуществления реверсивного движения жидкости в гидросистеме, а также обеспечения работы двигателя на холостом ходу в период его запуска каждый вход и

0 выход гидронасоса снабжен двумя отверстиями, поочередно перекрываемыми заслонками в форме ползунов при обеспечении реверса или одновременно от- крываемым.и при запуске двигателя для

5 обеспечения холостого хода.

Для упрощения: конструкции рабочие поршни и плунжеры гидроцилиндров выполнены как одно целое.

Предлагаемый двухтактный сврбодно0 поршневой двигатель-насос может быть выполнен как в карбюраторном исполнении, так и в дизельном варианте.

На фиг.1 изображен карбюраторный двигатель с гидропередачей, продольный

5 разрез; на фиг.2 - поперечный разрез двигателя по гидронасосу; на фиг.З - поперечный разрез двигателя по впускным .и выхлопным окнам, перепускным каналам, Двигатель-насос содержит рабочие цй0 линдры 1 с головками 2 цилиндров. В цилиндрах 1 размещены поршни 3 с образованием подпоршневых. (насосных) камер 4 и камер 5 сгорания. Поршни 3 выполнены как одно целое с плунжерами 6,

5 установленными вспаренных гидроцилиндрах 7- В средней части размещен нагнетатель двойного действия, содержащий цилиндр 8 с кольцевой полостью 9, в которой размещен центральный поршень 10, жестко

0 закрепленный на стыке гидроцилиндров 7 с образованием перегородки 11, разделяющей по-: лости 12 и 13 цилиндров и несущей отверстие 14, в котором плотно размещен с возможностью возвратно-поступател ьного движения шток 15,

5 жестко соединяющий между собой рабочие пор; щни 3 через плунжеры 6, образуя блок поршней. Цилиндр 8 нагнетателя снабжен наружной кольцевой камерой 1.6 (ресивером), соединенной патрубками 17 с рабочими

0 цилиндрами 1 через клапаны, например электромагнитные (не показаны). В средней части двигателя-насоса установлен кольцевой коллектор 18, охватывающий цилиндр 8 нагнетателя. Полость коллектора 18 сооб5 щается через отверстие 19с карбюратором 20. Каждая из рабочих полостей 9 нагнетателя связана с полостью коллектора 18 через отверстия 21с клапанами (не показаны и соединена с кольцевой камерой 16 через отверстия 22 с клапанами (не показаны). Рабочие цилиндры 1 снабжены впускнымг1 окнами 23, соединяющими подпоршневые камеры 4с атмосферой; выхлопными окнами 24, соединяющими полость камеры 5 сгорания с выхлопным коллектором (не показан); перепускными каналами 25, соединяющими между собой подпоршневые камеры 4 с полостью камеры 5 сгорания во время продувки цилиндров 1. Гидроцилиндры 7 имеют продольные каналы 26, связанные с одной . стороны внутренним отверстиями 27с полостями 13 и 14 гидроцилиндров, а с другой стороны соединены с наружными отверстиями 28, поочередно совмещаемых с одним из парных отверстий 29 корпуса, сообщающихся с входными.3.0 и выходными 31 штуцерами гидросистемы. Парные отверстия 29 снабжены заслонками 32, выполненными, например, в форме ползуна, поочередно перекрывающего или полностью открывающего отверстия 29 при реверсе или холостом ходе двигателя.

Для сокращения длины двигателя-насоа каждый поршень 3 выполнен с двумя противолежащими газораспределительныи выступами 33 юбки, размещаемыми при вижении к центру в карманах 34 рабочего цилиндра 1.

Двигатель насос снабжен устройством гидро- или пневмозапуска и системой зажигания, например, электронной.

Двигатель работает известным образом как двухтактный поршневой ДВС с подпор- шневой (кривошипной) камерой и поэтому не требует пояснения,

Гидронасос и нагнетатель работают следующим образом. При движении блока поршней 3 вниз (фиг.1) под воздействием рабочего хода в верх- нем рабочем цилиндре 1 плунжер 6 верхнего гидроцилиндра 7 сжимает жидкость в полости 12 и нагнетает ее через отверстие 27. продольный канал 26 и совмещенные отверстия 28 и 29 в левой части верхнего гидроцилиндра 7 в выходной штуцер 31 гидросистемы. В нижнем гидроцилиндре 7 при этом происходит всасывание жидкости в полости 13 через правую часть совмещенных отверстий и каналов из входного штуцера 30 гидросистемы. В конце движения вниз верхний поршень 3 своей внутренней торцовой частью окончательно перемещает спаренный гидроцилиндр 7 вниз, произведя при этом переключение соответствующих отверстий на всасывание жидкости в верхней полости 12 и сжатие ее в нижней полости 13

при последующем движении блока поршней 3 вверх.

Реверсирование движения жидкости, в гидросистеме обеспечивается путем одновременного синхронного перемещения ползунов 32 во всех.входных и выходных отверстиях гидросистемы. При этом закрытые спаренные отверстия открываются и наоборот. Для обеспечения холостого хода при запуске

двигателя все спаренные отверстия на входе и

выходе открываются с помощью ползунов 32.

При движении Ьлок-а поршней 3 вниз

верхний плунжер 6 гидроцилиндра 7 через

сжимаемую .в полости 12 жидкость

перемещает вниз центральный поршень 10 нагнетателя. При этом в .нижней полости 9 нагнетателя происходит сжатие поступившей из карбюратора топливно-воздушной смеси и вытеснение ее через клапанные отверстия 22 в кольцевую камеру 1.6 ресивера. В верхней полости 9 нагнетателя под воздействием разрежения происходит всасывание топливно-воздушной смеси из карбюратора 20 через коллектор 18.

На фиг.1 изображен момент продувки нижнего рабочего цилиндра 1 воздухом, сжатым в подпоршневой камере А и перепускаемым через каналы 25. При закрытии пе-. репускных каналов 25 и выхлопных окон 24

движущимся вниз поршнем 3 открываются на боковой стенке рабочего, цилиндра 1 электромагнитные клапаны, через которые топливно-воздушная смесь под большим давлением по патрубкам 17 нагнетается в

рабочий цилиндр из кольцевой камеры 16 ресивера,Предложенная конструкция системы питания позволяет сократить удельный расход топлива до уровня четырехтактных двигателей и ниже за счет полного исключения потерь топлива при продувке, а также существенно повысить литровую мощность двухтактных свбоднопоршневых двигателей за

счет нагнетания гомогенизированной рабочей смеси, более полного ее сгорания при снижении содержания токсичных компонентов в выхлопных газах,

Применение плавающей конструкции

гидроцилиндров, выполненных в форме золотниковых распределителей, позволяет также упростить конструкцию двигателя- насоса, существенно повысить его удеЛь- ную мощность, передаваемую

гидравлическим путем за счет уменьшения относительного хода плунжеров в гидроцилиндрах и связанного с этим повышения быстроходности и подачи гидронасоса.

Формула из обретения

вую камеру ресивера, поочередно соединя емую через обратные клапаны с полостями нагнетателя, а через управляемые клапаны, например электромагнитные.- с камерами рабочих цилиндров в момент завершения процесса продувки и.закрытйя поршнем выхлопных окон.

Фиг.З