Двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела



Двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела
Двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела

 


Владельцы патента RU 2465479:

Гарипов Талгат Хайдарович (RU)

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела содержит картер, цилиндры с оребрением и двумя опорными осями, направленными перпендикулярно к оси вращения цилиндра, нижние крышки цилиндров, поршни с клапанами выпуска, расположенные на их днищах, штоки, разъемный коленчатый вал, подшипники качения, клапаны, лопастной вентилятор и маховик. Коленчатый вал имеет маховик. К кривошипам крепятся штоки, которые введены в объемы цилиндров через центральные отверстия нижних крышек цилиндров и соединены с поршнями, делящими цилиндры на рабочие и вспомогательные полости. Имеются клапаны выпуска на фронтальной поверхности поршней. Цилиндры закреплены с помощью опорных осей через подшипники в картере. В цилиндрах, напротив расположенных в поршнях клапанов выпуска, сделаны поперечные прорези, которые закрыты образующими впускные клапаны клапанными пластинами. На картере, в местах напротив расположения поперечных прорезей в цилиндрах установлены выведенные из картера приемные трубы. Свободный конец коленчатого вала через шкивы соединен ременной передачей с лопастным вентилятором, нагнетающим воздух в объем картера через фильтрующую панель. Двигатель имеет верхние крышки цилиндров, в которых на торцевой рабочей поверхности сделаны соединенные между собой каналы, представляющие в поперечном сечении параболу, теплоизолирующие кожухи, которые закреплены на наружной поверхности верхних крышек цилиндров, нагревательные элементы электрические, ползунковые токосъемники, прижимные проводники тока, датчик положения коленчатого вала, электронный блок регулирования прерывания тока нагрузки, аккумуляторы, генератор электрического тока и провода. Верхние торцы у цилиндров, образуя рабочие полости, закрываются верхними крышками цилиндров. Вспомогательные полости цилиндров заполняются маслом до уровня касания его юбками поршней. В каналы крышек цилиндров крепятся нагревательные элементы электрические, у которых два соединительных конца электрической цепи соединены с двумя выходящими наружу ползунковыми токосъемниками, закрепленными на каждой крышке цилиндра. На картере закреплены прижимные проводники тока, которые направлены и согнуты по радиусу траектории качания ползунковых токосъемников и имеют с ними контакт и которые соединены с шинами, выведенными наружу картера. Шины прижимных проводников тока соединены проводами с аккумулятором через электронный блок регулирования прерывания тока нагрузки, имеющим проводную связь с установленным на картере датчиком положения коленчатого вала. Генератор электрического тока связан механической передачей с коленчатым валом. Для периодической смазки маслом подшипников, в теле картера, в теле коленчатого вала и в теле штоков сделаны проходные каналы, входы в которые закрыты впускными клапанами, установленными соответственно на картере и на торце свободного конца коленчатого вала. Технический результат заключается в нагревании рабочего тела двигателя с помощью электрического нагревательного элемента. 2 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения и может использоваться в транспортной технике.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, содержащие корпус с цилиндрами, в котором установлен коленчатый вал. В цилиндрах размещены поршни, соединенные неподвижно со штоками. Свободные концы штоков шарнирно соединены через преобразующий шарнирный механизм с качающейся штангой, соединенной с коленчатым валом. Изобретения такого типа направлены на решение задачи по уменьшению составляющей боковой газовой силы (см. МКИ F02В 75/32, авт.свид. СССР SU №1121470 А, от 10.1984 г., авт.свид. СССР SU №1750141 А1, от 09.1992 г.).

Недостатком известных двухтактных двигателей внутреннего сгорания такого типа является неэффективное преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное. Другим недостатком является то, что использование объемного пространства по обе стороны поршня, при движении его в цилиндре, представляется неэффективным.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий закрепленные на картере с помощью опорных осей закрытые крышками цилиндров полые цилиндры, которые качаются на осях в плоскости, перпендикулярной продольной оси картера двигателя. В цилиндры помещены поршни. Поршни соединены неподвижно со штоками, а свободные концы штоков соединены шарнирно с коленчатым валом, который установлен на опоры в картере. В верхней части каждого цилиндра расположено отверстие впуска, закрытое шарикоманжетным клапаном. На траектории качания клапанов установлены штыки впрыска топлива, которые соединены с плунжерными насосами. Толкатели плунжерных насосов взаимодействуют с поверхностью цилиндров. В нижней части каждого цилиндра сделаны поперечные прорези, которые закрыты клапанными пластинами и при работе сдвигаются вниз поршнями. Напротив прорезей находятся приемные трубы отработанного газа. Объем картера вентилируется (см. патент RU №2361098 С1, от 08.11.2007 г., МРК F02В 59/00).

Основным недостатком известного двухтактного двигателя внутреннего сгорания является то, что в нем, так же как в известных четырехтактных двигателях для нагревания рабочего тела, воздуха, используется топливо, которое при горении нагревает воздух в цилиндрах, но отбирает из воздуха кислород, а продукты горения в виде вредных газов сбрасываются в атмосферу. При этом использование в двигателях топлива ведет к дополнительным материальным затратам.

Технические результаты заявленного изобретения направлены на создание двухтактного двигателя внутреннего нагревания рабочего тела, который будет эффективным, в котором будет исключено применение топлива, в котором для нагревания рабочего тела, воздуха будет применяться электрическое нагревательное устройство, питающееся от внешнего источника электрической энергии -аккумулятора, в котором будет применяться свойство тепловой инерционности тел, позволяющее направить работу от этого тепла на зарядку разряженного аккумулятора, в котором будут сохранены применяемые в близком аналоге двигателя принцип использования объемного пространства пары, состоящей из поршня и цилиндра, и принцип минимизации обслуживающих двигатель устройств.

Указанные технические результаты достигаются тем, что двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела содержит картер; отдельные круглые пустотелые цилиндры, имеющие на наружной поверхности оребрение и по две опорные оси, расположенные оппозитно на середине высоты и ширины цилиндра, которые направлены перпендикулярно к оси вращения цилиндра; нижние крышки цилиндров с центральным сквозным отверстием, имеющие на наружной поверхности оребрение; поршни, имеющие клапаны выпуска, расположенные на их днищах, рядом с боковой поверхностью поршней; компрессионные кольца; штоки; разъемный коленчатый вал; подшипники качения; клапаны; лопастной вентилятор и маховик, при этом коленчатый вал, с закрепленным на нем маховиком и с установленными на его коренных и шатунных шейках при сборке соответствующих подшипников качения, крепится коренными шейками в корпусы подшипников, сделанных в картере, а к кривошипам, на шейки шатунов с помощью корпусов подшипников штоков крепятся штоки, которые введены в объемы цилиндров через втулки подшипников скольжения и сальниковые уплотнения, установленные в направляющих втулках, закрепленных в центральных отверстиях нижних крышек цилиндров, которые, в свою очередь, закреплены к торцу цилиндров, а введенные в цилиндры концы штоков через теплоизолирующую проставку соединены с поршнями, делящими объемы цилиндров на рабочие и вспомогательные полости, к тому же в клапанах выпуска выходящие на фронтальную поверхность поршней тарелки клапанов, имеющие на тыльной стороне фартук, соединены с толкателями, которые установлены в опорные направляющие, направлены в сторону нижних крышек цилиндров, прижимают с помощью пружин тарелки клапанов к седлам и выступают за пределы высоты поршней, а цилиндры, длины которых равны двум радиусам кривошипа и дополнительным припускам, закреплены с помощью опорных осей через подшипники качения в корпусах подшипников, сделанных в картере по оси, параллельной оси корпусов подшипников коленчатого вала, на расстоянии, где торец юбок поршней и фронтальные плоскости днищ поршней будут при вращении коленчатого вала находиться на расстоянии от торцов качающихся на опорных осях цилиндров, при этом в цилиндрах, в направлении их радиуса, перпендикулярного к продольной оси картера, напротив расположенных в поршнях клапанов выпуска, в местах от фронтальной плоскости днищ поршней, когда поршни опущены вниз, сделаны вверх поперечные прорези, которые закрыты образующими впускные клапаны сдвигающимися, имеющими возвратные пружины и направляющие стойки, закрепленные на стенке цилиндров, выгнутыми по радиусу цилиндра клапанными пластинами, которые при движении поршней сверху вниз входят до упора в сделанные на боковой поверхности поршней профильные выборки и сдвигаются ими с прорезей с образованием окон выхода газа, при этом на картере, в местах напротив расположения поперечных прорезей в цилиндрах установлены выведенные из картера приемные трубы, а свободный конец коленчатого вала через шкивы соединен ременной передачей с лопастным вентилятором, нагнетающим воздух в объем картера через фильтрующую панель, отличается тем, что двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела дополнительно снабжается верхними крышками цилиндров, в которых на торцевой рабочей поверхности сделаны соединенные между собой каналы, представляющие в поперечном сечении параболу, теплоизолирующими кожухами, которые закреплены на наружной поверхности верхних крышек цилиндров, нагревательными элементами электрическими, ползунковыми токосъемниками, прижимными проводниками тока, датчиком положения коленчатого вала, электронным блоком регулирования прерывания тока нагрузки, аккумуляторами, генератором электрического тока и проводами, при этом в двухтактном двигателе внутреннего нагревания рабочего тела верхние торцы у цилиндров, образуя рабочие полости, закрываются верхними крышками цилиндров, вспомогательные полости цилиндров заполняются жидким маслом до уровня касания его юбками поршней, когда поршни находятся в нижнем положении, а в каналы крышек цилиндров крепятся нагревательные элементы электрические, у которых два соединительных конца электрической цепи соединены с двумя выходящими наружу ползунковыми токосъемниками, закрепленными на каждой верхней крышке цилиндра через герметичные электроизоляционные втулки, при этом на картере закреплены с помощью электроизоляционных стоек прижимные проводники тока, которые направлены и согнуты по радиусу траектории качания ползунковых токосъемников и имеют с ними контакт и которые соединены с шинами, выведенными наружу картера через электроизоляционные втулки, затем шины прижимных проводников тока соединены проводами с аккумулятором через электронный блок регулирования прерывания тока нагрузки, имеющим проводную связь с установленным на картере датчиком положения коленчатого вала, а генератор электрического тока, связанный механической передачей с коленчатым валом, при работе двухтактного двигателя внутреннего нагревания рабочего тела, в котором применяется свойство тепловой инерционности тел, используется для зарядки аккумулятора, приближая работу двигателя к автономной, при этом для периодической смазки маслом подшипников, в теле картера, в теле коленчатого вала и в теле штоков сделаны проходные каналы, входы в которые закрыты впускными клапанами, установленными соответственно на картере и на торце свободного конца коленчатого вала.

Технические результаты, которые достигаются при использовании заявленного изобретения на двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела, позволяют на практике использовать чистый для экологии двигатель и применять в нем для нагревания рабочего тела электрические нагреватели, исключающие материальные затраты на топливо, применять в нем свойства тепловой инерционности тел, с целью увеличения времени зарядки разряженного аккумулятора, а также позволяют увеличить эффективность и мощность двигателя за счет исключения в нем боковой силы давления поршня на цилиндр, за счет исключения в нем системы газораспределения, за счет применения в нем исключающей смазочную систему периодичной смазки маслом узлов двигателя, за счет использования в нем вспомогательных полостей в цилиндрах.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей. На чертеже фиг.1 и 2 изображен двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела с местными разрезами и разрез его по А-А, где ω - направление вращения вала.

Двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела, далее двигатель внутреннего нагревания, представляет незамкнутую механическую систему (см. фиг.1 и 2). Картер 1 (корпус) двигателя внутреннего нагревания сделан в виде вытянутого короба из металла. Картер 1 имеет разъемы, а также опоры для установки двигателя на раму. В нижней части картера 1, по оси, продольной картеру, сделаны по плоскости разъема картера разъемные корпусы подшипников 2 коленчатого вала. Коленчатый вал 3 в двигателе внутреннего нагревания делается из прочного металла разъемным, а на его щеках сделаны противовесы. Разъемы в разъемном коленчатом вале 3 могут находиться, например, на торцах коренных шеек, а также посередине шатунных шеек, расположенных на кривошипах. На один конец коленчатого вала устанавливается маховик 4. При этом в теле разъемного коленчатого вала сделан проходной канал 5 типа круглого отверстия. Проходной канал 5 проходит по оси вращения коренных шеек коленчатого вала, по щекам вала и по оси вращения шатунных шеек. Со стороны маховика 4 проходной канал закрыт заглушкой. Проходной канал предназначен для подачи смазочного масла. На торце свободного конца коленчатого вала в проходной канал 5 установлен впускной клапан 6. При сборке разъемного коленчатого вала 3 на коренные и шатунные шейки устанавливаются подшипники качения, которые наполняются масляными смазками и закрываются герметичными уплотнениями (не обозначены). Коленчатый вал 3 через подшипники устанавливается и крепится коренными шейками в разъемные корпусы подшипников коленчатого вала, половины которых расположены в нижней и верхней частях картера. К подшипникам коренных шеек подведены сделанные в теле картера 1 проходные каналы, у которых входы закрыты впускными клапанами (не указаны). К кривошипам коленчатого вала, на шейки шатунов крепятся разъемные корпусы подшипников 7 штоков. По центру к каждой из половин корпусов подшипников 7 штоков крепятся неподвижно одним концом штоки 8. Одинаковые штоки 8 сделаны из прочного металла в виде круглой толстостенной трубы. Штоки 8 имеют на одном конце подпятник 9 и небольшое отверстие выхода из полости штока. Штоки 8 подпятниками 9 соединяются через нетеплопроводную, термостойкую проставку с тыльными сторонами днищ поршней при (соосности) совмещении осей вращения штока и поршня 10. Одинаковые поршни 10 сделаны в виде утолщенного днища с укороченной юбкой из легкого и прочного металла. Фронтальные (передние) поверхности днищ поршней закрываются кругами, сделанными из жаропрочного металлического листа, которые снаружи полируются, с целью увеличения их отражательной способности. В поршнях 10, на их боковой поверхности сделана прямоугольная канавка, параллельная к поверхности днищ поршня. В эти канавки вставлены компрессионные кольца 11. К тому же на каждом днище поршней, ближе к боковой поверхности поршня сделано сквозное отверстие, в которое устанавливается клапан выпуска 12. Тарелки клапанов выпуска образуют с фронтальной поверхностью поршней одну поверхность. У клапанов выпуска 12 тарелки клапанов соединены с толкателями 13. Толкатели 13, имеющие в поперечном сечении, например, четырехгранник, устанавливаются в соответствующие им опорные направляющие и распираются пружинами. В результате тарелки клапанов прижимаются к седлам клапанов выпуска и при этом не вращаются. Свободные концы толкателей 13 направлены в сторону торцов юбок поршней и выступают за пределы высоты поршней 10 на заданный размер, которым является ход толкателя. А на тыльной стороне тарелок клапанов выпуска сделан в виде полукольца фартук 14, который закрывает центр поршня. Высота фартука 14 равна ходу толкателя 13. Также на боковой поверхности поршней, напротив клапанов выпуска 12 сделана на необходимую высоту от торцов юбок поршней профильная выборка 15 в виде части широкого кольца. Глубина и высота выборок 15 на боковой поверхности поршней определяется конструктивно, по месту. Поршни 10, соединенные со штоками 8, вместе с клапанами выпуска 12 и компрессионными кольцами 11 вставлены в цилиндры 16 сверху, штоками вниз. Цилиндры 16 делаются из прочного и износоустойчивого металла. Диаметр одинаковых и равных цилиндров 16 сделан на минимальную величину больше диаметра поршней 10. Цилиндры 16 по длине равны двум радиусам кривошипа коленчатого вала, плюс к ней дополнительные припуски - это длина высоты поршня 10 и длина, учитывающая расчетные объемы камер нагревания и камер сжатия при нахождении кривошипов с поршнями 10 в положении верхних или нижних мертвых точек. Рабочая, внутренняя поверхность цилиндров 16 полируется. На наружной поверхности цилиндров сделано оребрение. Оребрение служит для отвода тепла от поверхностей цилиндров в окружающую среду. Также снаружи на каждом цилиндре 16 посередине его высоты и ширины (диаметра) сделаны две расположенные оппозитно опорные оси 17, направленные перпендикулярно к оси вращения цилиндра. На опорные оси 17 цилиндров установлены подшипники качения, например игольчатые. Цилиндры 16 с помощью опорных осей 17 крепятся в разъемных корпусах 18 подшипников. Разъемные корпусы 18 подшипников для установки цилиндров 16 сделаны в верхней части картера 1 по оси, параллельной оси корпусов подшипников 2 коленчатого вала, на расстоянии от оси вала, равном не менее общей длины цилиндра, плюс к ней дополнительная длина (припуски). При этом торец юбок поршней и фронтальные плоскости днищ поршней при вращении коленчатого вала должны находиться на соответствующих расстояниях от торцов качающихся на опорных осях цилиндров. К нижним торцам цилиндров 16 крепятся через уплотнительную прокладку нижние крышки цилиндров 19. Нижние крышки цилиндров 19 имеют центральные сквозные отверстия. В эти отверстия установлены соосно оси вращения цилиндров направляющие втулки 20, закрепленные снаружи крышки цилиндров 19. Часть направляющих втулок 20 заходит в объемы цилиндров. Нижние крышки цилиндров 19 делаются из легкого и прочного металла, а на наружной поверхности они имеют оребрение. При этом штоки 8 поршней пропускаются наружу цилиндров 16 через направляющие втулки 20, в которых установлены сальниковые уплотнения 21 и втулки подшипников скольжения 22, с которыми штоки 8 взаимодействуют. Сальниковые уплотнения 21 пропитаны масляной смазкой. Втулки подшипников скольжения 22, имеющие центральные отверстия, сделаны из износостойкого и антифрикционного металла. В результате закрытые снизу перед поршнями 10 объемы в цилиндрах 16 образуют замкнутые вспомогательные полости, имеющие больший объем, чем объем над поршнем 10. Вспомогательные полости цилиндров заполняются жидким смазочным маслом до уровня касания маслом юбок поршней, когда поршни 10 находятся в нижнем положении. Штоки 8, как упоминается выше, неподвижно крепятся к одной из половин корпусов подшипников 7 штоков. Сверху цилиндры 16 закрываются через огнеупорные прокладки верхними крышками 23 цилиндров. В результате сверху перед поршнями 10 закрытые в цилиндрах 16 объемы образуют замкнутые рабочие полости двигателя. Верхние крышки 23 цилиндров делаются из легкого, жаропрочного и малотеплоемкого металла. Они имеют необходимую толщину и как объемы тела способны накапливать тепло. В теле торцевой рабочей поверхности верхних крышек 23 цилиндров сделаны соединенные между собой открытые каналы 24, представляющие в поперечном сечении, например, параболу. Поверхность этих каналов полируется, с целью увеличения ее отражательной способности. В каналы 24 верхних крышек цилиндров крепятся нагревательные элементы 25 электрические открытого типа. Нагревательные элементы 25 сделаны из не окисляемого в воздухе металла. На каждой верхней крышке цилиндров закреплены два ползунковых токосъемника 26, которые соединены с соединительными концами электрической цепи нагревательного элемента 25 и выходят через герметичные электроизоляционные втулки наружу. Электроизоляционные втулки расположены на линии, которая проходит посередине торца верхних крышек цилиндров и которая параллельна оси вращения коленчатого вала. На наружной поверхности верхних крышек цилиндров закреплены теплоизолирующие кожухи 27, которые сделаны из термостойкого материала. Теплоизолирующие кожухи 27 уменьшают отток тепла от верхних крышек цилиндров. К тому же в цилиндрах 16, в направлении их радиуса, который перпендикулярен к продольной оси картера, в местах от фронтальной плоскости днищ поршней, когда поршни 10 опущены вниз по цилиндрам до конечного значения, сделаны вверх от дна поршня поперечные прорези 28. Поперечные прорези 28 предназначены для быстрого выхода газа из рабочих полостей цилиндров двигателя, поэтому ширина и глубина входа прорези в цилиндр определяется конструктивно. Прорези 28 расположены напротив установленных на поршнях клапанов выпуска 12. Поперечные прорези 28 закрыты образующими клапаны входа газа сдвигающимися, имеющими направляющие стойки и пружины возврата, выгнутыми по радиусу цилиндра клапанными пластинами 29. Направляющие стойки и пружины возврата закреплены к стенке цилиндров в местах расположения клапанных пластин 29. В результате при движении поршней 10 вверх через поперечные прорези 28 осуществляется вход заряда воздуха во вспомогательные полости цилиндров. А при движении поршней вниз, клапанные пластины 29 входят до упора в сделанные на боковой поверхности поршней профильные выборки 15 и сдвигаются ими с прорезей 28 с образованием прорезей (окон) выхода газа из рабочей полости двигателя. Соответственно при вращении коленчатого вала 3 поршни 10 со штоками 8 совершают сложное движение. Они движутся возвратно-поступательно вдоль оси цилиндров и качаются вместе с цилиндрами в разные стороны относительно опорных осей 17 цилиндров. Встречное качание цилиндров в двигателе используется для уравновешивания моментов сил инерции вращения. При этом на картере, в местах напротив нахождения установленных на верхних крышках ползунковых токосъемников 26 закреплены с помощью электроизоляционных стоек по два прижимных проводника тока 30 для каждого цилиндра 16. Прижимные проводники тока 30 соединены с шинами, которые через электроизоляционные втулки выведены наружу картера двигателя. Прижимные проводники тока 30 согнуты по радиусу траектории качания ползунковых токосъемников 26 и находятся на траектории их качания, поэтому они имеют с ползунковыми токосъемниками 26 постоянный контакт, а с помощью пружин прижимаются к ним. Шины прижимных проводников тока соединены проводами с электронным блоком регулирования прерывания тока 31 нагрузки. Электронный блок регулирования прерывания тока 31 связан проводами с аккумулятором 32, а также имеет проводную связь с датчиком положения 33 коленчатого вала. Датчик положения 33 коленчатого вала установлен на картере 1, например, напротив маховика 4. Электронный блок регулирования прерывания тока 31 задает начало включения и время отключения подачи тока от аккумулятора 32 на нагревательный элемент 25 того или иного цилиндра. При этом на картере 1, в местах, которые расположены напротив поперечных прорезей 28 цилиндров, установлены приемные трубы 34, закрепленные к картеру 1 и выведенные из его объема. Кромки приемных труб 34 имеют вид типа эллипса и спрофилированы по радиусам цилиндров 16, но их не касаются. Картер 1 двигателя внутреннего нагревания сверху закрывается крышкой, а снизу закрывается крышкой-поддоном. В картере на передней стенке устанавливается лопастной вентилятор 35, соединенный ременной передачей со свободным концом коленчатого вала с помощью шкивов. На картере устанавливается генератор 36 электрического тока, соединенный ременной передачей со свободным концом коленчатого вала с помощью шкивов. Перед лопастным вентилятором 35 устанавливается сменная фильтрующая панель 37, которая с картером 1 не имеет боковых щелей. Двигатель внутреннего нагревания снабжается приборами контроля, стартером и, например, тремя аккумуляторами, заряженными от внешнего источника тока, чтобы первый использованный для работы двигателя разряженный аккумулятор мог при работе двигателя от других аккумуляторов заряжаться от генератора 36 и использоваться.

Работа двигателя внутреннего нагревания осуществляется следующим образом. На чертежах, см. фиг.1 и 2, изображен двухцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела, у которого механическое равновесие находится в состоянии неустойчивого равновесия. Чтобы перевести данный двигатель из равновесия в состояние не возврата в равновесие на его поршни 8, для совершения ими рабочего хода, необходимо постоянно сообщать некоторое количество энергичной силы, - это или механические толчки любого типа, или подача любого сжатого газа (пара) на расширение в цилиндры, или подача и нагрев сжатого поршнями газа, пара, у которых после любого способа нагрева давление повышается (увеличивается внутренняя энергия). Соответственно эти действия будут представлять перевод данного двигателя в состояние не возврата в равновесие. В предлагаемом двигателе внутреннего нагревания используется метод нагревания рабочего тела. В двигателе внутреннего нагревания от аккумулятора 32 запускается стартер, который вращает с расчетной скоростью в рабочем направлении (по часовой стрелке, см. фиг.2) вошедший с ним в зацепление маховик 4 двигателя. Маховик 4 передает крутящий момент на коленчатый вал 3. Кривошипы вращающегося коленчатого вала с помощью штоков 8 приводят в движение поршни 10, которые в раскачивающихся цилиндрах 16 совершают сложное движение. При этом поршни 10 при вращении коленчатого вала 3 вне зависимости от раскачивания цилиндров 16 двигаются вдоль оси цилиндров поступательно от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), и наоборот. Значит, в предлагаемом двигателе внутреннего нагревания (ДВН) рабочий цикл будет подобен рабочим циклам известных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Пусть при пусковом вращении коленчатого вала 3 в первом цилиндре 16 идет такт сжатия - первый такт. Соответственно во втором цилиндре идет второй такт - такт рабочего хода (расширение сжатого воздуха). При вращении коленчатого вала 3 первый цилиндр 16, как и второй, будет наклоняться, но положение поршня в цилиндре остается прежним - плоскость дна поршня перпендикулярна к оси цилиндра (см. фиг.2). Известно, что при сжатии или расширении газа в объеме цилиндров возникает сила давления сжатого газа на поршень, которая в обычно принятом двигателе, где цилиндры неподвижны, направлена еще и на стенку цилиндра как составляющая газовая сила давления поршня на цилиндр. Эта сила увеличивает силу трения поршней о цилиндр. Но в двигателе внутреннего нагревания бокового трения поршня о цилиндр нет, потому что газовая сила давления на поршни 10 всегда направлена перпендикулярно на фронтальную поверхность поршней 10. А это значит, что эффективность и мощность двигателя внутреннего нагревания повышается. При дальнейшем вращении коленчатого вала 3 первый цилиндр 16, как и второй, занимает, наконец, вертикальное положение. Поршень в первом цилиндре будет находиться в положении ВМТ, а поршень во втором цилиндре 16 будет находиться в положении НМТ. Поэтому в первом цилиндре 16 поршень 10 сожмет до максимального значения находящийся в рабочей полости двигателя заряд воздуха. Во втором цилиндре 16 поршень за счет действия силы давления воздуха, совершив работу, с остаточным давлением и температурой выйдет через открытую прорезь 28 в окружающую среду. Учитывая, что заряд воздуха в первом цилиндре при движении поршня 10 к ВМТ постоянно сжимается, то он в положении ВМТ нагревается до конечного значения. Сжатый заряд воздуха при минимальном зазоре между крышкой цилиндра и дном поршня находится практически в полостях каналов 24. Этот минимальный рабочий объем в цилиндре называется камерой нагревания. При этом сжатый заряд воздуха обменивается теплом с верхней крышкой 23 цилиндра. В результате часть тепла от сжатого воздуха переходит к крышке. А датчик положения 33 коленчатого вала обозначает, что первый цилиндр находится около положения ВМТ, поэтому он дает сигнал на электронный блок регулирования прерывания тока 31. Электронный блок регулирования прерывания тока 31 соединяет в цепь аккумулятор 32 с нагревательным элементом 25 первого цилиндра, и электрической ток большой силы тут же нагревает нить нагревательного элемента до свечения. Тепловой и световой потоки отражаются от отражающих поверхностей каналов и поршня. В результате сжатый до минимального объема заряд воздуха быстро и сильно нагревается. Соответственно давление воздуха в цилиндре, в объеме камеры нагревания значительно повышается. А так как верхняя крышка цилиндра 23 сделана из малотеплоемкого металла, расстояние между ней и нагревательным элементом мало, а снаружи она теплоизолирована, то она, быстро нагреваясь, аккумулирует часть выделившегося тепла. При этом коленчатый вал за счет энергии вращения маховика 4 проходит положение ВМТ и электронный блок регулирования прерывания тока 31 отключает аккумулятор 32 от нагревателя. Нагревшийся и находящийся при соответствующем давлении сжатый воздух давит на стенки цилиндра и на дно подвижного поршня. В результате в объеме камеры нагревания возникает деятельная (энергичная) сила давления поршня FП=pJ·SП, где pJ - давление нагретого воздуха в данный момент времени, SП - площадь дна поршня. Деятельная сила давления поршня FП перемещает поршень 10 в цилиндре 16, совершая работу, действие. Осуществляется рабочий ход поршня в цилиндре 16. При этом часть тепла, аккумулированного верхней крышкой цилиндра 23 во время нагревания сжатого воздуха, при такте рабочего хода возвращается начавшему охлаждаться при расширении сжатому воздуху. А это увеличивает эффективность двигателя внутреннего нагревания. То есть коэффициент использования тепла (КИТ), известный как (КПД), в предлагаемом двигателе повышается. При рабочем ходе поршня в цилиндре 16 нагретый заряд воздуха расширяется до конечного значения с понижением температуры. Действие деятельной силы давления поршня через шток 8 передается на кривошип коленчатого вала. В результате деятельная сила давления поршня одновременно с действием перемещения поршня создает вращающий момент МП=FП·LJ, где LJ - длина плеча кривошипа от центра вращения, на которое действует деятельная сила давления поршня в данный момент времени. После получения работы перемещения поршня, которая преобразуется кривошипом коленчатого вала во вращение вала, стартер выходит из зацепления и отключается. Двигатель внутреннего нагревания будет работать. При этом одновременно со сжатием заряда воздуха в рабочей полости, например, первого цилиндра, во вспомогательной полости цилиндра, по другую сторону поршня 10 происходило наполнение полости воздухом. В этом случае, при движении поршня 10 вверх, к ВМТ в объеме вспомогательной полости возникает разрежение воздуха. Поэтому когда юбка поршня проходит клапанную пластину 29, а та возвращается на место, поперечная прорезь 28 и клапанная пластина начинают работать как впускной клапан, через который всасывается воздух из объема картера до тех пор, пока поршень 10 не перейдет ВМТ. Соответственно, когда в отмеченном первом цилиндре поршень 10 под действием деятельной силы совершает рабочий ход, то по другую сторону поршня 10 происходит вспомогательный такт сжатия воздуха. Но во вспомогательной полости из-за размещения в ней юбки поршня сжатие воздуха проходит в большем объеме, чем в рабочей полости двигателя при такте сжатия. Поэтому при приближении поршня к положению НМТ сжатие заряда воздуха во вспомогательной полости происходит до принятого давления, например, 0,5 МПа (5 атм), а температура воздуха при сжатии повышается незначительно. К тому же часть тепла сжатия от воздуха отводится через стенку цилиндра и нижнюю крышку 19 цилиндра в картер двигателя, а из него в окружающую среду. В результате сжатый во вспомогательной полости воздух считается холодным. А когда при рабочем ходе поршень 10 приближается к НМТ, то выступающий за пределы высоты поршня толкатель 13 клапана выпуска вступает в контакт с нижней крышкой цилиндра 19 и клапан выпуска 12 открывается. Холодный воздух из вспомогательной полости цилиндра входит через клапан выпуска 12 в рабочую полость цилиндра, потому что давление расширившегося газа в рабочей полости вблизи НМТ (принято) до 0,4 МПа (4 атм). Давление в рабочей и вспомогательной полостях уравнивается. При этом совершающий рабочий ход к НМТ поршень 10, имеющий на боковой поверхности, как и второй поршень, профильные выборки 15, надвигается выборкой на клапанную пластину 29, которая затем упирается в упор выборки. Поршень 10 сдвигает с поперечной прорези 28 клапанную пластину и, продолжая двигаться вниз, к положению НМТ полностью открывает поперечную прорезь 28, которая будет окном для выхода воздуха. Воздух с остаточным давлением и температурой - это горячий воздух - устремляется в прорезь. А так как клапан выпуска 12 был открыт раньше, то сжатый холодный воздух, вошедший ранее в рабочую полость двигателя, поднялся по стенке цилиндра вверх над горячим воздухом за счет скорости входа. В следующий момент начала открытия поперечной прорези 28 находящаяся над горячим, отработанным воздухом часть заряда холодного воздуха расширяется при нагреве от нагретой внутренней поверхности цилиндра и вытесняет отработанный воздух в прорезь 28 на выход из цилиндра. В это время петлеобразно из вспомогательной полости по стенке цилиндра 16 в верхнюю часть цилиндра через клапан выпуска 12 поступает оставшаяся часть заряда холодного воздуха, которая выталкивает весь отработанный воздух. Отработанный воздух выходит из прорези, входит в приемную трубу 34 и выводится наружу картера 1. А поршень 10 в первом цилиндре при вращении коленчатого вала 3 перемещается к ВМТ. Поршень освобождается от клапанной пластины 29, и клапанная пластина пружинами возвращается на место, образуя впускной клапан.

Цилиндры 16 в результате вращения коленчатого вала также наклоняются в разные стороны. То есть в первом цилиндре снова осуществляется такт сжатия, а во втором цилиндре - рабочий ход. Такты повторяются, и двигатель работает, отдавая часть полученной работы потребителю. Число оборотов двигателя внутреннего нагревания регулируется с помощью электронного блока регулируемого прерывания тока 31 нагрузки способом увеличения или уменьшения отрезка времени включения нагревательных элементов 25. Воздух в цилиндры двигателя внутреннего нагревания входит из объема картера чистым, потому что объем картера вентилируется воздухом, прошедшим фильтрующую панель 37. В объем картера 1 воздух из окружающей среды нагнетается лопастным вентилятором 35, который приводится во вращение от двигателя. При этом после определенного количества часов работы двигатель внутреннего нагревания необходимо смазать и заправить вспомогательные полости маслом. С этой целью двигатель останавливается. Напротив свободного торца коленчатого вала открывается штуцер, и смазочное масло через впускной клапан 6 шприцем по проходным каналам подается в первый цилиндр, а затем во второй. Необходимо отметить, что когда поршень в каком-то цилиндре двигателя при такте сжатия приближается к положению ВМТ, сжатый до такого состояния заряд воздуха нагревается за счет работы сжатия. Одновременно нагретый при сжатии воздух нагревается дополнительно, получая часть тепла от имеющей избыточную температуру верхней крышки 23 цилиндра. Это тепло представляет накопленное тепло как тепло, не отведенное в окружающую среду от тел, обращенных в рабочие объемы цилиндров, в результате их тепловой инерции. Значит, на последующий нагрев уже нагретого сжатого заряда воздуха подается меньше электрического тока от аккумулятора 32 на нагревательные элементы 25. А при последовательном включении в работу двигателя других аккумуляторов вся сумма накапливаемого тепла как дополнительная работа двигателя поступит от генератора 36 тока на зарядку первого разряженного аккумулятора. Поэтому после разрядки последнего аккумулятора вновь включенный в цепь первый аккумулятор продлит работу двигателя, то есть приблизит работу двигателя к автономной. Когда же в результате работы двигателя разрядится и зараженный аккумулятор, двигатель остановится. При замене аккумуляторов на заряженные двигатель сможет работать.

Двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела, содержащий картер, отдельные круглые пустотелые цилиндры, имеющие на наружной поверхности оребрение и по две опорные оси, расположенные оппозитно на середине высоты и ширины цилиндра, которые направлены перпендикулярно к оси вращения цилиндра, нижние крышки цилиндров с центральным сквозным отверстием, имеющие на наружной поверхности оребрение, поршни, имеющие клапаны выпуска, расположенные на их днищах, рядом с боковой поверхностью поршней, компрессионные кольца, штоки, разъемный коленчатый вал, подшипники качения, клапаны, лопастной вентилятор и маховик, при этом коленчатый вал с закрепленным на нем маховиком и с установленными на его коренных и шатунных шейках при сборке соответствующих подшипников качения крепится коренными шейками в корпусы подшипников, сделанных в картере, а к кривошипам на шейки шатунов с помощью корпусов подшипников штоков крепятся штоки, которые введены в объемы цилиндров через втулки подшипников скольжения и сальниковые уплотнения, установленные в направляющих втулках, закрепленных в центральных отверстиях нижних крышек цилиндров, которые, в свою очередь, закреплены к торцу цилиндров, а введенные в цилиндры концы штоков через теплоизолирующую проставку соединены с поршнями, делящими цилиндры на рабочие и вспомогательные полости, к тому же в клапанах выпуска выходящие на фронтальную поверхность поршней тарелки клапанов, имеющие на тыльной стороне фартук, соединены с толкателями, которые установлены в опорные направляющие, направлены в сторону нижних крышек цилиндров, прижимают с помощью пружин тарелки клапанов к седлам и выступают за пределы высоты поршней, а цилиндры, длины которых равны двум радиусам кривошипа и дополнительным припускам, закреплены с помощью опорных осей через подшипники качения в корпусах подшипников, сделанных в картере по оси, параллельной оси корпусов подшипников коленчатого вала на расстоянии, где торец юбок поршней и фронтальные плоскости днищ поршней будут при вращении коленчатого вала находиться на расстоянии от торцов качающихся на опорных осях цилиндров, при этом в цилиндрах в направлении их радиуса, перпендикулярного к продольной оси картера, напротив расположенных в поршнях клапанов выпуска, в местах от фронтальной плоскости днищ поршней, когда поршни опущены вниз, сделаны вверх поперечные прорези, которые закрыты образующими впускные клапаны сдвигающимися, имеющими возвратные пружины и направляющие стойки, закрепленные на стенке цилиндров, выгнутыми по радиусу цилиндра клапанными пластинами, которые при движении поршней сверху вниз входят до упора в сделанные на боковой поверхности поршней профильные выборки и сдвигаются ими с прорезей с образованием окон выхода газа, при этом на картере в местах напротив расположения поперечных прорезей в цилиндрах установлены выведенные из картера приемные трубы, а свободный конец коленчатого вала через шкивы соединен ременной передачей с лопастным вентилятором, нагнетающим воздух в объем картера через фильтрующую панель, отличающийся тем, что двухтактный двигатель внутреннего нагревания рабочего тела дополнительно снабжается верхними крышками цилиндров, в которых на торцевой рабочей поверхности сделаны соединенные между собой каналы, представляющие в поперечном сечении параболу, теплоизолирующими кожухами, которые закреплены на наружной поверхности верхних крышек цилиндров, нагревательными элементами электрическими, ползунковыми токосъемниками, прижимными проводниками тока, датчиком положения коленчатого вала, электронным блоком регулирования прерывания тока нагрузки, аккумуляторами, генератором электрического тока и проводами, при этом в двухтактном двигателе внутреннего нагревания рабочего тела верхние торцы у цилиндров, образуя рабочие полости, закрываются верхними крышками цилиндров, вспомогательные полости цилиндров заполняются жидким маслом до уровня касания его юбками поршней, когда поршни находятся в нижнем положении, а в каналы крышек цилиндров крепятся нагревательные элементы электрические, у которых два соединительных конца электрической цепи соединены с двумя выходящими наружу ползунковыми токосъемниками, закрепленными на каждой крышке цилиндра через герметичные электроизоляционные втулки, при этом на картере закреплены с помощью электроизоляционных стоек прижимные проводники тока, которые направлены и согнуты по радиусу траектории качания ползунковых токосъемников и имеют с ними контакт, и которые соединены с шинами, выведенными наружу картера через электроизоляционные втулки, затем шины прижимных проводников тока соединены проводами с аккумулятором через электронный блок регулирования прерывания тока нагрузки, имеющим проводную связь с установленным на картере датчиком положения коленчатого вала, а генератор электрического тока, связанный механической передачей с коленчатым валом, при работе двухтактного двигателя внутреннего нагревания рабочего тела, в котором применяется свойство тепловой инерционности тел, используется для зарядки аккумулятора, приближая работу двигателя к автономной, при этом для периодической смазки маслом подшипников в теле картера, в теле коленчатого вала и в теле штоков сделаны проходные каналы, входы в которые закрыты впускными клапанами, установленными соответственно на картере и на торце свободного конца коленчатого вала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к роторным тепловым двигателям. .
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам преобразования потенциальной энергии химических веществ в кинетическую энергию газового потока.

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к области энергетики, а именно к силовым установкам, и может быть использовано в двигателях. .
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам получения кинетической энергии за счет преобразования потенциальной энергии. .

Изобретение относится к энергетике, силовым установкам и двигателям, работающим на горячих газах. .

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в машинах наземного, водного и воздушного транспорта, в стационарных наземных и космических энергоустановках.

Изобретение относится к области силовых установок, работающих на горючих газах или продуктах сгорания, а более конкретно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия, с разделенным термодинамическим циклом, когда сжатие заряда и сгорание топлива происходит в импульсной камере постоянного объема, а расширение продуктов сгорания в рабочих камерах расширительной машины.

Изобретение относится к устройствам для преобразования термодинамической энергии в электроэнергию. .

Изобретение относится к энергомашиностроению и касается усовершенствования поршневых двигателей и паросиловых установок с поршневыми двигателями. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. .
Наверх