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

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕНТ 6 44 от 220.86 . ОРАНИЯ,ЕВОИ,ИНУТРЕНгателе- эбпЬекшениядров.с двум ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СПРЕИИУИЕСТВЕННО СВОБОДНОПОРШСИЛОВОР ПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМНЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение касается двстроения и позволяет повыситтивность двигателя путем улучпродувки-наполнения его цилиДвигатель содержит цилиндр 1камерами сгорания 2 и поршен 2стороннего 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 с. и 16 з.п.й-лы, 4 ил.Изобретение относится к двигател: строению, в частности к свободнопоршневым 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 лическим насосом, вариант исполнения, на фиг. 2 - сечение А-А на Фиг,11 на Фиг. 3 - двигатель, объединенный с компрессором двойного действия и гидравлическим насосом, вариант исполнения; на Фиг. 4 - блок-схема силового привода на базе предлагаемого свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания.Двигатель внутреннего сгорания со держит по меньшей мере один цилиндр 1 с двумя камерами 2 сгорания, 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, наружной поверхностью 14 плунжеров 11, внутренней торцовой поверхностью 21 головок 5 цилиндра и торцовыми поверхностями 12 поршня 9, выпускные окна 4 цилиндра выполнены раздельно рпя каждой из двух камер 2 сгорания, сопряженных с одной из двух половин поршня 9, и разнесены от плоскости А симметрий цилиндра, в поршне 9 и плунжерах 1 выполнены перепускные каналы 22 для прохода рабочего заряда,заканчивающиеся перепускными окнами23, расположенными на боковой поверхности плунжеров с возможностью в зависимости от положения поршня по осицилиндра перекрытия каналов 22 поршня либо соединения их одной своейстороной с впускными окнами 3 цилиндра, а другой стороной через окна 23плунжеров с камерами 2 сгорания.Для улучшения продувки-наполненияцилиндра впускные окна 3 расположеныв плоскости А симметрии цилиндра 1,перепускные каналы 22 выполнены раздельно один от другого и размещены вкаждой из двух половин поршня и плунжерах без соединения друг с другомсимметрично относительно плоскости Всимметрии поршня 9, каждый из перепускных каналов 22 соединен с перепускными окнами 24, выполненными набоковой поверхности 13 поршня 9 врадиальных плоскостях С, смешенныхотносительно плоскости симметрии Впоршня. Причем перепускные окна 24смещены относительно плоскости симметрии В поршня 9 на величину 1 авыпускные окна 4 смешены относительноплоскости симметрии А цилиндра навеличину б таким образом, чтобыобеспечить соединение впускных окон3 цилиндра через перепускпые окна24 одной из половин поршня, перепускной канал 22 и перепускные окна 23плунжеров с одной из камер 2 сгорания и соответствующими выпускнымиокнами 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, вкоторых равномерно по окружности расположены распылители топлива или электроды зажигания. Перепускные окна23 расположены равномерно по окружности поверхностей плунжеров 11, авпускные 3 и выпускные 4 окна расположены равномерно по окружности поверхности цилиндра. С целью управления моментом впрыскивания топливаили зажигания топливовоздушной смесицилиндр 1 снабжен чувствительнымиэлементами 26 регистрации осевого положения поршня 9, которые работают0638 6 50 55 5 160по магнитно-индукционному принципу.Каждый из перепускных каналов 22 может быть выполнен в виде одного общего канала либо в виде пучка нескольких каналов с примерно постояннымпроходным сечением.Согласно варианту, представленномуна Фиг,3, рабочий горшень 9 с плунжерами 11 снабжен дополнительнымипоршнями 27 двустороннего действия,размещенными между камерами 2 сгорания цилиндра и рабочими камерами 20плунжеров с возможностью осевогоперемещения в дополнительных рабочихкамерах 28 с подводящими и отводящими каналами 29 и 30 и клапанами(не показаны), причем на дополнительных поршнях 27 и на участках плунжера между основным рабочим поршнем 9и дополнительньпчи поршнями 27 установлены уплотнительные элементы 31 и32,Согласно обшим вариантам выполнения двигателя в головках 5 цилиндраи цилиндре 1 выполнены охлаждающиеканалы 33, сообшенные с впускнымиканалами для текучей среды в блоках15 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 охлаждаюшими 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45(жидкостью) включены охлвдители 44 и 45.Предлагаемый двигатель и силовой привод нв 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 топливовоэдушнвя 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 отработавгще газы, которые через выпускные отверстия 4 в стенке цилиндра 1 выходят наружу. Каналы 22 поршня 9 соединены с впускными отверстиями 3 цилиндра напрямую, твк 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 запираются 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 образом, благодаря поочередной работе левой и правой камер сгорания поршень 9 совершает возвратно- поступательное движение, которое через плунжеры 11 и рабочие камеры 2035 40 45 50 55 передается текучей среде (жидкостиили газу) и далее испсльзуется дляпривода мотора или турбины 37 фиг,4)Мотор 37 работает на вал 38 внешней нагрузки, например, транспортного средства, в частности автомобиля,Он соединен с гидравлическим или пнематическим ресивером 42 и пусковымустройством, 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 электропитания, и приводит в действиегидравлическую машину 39, последняяв этом случае работает как гидронасоси осуществляет запуск двигателя 36.После запуска гидравлическая машина39 переключается на работу в режимедвигателя 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 подаетрабочую жидкость в.ресивер (гидро"аккумулятор) 42, энергия которогозатем может вновь использоваться вмоторе 37 на разгон автомобиля.Для двигателя, изображенного нафиг.1, подача рабочего заряда воз."духа) осуществляется при помощи индивидуального компрессора 34, работающего совместно с воздушным реси."вером 35. В двигателе, изображенномна фиг.3, компрессор для подачи ра".бочего заряда встроен в конструкциюдвигателя в виде дополнительных рабочих камер 28,с поршнями 27 двустороннего действия. В этом случае подводящие и отводящие каналы 29, 30компрессоров соединены с окружающейсредой и впускными окнами 3 при помощи клапанов,Фоумула изобрет ения1. 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 в5 10 15 20 25 30 распьлителями топлива или электродами зажигания и уплотнительными элементами, поршень двустороннего действия с уплотнительными элементамиидвумя плунжерами, соосно расположенными по торцам поршня, размещеннымибоковыми поверхностями соответственно в цилиндре и головках цилиндра свозможностью осевого перемещения иуправления впускными и выпускными окнами цилиндра в крайних положенияхпоршня, устройство для подачи рабочего заряда в камеры сгорания двигателя, блоки клапанов с клапанами,подводящими и отводящими каналамидля 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 торцовымиповерхностями поршня, выпускные окнацилиндра выполнены раздельно для каждой из двух камер сгорания, сопряженных с одной из двух половин поршня, иразнесены от плоскости симметрии цилиндра, в поршне и плунжерах выполнены перепускные каналы для проходарабочего заряда, заканчивающиеся перепускными окнами, расположенными набоковой поверхности плунжеров с возможностью в зависимости от положения поршня по оси цилиндра перекрытия каналов поршня, либо соединения их одной своей стороной с впускными окнами цилиндра, а другой стороной черезокна плунжеров с камерами сгорания,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности путемулучшения продувки-наполнения цилиндра, впускные окна расположены в плоскости симметрии цилиндра, перепускные каналы выполнены раздельнно одинот другого и размещены в каждой издвух половин поршня и плунжерах безсоединения друг с другом симметричноотносительно плоскости симметриипоршня, каждый из перепускных каналов соединен с перепускными окнами,выполненными на. боковой поверхностипоршня в радиальных плоскостях, смещенных относительно плоскости симметрии поршня, причем перепускные окнасмещены относительно плоскости симметрии поршня, а выпускные окна смещены относительно плоскости симметриИципиндра таким образом, чтобы обеспе35 18. Силовой привод с двигателем внутреннего сгорания, содержащий свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, устройство запуска дш гатс 9 16006чить соединение впускных окон цилиндра через перепускные окна одной изполовин поршня, перепускной канал иперепускные окна плунжеров с однойиз камер сгорания и соответствующимивыпускными окнами цилиндре при такомположении поршня, когда торцовая поверхность другой его половины расположена вблизи обращенной к ней внутренной торцовой поверхности головкицилиндра.2. Двигатель по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что камеры сгорания снабжены тороидальными углублениями, расположенными соосно плунжерам.3. Двигатель по п. 2, о т л и ч аю щ и й с я тем, что тороидальныеуглубления выполнены на торцовых 20внутренних поверхностях головок цилиндра.4. Двигатель по п.3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что тороидальныеуглубления выполнены на торцовых поверхностях поршня.5. Двигатель по п. 1, о т л и ч а-,ю щ и й с я тем, что распылителитоплива или электроды зажигания расположены равномерно по окружности 30вокруг продольной оси.6. Двигатель по пп. 1 и 3, о т -л и ч а ю ш и й с я тем, что распылители или электроды зажигания раз- .мешены в тороидальных углублениях.7. Двигатель по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что перепускные окна расположены равномерно поокружности поверхностей плунжеров,а впускные и выпускные окна расположены равномерно по окружности поверхности цилиндра.8. Двигатель по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью управления моментом впрыскивания топливаили зажигания топливовоздушной смеси,цилиндр снабжен чувствительными элементами регистрации осевого положенияпоршня.9, Двигатель по и. 8, о т л и ч аю щ и й с я тем, что чувствительныеэлементы работают по магнитно-индукционному принципу.10. Двигатель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждый из 55перепусхных каналов выполнен в видеодного общего канала,11. Двигатель по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что каждый иэ 38 1 Оперепускных каналов выполнен в видепучка нескольких каналов с примернопостоянным проходным сечением.12. Двигатель по пп.1-11, о т л ич а ю ш и й с я тем, что рабочийпоршень с плунжерами снабжен дополнительными поршнями двустороннего действия, размещенными между камерамисгорания цилиндра и рабочими камерами плунжеров с возможностью осевогоперемещения в дополнительных рабочихкамерах с подводящими и отводящимиканалами и клапанами, причем на дополнительных поршнях и на участкахплунжера между основным рабочим поршнем и дополнительными поршнями установлены уплотнительные элементы.13, Двигатель по пп.1-12, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в головкахцилиндра и цилиндре выполнены сквозные охлаждающие каналы, сообщенныес впускными каналами для текучей среды в блоках клапанов,4. Двигатель по п. 3, о т л и -ч а ю щ и й с я 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 выполненыканалы, соединяющие канал подвода текучей среды с охладающими каналами.15, Двигатель по пп. 1-12, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что устройство для подачи заряда в камеры сгорания содержит отдельный компрессори ресивер, соединенные с впускнымиканалами цилиндра.6. Двигатель по и. 12, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что устройстводля подачи рабочего заряда в камерысгорания выполнена в виде дополнительных поршней двустороннего действия,размещенных в дополнительных рабочихкамерах, отводящие каналы которыхсоединены с впускными окнами цилиндра.17. Двигатель по п. 12, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что подводящиеи отводящие каналы дополнительных рабочих камер соединены соответственнос подводяшими и отводящими каналамидля текучей среды в блоках клапанов.11 1600638 12ля, гйдравлический или пневматический жит гидравлическую или пневматическую силовой мотор для привода внешней обратимую, машину, соединенную с эленагрузки и соецинительнье магистрали, ктрической обратимой машиной, и исо т а и ч а ю щ и й с я тем, что уСт- точник электропитания последней, а к ройство для запуска двигателя содер- силовому мотору подключен ресивер.1600638 рректор Н.Ревска е селов скал ор Л.Сердюков Тираж 43 аказ 315 ГКНТ СС ВНИИПИ изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 осударственного комитета по изобретения 113035, Москва, Ж, Раушская Подписноеоткрытиям