Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей мощности

 

Сущность изобретения: двигатель содержит 4 цилиндра (1, 3, 5, 7), в которых размещены поршни 2, 4, 6. 8 и жестко связанные с ними штоки 13-16. Последние имеют двухстороннюю гидравлическую связь с поршнями 25, 26. образуя гидравлический механизм синхронизации движения поршней двигателя, и механическую связь с насосом отбора мощности 27. Насос 27 снабжен упругими элементами 37. позволяющими регулировать нагрузки. Связь насоса 27 с гидромотором нагрузки осуществляется при помощи золотникового устройства 52.3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 В 71/04

ГОСУДАРСТВЕ)НЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

gp

Ф

I °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 4

СО ф

26 28

1 (21) 4632901/06 (22) 09,01.89 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (75) А.П.Бабешко (56) Патент Великобритании

hh 1091720, кл. F 02 В 71/00, 1967. (54) СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЪ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ МОЩНОСТИ (57) Сущность изобретения: двигатель содержит 4 цилиндра (1, 3, 5, 7), в которых

ЫЛ 1776841 А1 размещены поршни 2, 4, 6, 8 и жестко связанные с ними штоки 13-16, Последние имеют двухстороннюю гидравлическую связь с поршнями 25, 26, образуя гидравлический механизм синхронизации движения поршней двигателя, и механическую связь с насосом отбора мощности 27. Насос 27 снабжен упругими элементами 37, позволяющими регулировать нагрузки. Связь насоса 27 с гидромотором нагрузки осуществляется при помощи эолотникового устройства 52. 3 з.п, ф-лы, 1 ил.

1776841

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и предназначено для использования на автотранспорте, тракторах, самоходных сельхозмашинах, гидравлических автокранах автопогрузчиках, экскаваторах и других машинах с гидроприводом исполнительных органов.

Известны свободнопоршневые двигатели (СПД) с гидравлической передачей мощности, содержащие рабочую полость и компрессорные полости, в которых установлены поршневые группы связанные с плунжерами гидронасосов и. механизм синхронизации. Для совершения обратного хода поршневых групп предусмотрены буферные полости, общий шток двух поршней. Реечный механизм синхронизации в условиях беспрерывного реверса, под действием больших сил инерции подвижных деталей в мертвых точках поршня прилагаемых к малой поверхности контакта между зубьями шестерни и рейки и других причин не долговечен, вызывает шум, вибрации.

Буферные камеры обеспечивающие обратный ход поршня очень увеличивают габариты двигателя, снижают его удельную мощность.

Из известных свободнопоршневых двигателей с гидравлической передачей наиболее близким по технической сущности к изобретению является двигатель, содержащий четыре поршневые группы установленные параллельно между собой по углам параллелограмма. Каждая из них заключает в себя установленные соосно в изложенной последовательности детали — рабочий цилиндр с головкой, гидроцилиндр синхронизации, цилиндр компрессора, второй гидроцилиндр синхронизации, второй рабочий цилиндр с головкой. Внутри каждого из этих цилиндров имеется свой поршень. Все пять поршней закреплены на общем штоке.

Верхний гидроцилиндр трубкой соединен с верхним гидроцилиндром соседней поршневой группы, нижний гидроцилиндр также соединен трубкой с нижним гидроцилиндром но другой соседней поршневой группы, Система трубопроводов соединяет каждую пару гидроцилиндров с подпиточным насосом. В этом двигателе каждые два рабочих поршня соединены между собой штоком, т.е, имеют жесткую связь. Это предопределяет и форму всего двигателя — форма куба, по углам которого находятся рабочие цилиндры, Подвод к ним и отвод свежего и отработанного воздуха вынудит опутать весь двигатель коллекторами и выхлопными трубами что очень затруднит условия работы и доступ к остальным системам двигателя при техобслуживании. Двигатель, 5

55 имеющий вдвое большую высоту чем у обычных ДВС трудно вписать в существующие машины. Мощность потребителю энергии от этого двигателя передается не от одного а четырех компрессорных поршней, подвод и отвод воздуха или рабочей жидкости к которым потребует устройства минимум еще двух коллекторов и восьми клапанов усложняющих двигатель и снижающих его надежность.

Гидравлическая система синхронизации поршней с принятой системой ее подпитки, не способна обеспечить длительную нормальную работу двигателя, так как утечки жидкости из последней через уплотнения восполняются не только подпиточным насосом а и за счет укорачивания жидкостных столбов соединяющих гидропоршни между собой, т.е. рассинхронизации соседних поршневых групп между собой что вызовет неизбежную остановку двигателя, когда один из его рабочих поршней упрется в головку блока. Системы, контролирующей взаимное фактическое расположение поршневых групп и автоматически устраняющей появившийся дрейф последних от расчетного положения у этого двигателя нет. Производительность компрессорной части двигателя постоянна и не зависит от меняющейся потребности потребителя. Это вынуждает иметь двигатель завышенной мощности для преодоления максимальных, хотя и кратковременных нагрузок. В остальное время излишняя мощность двигателя в виде сжатого воздуха, например, будет сбрасываться через предохранительные клапаны в атмосферу, что снижает экономичность системы.

Цель изобретения — устранение указанных недостатков.

Для достижения цели, жесткие связи между поршнями заменены гидравлическими, гидравлический механизм синхрониза-. ции движения поршневых групп и привод поршневого насоса отбора мощности выполнен в виде многопоршневого гидроцилиндра, имеющего один поршень на каждые два рабочих цилиндра, изолированные друг от друга при помощи перегородки и связанные общим штоком между собой и с поршнем насоса отбора мощности, причем каждая полость, заключенная между перегородкой и поршнем многопоршневого гидроцилиндра, сообщена с одной из подпоршневых камер гидроцилиндра двойного действия. Гидропроводы, попарно соединяющие рабочие поршни, могут иметь любую форму, и потому компоновка двигателя не жесткая а зависит от замысла конструктора. Общий шток многопоршневого гидроцилиндра суммирует мощность от

1776841

30

40 многих рабочих поршней на один поршень насоса отбора мощности, ликвидируя надобность в коллекторах и многих клапанах.

С целью автоматического регулирования производительности в зависимости от нагрузки, поршень насоса отбора мощности крепится к приводному штоку при помощи пружин. На транспортном средстве это может играть роль коробки перемены передач.

Двигатель оснащен механизмом распределения жидкости поршневого насоса отбора мощности в виде золотника с управляющей камерой, сообщаемой с нагнетательной магистралью через каналы в корпус и проточки на штоке многопоршневого гидроцилиндра в одном из крайних его положений. Вместо многих клапанов имея всего одну подвижную деталь, золотник увеличивает надежность двигателя. Кроме этого золотник позволяет превращать насос отбора мощности в гидродвигатель при запуске основного двигателя. Двигатель оснащен системой автоматической компенсации утечек жидкости, выполненной в виде каналов в корпусе, соединенных с нагнетательной и сливной магистралями и проточек на штоке многопоршневого гидроцилиндра и на поршне гидроцилиндра двойного действия. Система не содержит подвижных деталей, при каждом ходе рабочего поршня происходит сверка его положения с расчетным, автоматическая подпитка и принудительное смещение поршня рабочего в расчетное положение если произошло его смещение выше допустимого от расчетного положения.

На чертеже изображен предлагаемый с гидравлической передачей, продольный разрез.

Предлагаемый двигатель, свободнопоршневой двигатель с гидравлической передачей содержит цилиндропоршневые группы

1-2, 3-4, 5 — 6, 7 — 8 т.е. не менее четырех при четырехтактной схеме и двух при двухтакт. ной. К днищу рабочих поршней 2, 4, 6, 8 закреплены штоки 9, 10, 11, 12 с гидропоршнями 13, 14, 15, 16 находящихся в гидроцилиндрах двойного действия 17, 18, 19, 20.

Верхние камеры этих цилиндров попарно соединены между собой трубками 21, 22 а нижние камеры — с полостями многопоршневого гидроцилиндра 23. Последний представляет собой общий шток 24 с поршнями 25, 26, 27 и крышками (перегородками)

28, 29, 30, 31. Часть этого цилиндра между крышками 30, 31 с поршнем 27 образуют насос отбора мощности двигателя. Поршень 27 в свою очередь состоит из юбки 32, днищ 33, 34 буртика 35 жестко закрепленного на штоке 24. В отверстиях буртика 35 находятся направляющие втулки 36 с пружинами 37. Система стабилизации взаимного расположения рабочих поршней и штока многопоршневого гидроцилиндра включает отверстия 38, 39 в крышке многопоршневого гидроцилиндра 23, кольцевых выточек 40, 41 на штоке 24. Далее отверстие 39 через сверление 42 соединено с отверстиями 43, 44 в гильзе гидроцилиндра 18, а отверстие

38 через трубку 45 с отверстиями 46, 47 в гильзе 18. На гидропоршне 14 имеются кольцевые проточки 48, 49 которые отверстиямй 50, 51 соединяются соответственно с верхней и нижней камерами гидроцилиндра 18. Отверстие 38 соединено с нагнетательной магистралью подпитки, а 39 — со сливной. Система стабилизации остальных поршней — аналогична. Двигатель имеет также золотни каное устройство 52 содержащее золотник 53 с пружиной 54, управляющую камеру 55. которая через трубку 56. кольцевую проточку 57, на штоке 24 и трубку

58 соединяется с сливной магистралью, а через трубку 56, проточку 59 на штоке 24, трубку 60 — с нагнетательной магистралью.

Через отверстие 61 рабочая жидкость уходит из золотника к потребителю энергии. а через 62- возвращается отработанная. Для предотвращения ударов поршней о головки цилиндров, обеспечения расчетного хода поршней, на концах многопоршневого гидроцилиндра 23 устанавливаются типовые гидротормозы, потому не показанные на чертеже.

Работает свободнопоршневой двигатель в следующем порядке: допустим что в рабочем цилиндре 1 (cM. фиг.1} начался рабочий процесс-расширение, поршень 2 под действием газов двигается вниз вместе со штоком 9, гидропоршнем 13 который жидкость из полости 63 вытесняет в полость 64 многопоршневого гидроцилиндра, заставляя двигаться вправо поршень 25 со штоком 24 и остальными поршнями закрепленными на нем. При этом поршень

25 правым торцом вытесняет жидкость из камеры 65 в нижнюю часть цилиндра 18, поднимая через гидропоршень 14 и шток 10 рабочий поршень 4 — в этом цилиндре происходит такт сжатия. Жидкость из верхней части гидроцилиндра 18 по трубке 21 перетекает в гидроцилиндр 17. Поршень 26 правой кромкой вытесняет жидкость из полости

66 в нижнюю полость гидроцилиндра 20 поднимая рабочий поршень 8. Здесь происходит такт выхлоп. Верхним концом гидропоршень16 вытесняя жидкость по трубке 22 в верхнюю камеру гидроцилиндра 19 двигает вниз рабочий поршень 6. Здесь происхо1776841 жидкости возрастает, увеличивая вращаю- 20 щий момент, например колеса автомобиля, ro. Происходит процесс аналогичный переключению на низшую передачу в обычном автомобиле, только здесь это происходит 25

14 находятся в нижней мертвой точке а шток

24 многопоошневого гидроцилиндра в край- 35

50 дит такт всасывания. Когда поршень 2 будет в нижней мертвой точке — поршень 4 в верхней, Здесь начнется рабочий такт. Поршень 4 перемещаясь вниз, двигает шток 24 со всеми поршнями влево, вызывая аналогичные перемещения рабочих поршней в остальных цилйндрах, Таким образом при работе двигателя шток 24 совершает воз.вратно-поступательные движения как и золотник 53, при этом поршень 27 через отверстие 62 засасывает рабочую жидкость а через 61 выдает ее потребителю, отдавая через нее свою мощность.

При возрастании нагрузки (автомобиль идет в гору) за счет частичного сжатия пружин,37 ход поршня уменьшается пропорционально росту нагрузки, производительность насоса отбора мощности также снижается но напор выдаваемой при меньшей скорости вращения последнеавтоматически, плавно а не ступенчато. При работе двигателя неизбежны утечки жидкости иэ системы синхронизации через уплотнения, что приведет к рассинхронизации поршневых групп и остановке двигателя.

Система стабилизации не допустит этого.

Она функционирует следующим образом.

Представим, что поршень 4 с гидропоршнем нем левом положении. В этот момент происходит сверка правильности пространственного положения поршня 4.

Если QH B расчетном положении — никаких изменений в системе стабилизации не происходит т.к. все четыре 43, 44, 46, 47 отверстия в гильзе гидроцилиндра 18 закрыты телом гидропоршня. . Предполо>ким, что за счет утечек гидропоршень 14 сместился вниз выше допустимого. При этом кольцевые проточки 48, 49 гидропоршня 14 совмещаются соответственно с отверстиями 44 и 46 гильзы гидроцилиндра 18. При этом через отверстие 38 из нагнетательной магистрали в полость под гидропоршень 14 поступит порция жидкости поднимая егос рабочим поршнем4до заданного уровня. В это же время из полости над гидропоршнем 14 такая же примерно порция жидкости вытекает в сливную магистраль через отверстие 39. При смещении поршней вверх от заданного произойдет обратный процесс.

Таким образом контроль и корректировка положения поршня происходит при каж5

15 дом его ходе, желательно в нижнем положении когда он минимально нагружен, Контроль и корректировка остальных поршней происходит аналогично.

Формула изобретения

1. Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей мощности, содержащий корпус. по меньшей мере четыре рабочих цилиндра с поршневыми группами при четырехтактной схеме исполнения и два при двухтактной схеме установленные линейно с ними гидроцилиндры двойного действия, штоки которых жестко соединены с днищами рабочих поршней, а надпоршневые камеры двух соседних гидроцилиндров попарно соединены между собой, гидравлический механизм синхронизации движения поршневых групп с системой автоматической компенсации утечек жидкости, поршневой насос отбора мощности с приводом и механизмом распределения жидкости, напорные и сливные гидравлические магистрали, отличающийся тем, что, с целью обеспечения более свободный компоновки, гидравлический механизм синхронизации движения поршневых групп и привод поршневого насоса отбора мощности выполнены в виде многопоршневого гидроцилиндра, имеющего один поршень на каждые два рабочих цилиндра, изолированные друг от друга при помощи перегородки и связанные общим штоком между собой и с поршнем насоса отбора мощности, причем каждая полость, заключенная между перегородкой и поршнем многопоршневого гидроцилиндра. сообщена с одной иэ поршневых камер гидроцилиндра двойного действия.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью автоматического регулирования производительности в зависимости от нагрузки, поршень насоса отбора мощности крепится к приводному штоку при помощи пружин.

3. Двигатель по пп.1 -2. о т л и ч а ю щ ий с я тем, что механизм распределения жидкости поршневого насоса отбора мощности выполнен в виде золотника с управляющей камерой, сообщаемой с нагнетательной магистралью через клапаны в корпусе и проточки на штоке многопоршневого гидроцилиндра в одном иэ крайних его положений.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система автоматической компенсации утечек жидкости выполнена в виде каналов в корпус, соединенных с нагнетательной и сливной гидравлическими магистралями и проточек на штоке многопоршневого гидроцилиндра и на поршне гидрацилиндра двойного действия.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей мощности Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей мощности Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей мощности Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлической передачей мощности 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосам, агрегатированным со свободно-поршневыми двигателями внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить термодинамическую эффективность свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания путем утилизации теплоты отработавших газов

Изобретение относится к машиностроению преобразователям энергии: тепловой в гидравлическую или гидравлической в механическую

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с гидравлическим механизмом преобразования движения поршней во вращательное движение вала и позволяет увеличить коэффициент полезного действия и надежность при небольших габаритах

Изобретение относится к энергомашиностроению и позволяет повысить экономичность стационарных и транспортных машин

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для повышения эффективности транспортных средств с электроприводом движителя (гребной винт, электрические моторы и т.п.)

Изобретение относится к области машиностроения и позволяет повысить экономичность автомобиля

Изобретение относится к отрасли двигателестроения и позволяет повысить удельную мощность, надежность, топливную экономичность двигателя, а также обеспечить компактность его конструкции, двигатель содержит корпус с компрессионными камерами, две противолежащие ступенчатые цилиндровые группы, соединенные штоками и цилиндром гидронасоса, и два рабочих цилиндра с продувочными и выпускными окнами, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения

Изобретение относится к свободно-поршневым двигателям внутреннего сгорания, комбинированным с двигателями другого типа, в данном случае с паровой машиной, и приводным устройством - обратимой электрической машиной

Изобретение относится к транспортным средствам и может использоваться в электромобилях
Наверх