Двигатель внутреннего сгорания, преимущественно свободнопоршневой, и силовой привод с двигателем внутреннего сгорания

 

Изобретение касается двигателестроения и позволяет повысить эффективность двигателя путем улучшения продувки-наполнения его цилиндров. Двигатель,содержит цилиндр 1 с двумя камерами сгорания 2 и поршень 9 двустороннего действия, который выполнен за одно целое с плунжерами 11 гидронасоса, В поршне и плунжерах выполнены внутренние продувочные каналы 22, оканчиЕаюпгиеся окнами на боковых поверхностях плунжеров и поршня соответственно, благодаря которым в крайних положениях поршня обеспечивается прямоточная продувка-наполнение камер сгорания через впускные окна 3, продувочный канал 22 и выпускные окна 4. При поочередной работе правой и левой камер сгорания поршень 9 совершает возвратно-поступательное движение, которое через плунжеры 11 передается текучей среде (жидкости или газу) и далее используется для привода гидродвигателя или трубины. 2 с, и 16 з,п.Ф-лы, 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (gi)g F 02 В 71/00

3-:ЕОЮЖИ

1Щ ф;, -,-УД

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.з. ".. ),, A

К naTEHTV

Фиг.f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

r1PH ГННТ СССР (21) 4203056/25-06 (86) РСТ/EP 86/00244 от 22.04.86 . (22) 14 ° 07,87 (31) Р 35)4787.3 (32) 24.04.85 (33) DE (46) 15. 10.90. Бюл. Р 38 (75) Детлеф Кеппен (DE) (53) 621. 432 (088. 8) (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ПРЕИИУ11!ЕСТВЕННО СВОБОДНОПОРШНЕВОИ,И

СИЛОВОР ПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕ ГО С ГОР АНИЯ (57) Изобретение касается двигателестроения и позволяет TJQBblcHTb эййективность двигателя путем улучшения продувки-наполнения его цилиндров.

Двигатель содержит цилиндр 1 с двумя камерами сгорания 2 и поршень 9 дву2 стороннего действия, который выполнен за одно целое с плунжерами 11 гидронасоса. В поршне и плунжерах выполнены внутренние продувочные каналы 22, оканчиваюшиеся окнами на боковых поверхностях плунжеров и поршня соответственно, благодаря которым в крайних положениях поршня обеспечивается прямоточная продувка-наполнение камер сгорания через впускные окна 3, продувочный канал 22 и выпускные окна 4. При поочередной работе правой и левой камер сгорания поршень 9 совершает возвратно-поступательное движение, которое через плунжеры 11 передается текучей среде (жидкости или газу) и далее используется для привода гидродвигателя или трубины. 2 c . и 16 з.п.Ф-лы, 4 ил.

1600638

Изобретение относится. к двигателестраенив, в частности к свободнапоршневым двигателям внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повы-. шение эФФективности двигателя путем улучшения продувки-наполнения его цилиндров.

На Фиг. 1 показан свободнопоршневой двигатель, объединенный с гидрав- 10 лическим насосом, вариант исполнения, на Фиг. 2 - сечение А-А на Фиг.l, на Фиг. 3 — двигатель, объединенный с компрессором двойного действия и гидравлическим насосом, вариант испол.нения, на Фиг. 4 — блок-схема силового привода на базе предлагаемого свободнопоршневого двигателя внутреннега сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания со- 20 держит по меньшей мере один цилиндр 1 с двумя камерами ? cropания, впускными окнами 3 для подачи рабочего заряда и выпускными окнами 4 для отвода отработавших газов, выполненными 25 на боковой поверхности цилиндра, головки 5 цилиндра с размещенными в них распылителями 6 топлива или электродами 7 зажигания и уплотнительными элементами 8,поршень 9 двустороннего действия с уплотнительными элементами 10 и двумя плунжерами 11, соосно расположенными по торцовым поверхностям 12 поршня, размещенными боковыми поверхностями 13 и 14 соответственно в цилиндре 1 и головках 5 цилиндра с возможностью осевого перемещения и управления впускными 3 и выпускными 4 окнами цилиндра в крайних положениях поршня, устройство 40 для подачи рабочего заряда в камеры сгорания двигателя, блоки 15 клапанов с клапанами 16 и 17, подводящими

18 и отводящими 19 каналами для текучей среды, образующие с головками 5 цилиндра рабочие камеры 20 плунжеров.

При этом камеры 2 сгорания образованы внутренней поверхностью цилиндра 1, Hapye .Hoé поверхностью 14 плунжеров

11, внутренней торцовой поверхностью

21 головок 5 цилиндра и торцовыми поверхностями 12 поршня 9, выпускные окна 4 цилиндра выполнены раздельно для каждой из двух камер 2 сгорания, сопряженных с одной из двух половин поршня 9, и разнесены от плоскости А симметрии цилиндра, в поршне 9 и плунжерах 11 выполнены перепускные кана лы 22 для прохода рабочего заряда, заканчивающиеся перепускными окнами

23, расположенными на боковой поверхности плунжеров с возможностью в зависимости от положения поршня по оси цилиндра перекрытия каналов 22 поршня либо соединения их одной своей стороной с впускными окнами 3 цилиндра, а другой стороной через окна 23 плунжеров с камерами 2 сгорания.

Для улучшения продувки-наполнения цилиндра впускные окна 3 расположены в плоскости А симметрии цилиндра 1, перепускные каналы 22 выполнены раздельно один от другого.и размещены в каждой из двух половин поршня и плунжерах без соединения друг с другом симметрично относительно плоскости В симметрии поршня 9, каждый из перепускных каналов 22 соединен с перепускными окнами 24, выполненными на боковой поверхности 13 поршня 9 в радиальных плоскостях С, смещенных относительно плоскости симметрии В поршня. Причем перепускные окна 24 смещены относительно плоскости симметрии В поршня 9 на величину 61„ а выпускные окна 4 смешены относительно плоскости симметрии А цилиндра на величину б таким образом, чтобы обеспечить соединение впускных окон

3 цилиндра через перепускпые окна

24 одной из половин поршня, перепускной канал 22 и перепускные окна 23 плунжеров с одной из камер 2 сгорания и соответствующими выпускными окнами 4 цилиндра при таком положении поршня 9, когда торцовая поверхность 12 другой его половины расположена вблизи обращенной к ней внутренней торцовой поверхности 21 головки 5 цилиндра, Камеры 2 сгорания снабжены тороидальными углублениями 25, выполненными на торцовых внутренних поверхностях головок цилиндра и поршня, в которых равномерно по окружности расположены распылители топлива или электроды зажигания. Перепускные окна

23 расположены равномерно по окружности поверхностей плунжеров 11, а впускные 3 и выпускные 4 окна расположены равномерно по окружности поверхности цилиндра. С целью управления моментом впрыскивания топлива или зажигания топливовоздушной смеси цилиндр 1 снабжен чувствительными элементами 26 регистрации осевого положения поршня 9, которые работают

0638 6

S0

5 160 по магнитно-индукционному принципу.

Каждый из перепускных каналов 22 может быть выполнен в виде одного общего канала либо в виде пучка нескольких каналов с примерно постоянным проходным сечением.

Согласно варианту, представленному на фиг.3, рабочий горшень 9 с плунжерами 11 снабжен дополнительными поршнями 27 двустороннего действия, размещенными между камерами 2 сгора.ния цилиндра и рабочими камерами 20 плунжеров с возможностью осевого перемещения в дополнительных рабочих камерах 28 с подводящими и отводящими каналами 29 и 30 и клапанами (не показаны), причем на дополнительных поршнях 27 и нв участках плунжера между основным рабочим поршнем 9 и дополнительньпчи поршнями 27 установлены уплотнительные элементы 31 и

32.

Согласно обшим вариантам выполнения двигателя в головках 5 цилинцрв и цилиндре 1 выполнены охлаждающие каналы 33, сообщенные с впускными каналами для текучей среды в блоках

15 клапанов. Последние выполнены в виде герметично прилегающих друг к другу элементов, наружного и внутреннего, причем наружный элемент снабжен присоединительными элементами для подачи и отвода текучей среды, а во внутреннем выполнены каналы, соединяющие канал подвода текучей сре-, ды с охлаждающими каналами 33.

Устройство для подачи заряда в камеры 2 сгорания может быть .выполнено в виде отдельного компрессора 34 с ресивером 35 (см.фиг.4) либо для этой цели используются дополнительные рабочие камеры 28.с поршнями 27.

Силовой привод на базе предлагаемого свободнопоршневого двигателя (см.фиг.4) содержит собственно двигатель 36, гидравлический или пневматический силовой мотор 37 для привода внешней нагрузки через ввл 38 и устройство для запуска двигателя, включающее гидравлическую или пневматическую обратимую машину 39, соединенную с электрической обратимой машиной 40, и источник 41 электропитания. К силовому мотору 37 подключен гидравлический или пневматический ресивер 42, а в магистрали 43 питания элементов привода рабочим телом

45 (жидкостью) включены охлвдители 44 и 45.

Предлагаемый двигатель и силовой привод на его базе работают следующим образом.

В камеры 2 сгорания по каналам

22 и через окна 23 поршня 9 и его плунжеров 11 подается воздух или топливовоэдушная смесь. В первом случае через распылители 6 впрыскиввется топливо, причем происходит самовоспламенение, или воспламенение с помощью электродов 7 зажигания. В показанном на фиг.1 положении поршня

9 воздух или смесь из воздуха и топлива сжимаются в камере 2 сгорания практически до объема тороидвльного углубления 25 в торцовой поверхности 21. В другой камере сгорания находятся отработавг ие газы, которые через выпускные отверстия 4 в стенке цилиндра 1 выходят наружу. Каналы

22 поршня 9 соединены с впускными отверстиями 3 цилиндра напрямую, так что сжатый воздух или топливовоздушная смесь могут протекать по каналам

22 и через открытые окна 23 в камеру 2 сгорания, а отработавшие газы вытесняются иэ камеры сгорания в окружающее пространство.

При положении поршня 9 в праной камере сгорания, изображенном на

Фиг ° 1 происходит воспламенение рабочей смеси, и поршень под воздействием газов перемешается влево.

В результате этого выпускные окна 4 левой камеры сгорания и впускные окна 3 в стенке цилиндра 1 saпираются боковой поверхностью поршня, и находящийся в левой камере сгорания воздух (или рабочая смесь) начинает сжиматься ° Окна 23 и 24 перепускных каналов 22 такта запираются в результате указанного перемеп;ения поршня. Затем при достижении поршнем 9 заранее заданного положения чувствительный элемент 26 выдает управляющий сигнал на подачу порции топлива в распылитель 6 или на электрод 7 зажигания, в результате чего происходит сгорание рабочего заряда и повьппение давления газов в левой камере сгорания.

Таким обрasом, благодаря поочередной работе левой и правой камер сгорания поршень 9 совершает возвратнопоступательное движение, которое через плунжеры 11 и рабочие камеры 20

1 600638

55 передается текучей среде (жидкости или газg) к далее испсльзуется для привода NGTopB или турбины 37 (фиг,4)

Мотор 37 работает на вал 38 внешней нагрузки, например, транспортного средства, в частности„автомобиля, Он соединен с гидравличе ким или пне матическим ресивером 42 и пусковым устройством, которое состоит из об" ратимой гидравлической .или пневматической машины 39 и обратной электри« ческой машины 40. При пуске двига"теля 36 внутреннего сгорания электрическая машина 40 .работает как двигатель, запитываясь от источника 41 эле ктропитания, и приводит в действие гидравлическую машину 39, последняя в этом случае работает как гидронасос и осуществляет запуск двигателя Зб.

После запуска гидравлическая машина

39 переключается на работу в режиме двигателя и приводит в действие электрическую машину 40, последняя на". чинает работать как электрогенера" тор и заряжает источник 41 электро". питания. При торможении транспортно° го средства, например, автомообиля.. мотор 37 работает как насос и подает рабочую жидкость в.ресивер (гидро" аккумулятор) 42, энергия которого затем может вновь использоваться в моторе 37 на разгон автомобиля.

Для двигателя, изображенного на фиг.1, подача рабочего заряда (воз-" духа) осуществляется при помощи индивидуального компрессора 34, работающего совместно с воздушным ресивером 35. В двигателе, изображенном на фиг.3, компрессор для подачи ра". бочего заряда встроен в конструкцию двигателя в виде дополнительных рабочих камер 28,с поршнями 27 двустороннего действия. В этом случае подводящие и .отводящие каналы 29, 30 компрессоров соединены с окружающей средой и впускными окнами 3 при по™ мощи клапанов.

Фоумул а из о бр ет ения

1. Двигатель внутреннего сгорания предпочтительно свободнопоршневой, содержащий по меньшей мере один цилиндр с двумя камерами сгорания, впускными окнами для подачи рабочего заряда и выпускными окнами для отвэда отработавших газов, выполненными на боковой поверхности цилиндра; головки цилиндра с размещенными в них в

30 распылителями топлива или электродами зажигания и уплотнительными элементами, поршень двустороннего действия с уплотнительными элементамии. двумя плунжерами, соосно расположенными по торцам поршня, размещенными боковыми поверхностями соответственно в цилиндре и головках цилиндра с возможностью осевого перемещения и управления впускными и выпускными окнами цилиндра в крайних положениях поршня, устройство для подачи рабочего заряда в камеры сгорания двигателя, блоки клапанов с клапанами, подводящими и отводящими каналами для текучей среды, образующие с головками цилиндра рабочие камеры плунжеров„ при этом камеры сгорания образованы внутренней поверхностью цилиндра, наружной поверхностью плунжеров, внутренней торцовой поверхностью головок цилиндра и торцовыми поверхностями поршня, выпускные окна цилиндра выполнены раздельно дЛя каждой из двух камер сгорания, сопряженных с одной из двух половин поршня, и разнесены от плоскости симметрии цилиндра, в поршне и плунжерах выполнены перепускные каналы для прохода рабочего заряда, заканчивающиеся перепускными окнами, расположенными на боковой поверхности плунжеров с возможностью в зависимости от положения

IIopIIIEiEI по оси цилиндра перекрытия к аналов поршня, либо соединения их одной своей стороной с впускными окнами цилиндра, а другой стороной через окна плунжеров с камерами сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем улучшения продувки-наполнения цилиндра, впускные окна расположены в плоскости симметрии цилиндра, перепускные каналы выполнены раздельнно один от другого и размещены в каждой из двух половин поршня и плунжерах без соединения друг с другом симметрично относительно плоскости симметрии поршня, каждый из перепускных каналов соединен с перепускными окнами, выполненными на. боковой поверхности поршня в радиальных плоскостях, смещенных относительно плоскости симметрии поршня, причем перепускные окна смещены относительно плоскости симметрии поршня, а выпускные окна смещены относительно плоскости симметрий ципиндра таким образом, чтобы обеспе35

18. Силовой привод с двигателем внутреннего сгорания, содеря.лший свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, устройство запуска дш гатс9 16006 чить соединение впускных окон цилиндра через перепускные окна одной из половин поршня, перепускной канал и перепускные окна плунжеров с одной из камер сгорания и соответствующими выпускными окнами цилиндра при таком положении поршня, когда торцовая поверхность другой его половины расположена вблизи обращенной к ней внутренной торцовой поверхности головки цилиндра.

2. Двигатель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что камеры сгорания снабжены тороидальными углублениями, расположенными соосно плунжерам.

3. Двигатель по п. 2, о т л и ч аю шийся тем, что тороидальные углубления выполнены на торцовых 20 внутренних поверхностях головок цилиндра.

4. Двигатель по п.3, о т л и ч аю шийся тем, что тороидальные углубления выполнены на торцовых поверхностях поршня.

5. Двигатель по п. 1, о т л и ч а-, ю шийся тем, что распылители топлива или электроды зажигания расположены равномерно по окружности 30 вокруг продольной оси.

6. Двигатель по пп. 1 и 3, о т— л и ч а ю ш и и с я тем, что распылители или электроды зажигания раз- . мещены в тороидальных углублениях.

7. Двигатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что перепускные окна расположены равномерно по окружности поверхностей плунжеров, а впускные и выпускные окна располо- 40 жены равномерно по окружности поверхности цилиндра.

8. Двигатель по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью управления моментом впрыскивания топлива 41 или зажигания топливовоздушной смеси, цилиндр снабжен чувствительными элементами регистрации осевого положения поршня.

9. Двигатель по и. 8, о т л и ч а- 50 ю шийся тем, что чувствительные элементы работают по магнитно-индукционному принципу.

l О. Двигатель по и. I, о т л ич а ю шийся тем, что каждый из у перепусхных каналов выполнен в виде одного общего канала.

11. Двигатель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что каждый иэ

38 !0 перепускных каналов выполнен в виде пучка нескольких каналов с примерно постоянным проходным сечением.

12. Двигатель по пп.1-11, о т л ич а ю ш и и с я тем, что рабочий поршень с плунжерами снабжен дополнительными поршнями двустороннего действия, размещенными между камерами сгорания цилиндра и рабочими камерами плунжеров с возможностью осевого перемещения в дополнительных рабочих камерах с подводящими и отводящими каналами и клапанами, причем на дополнительных поршнях и на участках плунжера между основным рабочим поршнем и дополнительными поршнями установлены уплотнительные элементы.

13. Двигатель по пп.1-12, о т л ич а ю шийся тем, что в головках цилиндра и цилиндре выполнены сквозные охлаждающие каналы, сообщенные с впускными каналами для текучей среды в блоках клапанов. !

4. Двигатель по п. !3, о т л и— ч а ю шийся тем, что блоки клапанов выполнены в виде двух герметично прилегающих друг к другу элементов, наружного и внутреннего, причем наружный элемент снабжен присоединительными элементами для подачи и отвода текучей среды, а во внутреннем выполнены каналы, соединяющие канал подвода текучей среды с охладающими каналами. !

5. Двигатель по пп. 1-12, о тл и ч а ю шийся тем, что устройство для подачи заряда в камеры сгорания содержит отдельный компрессор и ресивер, соединенные с впускными каналами цилиндра.

16. Двигатель по и. 12, о т л и— ч а ю шийся тем, что устройство для подачи рабочего заряда в камеры сгорания выполнена в виде дополнительных поршней двустороннего действия, размещенных в дополнительных рабочих камерах, отводящие каналы которых соединены с впускными окнами цилиндра.

17. Двигатель по п. 12, о т л и— ч а ю шийся тем, что подводящие и отводящие каналы дополнительных рабочих камер соединены соответственно с подводяшими и отводящими каналами для текучей среды в блоках клапанов.

11 1600638 12 ля, гйдравлический или пневматич еский жит гидравлическую или пневматическую силовой мотор для привода внешней обратимую .машину, соединенную с эленагрузки и соецинительнь е магистрали, ктрической -обратимой машиной, и исо т а и ч а ю шийся тем, что уст- точник электропитания последней, а к ройство для запуска двигателя содер- силовому мотору подключен ресивер.

4-Я а

1600638

Тираж 437

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Л. Веселовская

Заказ 31 53

Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Ренская