Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания

, 1588 19) 1)5 Е 02 В 71 04 САН ОБР ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВ(54) С ВОБОД НОПОР Ш НЕВОЙ ДВ И ГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить термодинамическую эффективность свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания путемутилизации теплоты отработавших газов.Двигатель содержит корпус 1 с выхлопнымканалом и по крайней мере один цилиндр 3с поршнем 4. Надпоршневая газовая полость 5 имеет впускные 6 и выпускные 7окна и форсунку 8. Подпоршневая гидравлическая полость 9 заполнена турбожидкостью 10, в которой помещена гидротурбина 11 двухстороннего действия. Ротор гидротурбины1 снабжен эксцентриковым венцом 30, заключенным в цилиндрическую расточку корпуса 1 с образованием серповидной камеры, разделенной на полости расширения и выхлопа посредством радиальной пластины. Полости расширения и выхлопа ссюбщены ссютветственно с окнами 7 и выхлопным каналом. В процессе расширения осуществляемого термодинамического цикла поршень 4 движется в цилиндре 3 от в.м.т. к н,м.т. под действием избыточного давления рабочей среды. При этом осевой поток турбожидкости 10 вра щает ротор гидротурбины 11. При движении поршня от н,м.т, к в.м.т. ротор продолжает вращаться в ту же сторону в силу симметрии лопаток ротора и направляющих аппаратов относительно вращения плоскости.В серповидной камере отработавшие газы расширяются, в камере расширения и на валу 41 отбора мощности создается дополнительный вращающий момент. 4 ил.аИзобретение относится к энергомашиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано в силовых установках для привода механизмов и машин.5Целью изобретения является повышение термодинамической эффективности двигателя путем утилизации теплоты отработавших газов.На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель (продол ьный разрез) в двухцилиндровом варианте; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - фрагмент развертки гидротурбины двустороннего действия; на фиг. 4 - осуществляемый в двигателе термодинамический цикл, в координатах энтропия - температура.С вободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с выхлопным каналом 2 и по крайней мере один цилиндр 3 с поршнем 4, образующие надпоршневую газовую полость 5 с впускными 6 и выпускными 7 окнами и форсункой 8 и подпоршневую гидравлическую полость 9, заполненную турбожидкостью 10, в которой помещена гидротурбина 11 двустороннего действия. Подача топлива под давлением в форсунку 8 обеспечивается по трубопроводу 12 топливным насосом 13, приводимым в действие от кулачка 14, взаимодействующего с юбкой поршня 4. В качестве турбожидкости 1 О может быть использована водно-масляная эмульсия. Для ЗО обеспечения регулировки мощности гидротурбины 11 подпоршневая компрессорная полость 9 соединена посредством трубопровода 15 со средством (не показано) изменения плотности турбожидкости 10. Гидротурбина 11 двустороннего действия имеет симметрич ные относительно плоскости 16 вращения лопатки 17, 18, 19 ротора 20 и направляющих аппаратов 21, 22. Ротор 20 гидротурбины 11 установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси 23 цилиндра 3 посредством подшипниковых опор 24, 25. Предусмотрены уплотнения 26, 27, поршни 4 и роторы 20 гидротурбины 11.В двухцилиндровом варианте поршни 4 жестко связаны между собой посредством штока 28, пропущенного через труб Б чатую ступицу 29 гидротурбины 11. Для повышения термодинамической эффективности двигателя путем утилизации теплоты отработавших газов ротор 20 гидротурбины 11 снабжен эксцентриковым венцом 30, заключенным в цилиндрическую расточку 50 31 корпусас образованием серповидной камеры 32 переменного объема, разделенной на полости расширения 33 и выхлопа 34 , посредством радиальной пластины 35, установленной в пазу 36 корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом полости расширения 33 и выхлопа 34 сообщены ссютветственно с выпускными окнами 7 посредством патруб. ка 37 и выхлопным каналом 2 корпуса 1. Для улучшения балансировки в эксцентриковом венце 30 выполнены требуемые полости (не показаны) . Для уменьшения потерь на трение эксцентриковый венец 30 охвачен вращающимся на подшипнике 38 кольцом 39. Для обеспечения прижима радиальной пластины 35 к наружной поверхности кольца 39 паз 36 сообщен посредством трубопровода 40 с источником давления (не показан). Вал 41 отбора мощности через универсальный шарнир 42 и шестерни 43, 44 соответственно с наружными и внутренними зубьями кинематически связан с роликом 20 гидротурбины 11. При этом шестерня 44 соосна продольной оси 23.Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.В установившемся режиме поршень 4 совершает в цилиндре 3 возвратно-поступательные перемещения, ротор 20 гидротурбины 11 и его эксцентриковый венец 30 непрерывно вращаются по часовой стрелке (как на фиг. 2), в полость 33 непрерывно подается газ из полости 5 цилиндра, а из полости 34 этот газ удаляется в атмосферу при каждом повороте эксцентрикового венца 30,В цилиндре 3 осуществляется термодинамический цикла а-Ъ-с-д-а двухтактного дизеля, результатом которого является образование осевого потока турбожидкости 10, приводящего гидротурбину 11 во вращение, и генерация отработавших газов высокой температуры, создающих при расширении в серповидной камере 32 дополнительный вращающий момент на роторе 20 гидротурбины в результате осуществления термодинамического цикла а-д-с 1-а.Термодинамический цикл а-Ь-с-д-а состоит из двух изотропных процессов сжатия а Ь и расширения с-д и двух изохорных процессов подвода Ъ-с и отвода д-а теплоты.В процессе а-б сжатия поршень 4 движется в цилиндре 3 от нижней мертвой точки (н.м.т.) к верхней мертвой точке (в.м.т.) под действием избыточного давления рабочей среды в процессе с-д расширения в другом цилиндре 3. При этом образуется движущийся вслед за поршнем 4 осевой поток турбожидкости 10, отклоняемый под определенными углами лопатками 18, 19 отклоняющих аппаратов 21, 22 и в результате взаимодействия с лопатками 17 ротора 20 приводящий вал 41 отбора мощности во вращение через шестерни 44, 43 и универсальный шарнир 42. В конце процесса а-Ь сжатия заряда свежего воздуха, поступившего через впускные окна 6 в предыдущем процессе цикла, повышаются температура и давление, юбка поршня 4 взаимодействует с кулачком 14 топливного насоса 13 и по трубопроводу 12 через форсунку 81588887 Формула изобретения фиг. 7 в надпоршневую полость 5 впрыскивается топливо, распыленное до мелкодисперсного состояния.В процессе Ь -с подвода теплоты поршень 4 находится вблизи от в.м.т., происходит самовоспламенение и сгорание топлива и образуется рабочая среда высокого давления и температуры.В процессе с-д расширения поршень 4 движется в цилиндре 3 от в.м.т. к н.м,т. под воздействием избыточного давления рабочей среды. При этом образуется движущийся перед поршнем 4 осевой поток турбожидкости 10, отклоняемый под определенными углами лопатками 18, 9 направляющих аппаратов 21, 22 и в результате взаимодействия с лопатками 17 ротора 20 приводящий вал 41 отбора мощности во вращение, Несмотря на то, что направление потока турбожидкости 10 по сравнению с направлением в процессе а-Ь сжатия изменилось на противоположное, ротор 20 продолжает вращаться в ту же сторону и в силу симметрии лопаток 17 ротора 20 и лопаток 18, 19 направляющих аппаратов 21, 22 относительно плоскости 16 вращения.В процессе д-а отвода теплоты поршень 4 находится вблизи от н.м.т., впускные 6 и выпускные 7 окна открыты и протекает продувка и наполнение надпоршневой полости 5 зарядом свежего воздуха, поступающего от специального нагнетателя (не показан),В серповидной камере 32 рабочая среда расширяется в полости 33 расширения. Протекает процесс д-д расширения и на валу 41 отбора мощности создается дополнительный вращающий момент. Из камеры 34 выхлопа отработавшая рабочая среда удаляется в выхлопной канал 2. Протекает процесс д-а отвода теплоты в окружающее пространство.Регулировка двигателя производитсяизменением подачи топливного насоса 3, влияющей на величину среднего индикаторного давления в надпоршневой полости 5.За пуск дв ига тел я осуществляетс я подачей 10сжатого воздуха в цилиндры. С вободнопорш невой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выхлопным каналом и по крайней мере один цилиндр с поршнем, образующие надпоршневую газовую полость с впускными и выпускными окнами и форсункой и подпоршневую гидравлическую полость, заполненную турбожидкостью, в которой размещена гидротурбина двустороннего действия, отличаюиийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности путем утилизации теплоты отработавших газов, ротор гидротурбины снабжен эксцентриковым 25 венцом, заключенным в цилиндрическуюрасточку корпуса с образованием серповидной камеры переменного объема, разделенной на полости расширения и выхлопа посредством радиальной пластины, установленной в пазу корпуса с возможностью 30 возвратно-поступательного перемещения,при этом полости расширения и выхлопа сообщены ссютветственно с выпускными окнами цилиндра и выхлопным каналом корпус а.1588887 Составитель К. АгТехред А. КравчукТираж 437 ного ком Москв дтел ьск и йРедактор М. БандураЗаказ 2522НИИПИ Государстве11303Производственно-изд 17 Фиг. 5 ета по изобретенияЖ - 35, Раушскомбинат Гатент Корректор Л. ПилипенкоПодписноеи открытиям при ГКНТ ССнаб., д. 4/5