Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель содержит по меньшей мере один синхронизированный блок цилиндров, в котором размещены подвижные перегородки, разделяющие внутренние объемы цилиндров на камеры сгорания и насосные камеры, сообщенные между собой посредством гидромагистралей с клапанами, гидромотором, блоком управления, устройством для подачи топливно-воздушной смеси. Двигатель дополнительно оснащен источником сжатого воздуха, связанным с устройством подачи топлива под давлением и сжатого воздуха через блок управления подачей сжатого воздуха к дополнительным камерам сгорания двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно, к объемным двигателям внутреннего сгорания, в которых отсутствует цикл сжатия в камерах сгорания, и может быть использовано в качестве силовой установки.

Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение, например, карданного вала производится посредством кривошипно-шатунного механизма с использованием коленчатого вала (патент СССР N 1822465), при этом на преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное движение посредством механической передачи затрачивается большое количество энергии на смазку трущихся пар, что приводит к общему снижению КПД двигателей.

Известен свободнопоршневой двигатель (а. с. СССР N 1017804, F 02 B 71/04), выбранный в качестве прототипа, в котором возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение выходного вала гидромотора без использования механических передач, например коленчатого вала, что значительно снижает затраты энергии на трение и повышает КПД двигателя.

Известный свободнопоршневой двигатель имеет ряд недостатков по сравнению с заявляемым двигателем: часть рабочей жидкости забирается на привод насоса двойного действия, что ведет к снижению КПД двигателя, совмещение тактов выхлоп - всасывание топлива создает возможность утечки топливно-воздушной смеси и выхлоп, резкие скачки давления рабочей жидкости в насосных камерах приводит к снижению КПД гидромотора, следовательно, и самого двигателя, наличие цикла сжатия топливно-воздушной смеси в камерах сгорания приводит к резким перепадам давления на входе, выходе гидромотора, что приводит к снижению КПД двигателя, малая продолжительность горения топливно-воздушной смеси в камерах сгорания приводит к снижению КПД гидромотора.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является повышение КПД, энерговооруженности, приемистости, уменьшение токсичности выхлопа и габаритов, максимальное использование индикаторных возможностей гидромотора за счет отсутствия цикла сжатия в камерах сгорания двигателя, значительного увеличения времени горения топлива, адаптации двигателя к изменяемым нагрузкам, изменяемого рабочего хода подвижных перегородок в процессе работы, многотопливность двигателя, использование двигателя без дополнительных трансформирующих устройств, например коробки передач, и т.д.

Задача, решаемая заявляемая техническим решением, достигается за счет того, что свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один синхронизированный блок цилиндров, в котором размещены подвижные перегородки, разделяющие внутренние объемы цилиндров из камеры сгорания, и насосные камеры, сообщенные между собой посредством гидромагистралей, снабженных клапанами, гидромотором, блоком управления, устройством для подачи топливно-воздушной смеси, характеризуемый тем, что двигатель дополнительно оснащен источником сжатого воздуха, связанным с устройством подачи топлива под давлением и сжатого воздуха через блок управления подачи сжатого воздуха к дополнительным камерам сгорания, которые размещены в верхней части камеры сгорания двигателя, причем в блоках управления подачи сжатого воздуха к дополнительным камерам сгорания размещен регулятор подачи сжатого воздуха, синхронизированный с устройством для изменения объема гидрожидкости, участвующий в рабочем цикле насосных полостей, последний из которых связан с насосными полостями двигателя, а гидромагистраль, связывающая насосные полости гидромотора снабжена блоком управления мощностью гидромотора.

Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что синхронизированный блок цилиндров выполнен в виде сообщающихся посредством гидромагистралей полостей, в которых размещены эластичные мембраны (проницаемые либо непроницаемые), отделяющие объемы камер сгорания от насосных камер.

Новым в заявляемом техническом решении является следующая совокупность признаков.

Двигатель дополнительно оснащен источником сжатого воздуха, связанным с устройствами подачи топлива под давлением сжатого воздуха через блок управления подачей сжатого воздуха к дополнительным камерам сгорания, которые размещены в верхней части камер сгорания двигателя, причем в блоке управления подачей сжатого воздуха к дополнительным камерам сгорания размещен регулятор подачи сжатого воздуха, синхронизированный с устройством для изменения объема гидрожидкости, участвующей в рабочем цикле насосных полостей, последний из которых связан с насосными полостями двигателя, а гидромагистраль, связывающая насосные полости и гидромотор, снабжена блоком управления мощностью гидромотора.

Двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что синхронизированный блок цилиндров выполнен в виде сообщающихся посредством гидромагистралей полостей, в которых размещены эластичные мембраны (проницаемые либо непроницаемые), разделяющие объемы камер сгорания от насосных камер.

Дополнительно автор считает необходимым более конкретно пояснить суть заявляемого технического решения.

Заявляемый двигатель относится к объемным двигателям внутреннего сгорания без цикла сжатия в камерах сгорания двигателя, процесс сжатия воздуха производится в устройстве (источники сжатого воздуха), которое может приводится в действие от коренного вала двигателя либо может быть выполнено автономно (со своим источником энергии), например, в необъемных двигателях (турбореактивный двигатель) отсутствует цикл сжатие в камерах сгорания, сжатия воздуха производится в компрессоре, приводимом в действие от основного вала двигателя либо от собственного вала, оснащенного рабочей турбиной, таким образом, заявляемый двигатель по принципу подготовки топливно-воздушной смеси может быть отнесен к необъемным двигателям внутреннего сгорания, но с разницей в том, что процесс в камерах сгорания двигателя происходит циклически.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением (повышение КПД, энерговооруженности, приемистости и т. д. ), обеспечивается за счет объединения положительных качеств двигателей необъемного и объемного сгорания ввиду раздельной подачи сжатого воздуха и топлива под давлением в дополнительную камеру сгорания и увеличения времени горения вследствие синхронизированной подачи теплоты в камеры сгорания в зависимости от требуемой мощности на выходном валу гидромотора.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом.

Двигатель содержит источник сжатого воздуха 1, устройство подачи сжатого воздуха и топлива 2, дополнительную камеру сгорания с устройством управления и регулирования 3, блок цилиндров 15, подвижных перегород 18, гидромагистралей с клапанами 5-7, устройство изменения объема гидрожидкости 13, расходный бак гидрожидкости 14.

Двигатель работает следующим образом.

Сжатый воздух от источника сжатого воздуха 1, поступает к устройству подачи сжатого воздуха и топлива 2 и через него совместно с топливом по каналам 11 и 12 поступает к дополнительной камере сгорания с устройством регулирования 3, при этом происходит самовоспламенение топлива, рост давления в камере сгорания 4, открытие клапанов 5 и 7', закрытие 7-5' причем выпускные клапаны: 6 закрыт, 6' открыт, а гидрожидкость через блок 8 и гидромотор 9 заполняет насосную полость 10' с последующим воздействием подвижной перегородки 16' на выпускной клапан 6' происходит прекращение подачи теплоты в камеру сгорания 4, открытие клапана 6, закрытие клапана 6' и подача теплоты в камеру сгорания 4' посредством работы дополнительной камеры сгорания с устройством управления и регулирования 3', при этом вследствие роста давления в насосной полости 10' происходит открытие клапанов 5' и 7 закрытие 5, 7' далее процесс повторяется в обратной последовательности. При этом выпускные клапаны 6 и 6' связаны между собой (связь не показана), а через механизм воздействия - с устройством управления, которое обеспечивает открытие, закрытие каналов для сжатого воздуха и топлива в дополнительных камерах сгорания 3 и 3' а устройство регулирования обеспечивает величину открытия этих каналов. Устройство 2 обеспечивает пропорциональность подачи топлива количеству подаваемого сжатого воздуха к устройству 3. Устройство 13 перекачивает гидрожидкость из гидромагистрали в расходный бак 14 и, наоборот, позволяет при изменении мощности, потребной для вращения гидромотора 9, изменить амплитуду колебания подвижных перегородок в диапазоне сохранения максимального термического КПД с учетом эффективности горения топлива (связь не показана). Блок 8 посредством изменения сечения канала подачи гидрожидкости к гидромотору 9 позволяет изменять мощность гидромотора, перекрывая и изменяя направление подачи, обеспечивает возможность использования гидромотора для торможения и обратного вращения (связь не показана). Источник сжатого воздуха обеспечивает подачу сжатого воздуха с температурой, достаточной для самовоспламенения топлива в устройстве 3 и 3'.

Источник сжатого воздуха 1 может быть выполнен в виде известных устройств для сжатия воздуха, например компрессоров, свободнопоршневого насоса двойного действия и так далее.

Устройство 2 состоит из двух каналов. В канале для сжатого воздуха расположена подвижная заслонка, перемещение которой связано с дозирующей иглой, расположенной в канале для топлива под давлением, устройство 2 может быть оснащено октан-корректором (многотопливность), барометрическим и температурным корректором.

Устройство 3 выполнено в виде сопла с каналами для топлива и сжатого воздуха с подвижным клапаном, перекрывающим эти каналы и который связан с регулирующим его ход упором (регулятор), возвратной пружиной и толкателем, передающим усилие от механизма воздействия.

Блок управления 8, гидромотор 9, устройства 13 и 14 выполнены в виде известных устройств, применяемых в гидравлических системах.

Исходя из формулы, устройство 3 может быть одно в двигателе, при этом работа его будет осуществляться непрерывно в процессе работы двигателя, и конструктивно может быть выполнено в виде сопла с каналами для сжатого воздуха и топлива, с подвижным клапаном, регулирующим величину открытия этих каналов, а также с каналами отвода продуктов горения, которые связаны с камерами сгорания двигателя и устройством открытия, закрытия этих каналов, которое связано с механизмом воздействия.

Формула изобретения

1. Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один блок цилиндра, в которых размещены подвижные перегородки, разделяющие внутренние объемы цилиндров на камеры сгорания и насосные камеры, сообщенные между собой посредством гидромагистрали, снабженный клапанами, гидромотором(ами), блоком управления, устройством для подачи топливовоздушной смеси, отличающийся тем, что двигатель дополнительно оснащен источником сжатого воздуха, связанным с устройством подачи топлива под давлением и сжатого воздуха к дополнительным(ой) камерам(ре) сгорания с устройством управления и регулирования, причем дополнительные(ая) камеры(а) сгорания связаны(а) с камерами сгорания двигателя, а устройство изменения объема гидрожидкости, участвующей в рабочем цикле насосных полостей, связано с гидромагистралью, связывающей насосные полости, гидромотор(ры), блок управления гидромотора(ов).

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что подвижные перегородки выполнены в виде эластичных мембран.

РИСУНКИ

Рисунок 1