комбинированный двигатель

Формула изобретения

1. КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий двигатель внутреннего сгорания, в цилиндре которого установлен поршень с образованием подпоршневой рабочей камеры и подпоршневой кривошипно-камерной насосной секции с рабочей средой, поршень соединен шатуном с коленчатым валом, а на стенках кривошипной камеры установлены всасывающие и нагнетательные клапаны, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен пневмомотором, ресиверами высокого и низкого давления, входной патрубок пневмомотора связан с нагнетательным клапаном посредством ресивера высокого давления и регулирующего устройства, а выходное отверстие через ресивер низкого давления с всасывающим клапаном, выходной вал пневмомотора непосредственно связан с потребителем.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен штоком и поршнем с механизмом привода, причем шток установлен между поршнем и шатуном, дополнительный поршень установлен на штоке соосно с рабочим поршнем, механизм привода обеспечивает встречное движение поршней, а впускной и выпускной клапаны установлены в стенке цилиндра между поршнями.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что выходной вал пневмомотора непосредственно связан с потребителем.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что выходной вал пневмомотора связан с потребителем через дополнительный маховик с демпфером.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкции двигателей.

Известен двигатель внутреннего сгорания с вентиляцией картерного пространства открытого типа, в которой происходит выравнивание давления картерного пространства с атмосферой для обеспечения целостности картерных уплотнений.

Недостатком данной конструкции является то, что она не обеспечивает утилизацию энергии газов, возникающую в результате движения поршней в картерном пространстве.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является комбинированный двигатель, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и турбины, включенной в его выхлопной канал и посредством силовой передачи соединенной с коленчатым валом ДВС.

Данная конструкция двигателя обеспечивает использование энергии выхлопных газов для передачи дополнительного усилия на коленвал, однако из-за неизбежного разложения сил в К.Ш.М. и отсутствия использования энергии газов картерного пространства эффективность двигателя недостаточно велика.

Задачей изобретения является повышение эффективности двигателя путем снятия крутящего момента с дополнительной силовой установки, использующей энергию газов от двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача выполняется за счет того, что комбинированный двигатель, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, в цилиндре которого установлен поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом, и дополнительной силовой установки, использующей энергию от двигателя внутреннего сгорания, снабжен ресиверами высокого и низкого давления, а дополнительная силовая установка выполнена в виде пневмомотора, который непосредственно через маховик с демпфером соединен с внешним потребителем механической энергии, а также ресивером низкого давления и через регулирующее устройство с ресивером высокого давления, при этом двигатель внутреннего сгорания дополнительно снабжен впускным и выпускным каналами, которые через установленные в них впускной и выпускной клапаны соединены соответственно с ресиверами низкого и высокого давления. Впускной и выпускной каналы могут быть установлены в картерном пространстве, а при установке между поршнем и шатуном штока, на котором размещен второй поршень, соединенный с механизмом привода, обеспечивающим его возвратно-поступательное перемещение в процессе работы в направлении, противоположном направлению перемещения первого поршня, впускной и выпускной каналы могут быть установлены в межпоршневом пространстве, либо одновременно в межпоршневом и картерном пространстве.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого двигателя с клапанами в картерном пространстве; на фиг.2 то же, с клапанами в межпоршневом и картерном пространстве.

Комбинированный двигатель содержит двигатель внутреннего сгорания 1, в цилиндре 2 которого установлен поршень 3, соединенный через шатун 4 с коленчатым валом 5. В стенках картерного пространства 6 установлены впускной канал 7 с размещенным в нем впускным клапаном 8 и выпускной канал 9 с размещенным в нем выпускным клапаном 10. Впускной канал 7 соединен с ресивером 11 низкого давления, который содержит разгрузочное устройство 12, а выпускной канал 9 с ресивером 13 высокого давления. Между ресиверами 11 и 13 расположен пневмомотор 14, вал 15 которого непосредственно, либо через маховик с демпфером 16 соединен с внешним потребителем механической энергии 17. Между пневмомотором 14 и ресивером 13 высокого давления установлено устройство 18, регулирующее подачу сжатого газообразного рабочего тела.

В цилиндре 2 соосно поршню 3 может быть установлен дополнительный поршень 19, выполненный с центральным сквозным отверстием 20 с уплотнением для его возвратно-поступательного перемещения по штоку 21, один конец которого соединен с поршнем 3, а другой с шатуном 4. При этом дополнительный поршень 19 соединен с механизмом, обеспечивающим его перемещение в направлении, противоположном направлению перемещения поршня 3, который может иметь любую, известную в технике конструкцию. Так, например, к нижней части штока 21 присоединена зубчатая рейка 22 (либо конец штока 21 выполнен с зубчатыми поверхностями), нижний конец которой соединен с верхней головкой шатуна 4. С двух противоположных сторон зубчатой рейки 22 (либо с трех сторон под углом в 120^о) установлены два (либо три) зубчатых колеса 23, входящих в зацепление с рейкой 22 и с двумя (либо тремя) дополнительными зубчатыми рейками 24, которые прикреплены к дополнительному поршню 19.

При установке в цилиндре 2 дополнительного поршня 19 впускной 7 и выпускной 9 каналы могут быть установлены в стенке межпоршневого пространства 25 и соединены соответственно с ресиверами 1 низкого давления и 13 высокого давления, либо одновременно в стенках картерного пространства 6 и межпоршневого пространства 25.

Все входящие в конструкцию элементы соединены посредством трубопроводов.

Для обеспечения работоспособности двигателя с двумя поршнями он должен иметь целое, кратное тактности, количество цилиндров.

К.Ш.М. обеспечивающий ход поршня и как следствие цикличность работы двигателя, может быть заменен копиром, кулачком, наклонной шайбой и т.п. Схема двигателя является принципиальной и при необходимости может быть дополнена любыми известными в технике пневмоэлементами и элементами управления ДВС. Предлагаемый двигатель может работать совместно с любой известной кинематической схемой ДВС.

Двигатель работает следующим образом.

Ход поршня 3 задается от внешнего пускового устройства (стартера) через коленвал 5, шатун 4 (и шток 21 в случае его установки). Газовые процессы, происходящие в рабочей полости цилиндра 2, могут быть организованы по любому известному циклу.

В случае установки в цилиндре 2 одного поршня 3, при его перемещении от н.м.т. к в.м.т. в картерном пространстве 6 образуется разрежение, открывается впускной клапан 8 и через впускной канал 7 оно заполняется газообразным рабочим телом (воздухом) из ресивера 11 низкого давления, который посредством разгрузочного устройства 12 наполняется воздухом из атмосферы (или сбрасывает его в случае избыточного давления).

В надпоршневом пространстве в конце такта сжатия происходит воспламенение, в результате чего поршень 3 под действием высвободившейся энергии перемещается к н.м.т. сжимая находящееся в картерном пространстве 6 газообразное рабочее тело. При этом впускной клапан 8 закрывается, выпускной клапан 10 открывается, и газообразное рабочее тело через выпускной канал 9 направляется в ресивер 13 высокого давления и далее через регулирующее устройство 18 подается к пневмомотору 14, вал 15 которого непосредственно, либо через маховик с демпфером 16 соединен с внешним потребителем механической энергии 17. Отработавшее газообразное рабочее тело из пневмомотора 14 подается в ресивер 11 низкого давления и далее при движении поршня 3 к в.м.т. вновь поступает в картерное пространство 6 и т.д.

В случае установки в цилиндре 2 дополнительного поршня 19 при движении поршня 3 к в.м.т. приходят во вращение в противоположные стороны зубчатые колеса 23, которые приводят в движение к н.м.т. рейки 24 и соединенный с ними дополнительный поршень 19. В межпоршневом пространстве 25 в результате перемещения поршней 19 и 3 образуется разрежение и в случае установки впускного 7 и выпускного 9 каналов только в межпоршневом пространстве газообразное рабочее тело из ресивера 11 низкого давления через впускной канал 7 начинает заполнять его. При движении поршня 3 к н.м.т. поршень 19 перемещается к в.м.т. в результате чего в межпоршневом пространстве 25 происходит нарастание давления, открывается выпускной клапан 10, и газообразное рабочее тело через выпускной канал 9 направляется в ресивер 13 высокого давления и т.д.

Если в цилиндре одновременно установлены поршень 3 и 19, а впускными 7 и выпускными 9 каналами снабжаются картерное 6 и межпоршневое 25 пространство, то процессы происходят аналогично каждому из вышеописанных вариантов. При этом во время образования разрежения, например, в межпоршневом пространстве 25 и засасывания в него газообразного рабочего тела в картерном пространстве 6 происходит процесс сжатия газообразного рабочего тела и его вытеснение в ресивер 13 высокого давления.

При использовании предлагаемой конструкции двигателя в транспортных средствах пневмомотор может быть использован в качестве пневмотормоза для утилизации энергии торможения, а при исключении из конструкции пневмомотора, регулирующего устройства и ресивера низкого давления он может быть использован в качестве компрессора, поршневого насоса и т.п.