свободнопоршневой двигатель-вариатор

Формула изобретения

1. Свободнопоршневой двигатель-вариатор внутреннего сгорания, содержащий штокопоршневой блок, размещенный в цилиндровой группе с возможностью свободного линейного перемещения относительно цилиндровой группы, расположенной в неподвижных опорах, и систему отбора мощности, отличающийся тем, что блок рабочих цилиндров выполнен с возможностью свободного осевого перемещения и расположен на соосных плунжерах-цапфах, размещенных в неподвижных гидроцилиндрах.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система отбора мощности выполнена гидравлической и образована путем объединения напорной и всасывающей магистралью плунжерных гидроцилиндров двигателя с гидромотором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение "Свободно-поршневой двигатель вариатор" относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению и может найти применение при создании двухтактного двигателя внутреннего сгорания с гидравлическим отбором мощности с переменным отбираемым крутящим моментом при постоянной мощности и сохранении оптимального режима работы двигателя, без использования коробки перемены скоростей.

В настоящее время известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания с немеханическим отбором мощности, см. например, свободно-поршневые дизель-компрессоры с отбором мощности в виде сжатого воздуха, описанные в книге Н. В. Пульманова "Дизель-компрессоры со свободно движущимися поршнями", 621.5. УДК П 885, изд. Машгиз, г. Москва, 1959, где на фиг. 1 показаны принципиальные схемы СПДК (с. 10).

Эти двигатели содержат два поршня, расположенные в одном цилиндре с возможностью встречного возвратно-поступательного движения и жестко сочлененные с поршнями компрессора, расположенными в компрессорных цилиндрах.

Недостатком такой конструкции является чувствительность к перегрузкам, при возникновении которых двигатель "глохнет", т.к. уменьшается ход поршневых групп.

Наиболее близким аналогом является "Двухтактный двигатель внутреннего сгорания", описанный в патенте ГДР N 200103/6 по кл. F 02 B 71/00, 1983.

Этот двигатель содержит поршневой блок, состоящий из двух рабочих и одного компрессорного поршней, расположенных на общем штоке и свободно плавающих в соосно расположенных цилиндрах. В одном из вариантов двигателя торцы рабочих поршней за пределами камеры сгорания служат как поршни насоса, а полый шток сообщает насосные камеры друг с другом таким образом, что масло может циркулировать по замкнутому контуру, вращая включенную в контур импульсную гидротурбину отбора мощности.

Недостатком "Двухтактного двигателя внутреннего сгорания", как всех известных свободно-поршневых двигателей, является чувствительность к перегрузкам, при возникновении которых поршень не доходит до заданного положения и двигатель "глохнет". Кроме того, импульсные гидротурбины имеют пониженный КПД и, из-за высоких оборотов, требуют редуцирования отбираемого крутящего момента.

Изобретение призвано решить задачу по устранению чувствительности двигателя к перегрузкам и сохранения постоянной мощности двигателя при изменении величины отбираемого крутящего момента от нуля до максимальной величины, без применения каких-либо коробок передач или иных регулирующих устройств.

Поставленная задача решается тем, что поршневая группа расположена в подвижной в осевом направлении цилиндровой группе, от которой и происходит отбор мощности через посредство плунжерного насоса, образуемого плунжерами крышек цилиндров и неподвижными плунжерными цилиндрами. В этом случае отбирается реактивная мощность (по величине равная активной), а давление поршня, относительно подвижного цилиндра, совершается независимо от движения плунжеров насоса.

Предлагаемый двигатель изображен на чеpтеже в продольном разрезе, в позиции, когда в верхнем цилиндре происходит продувка, в нижнем конец сжатия.

Двигатель содержит штокопоршневую группу, состоящую из двух рабочих поршней 1 и 2, расположенных на общем штоке 3, снабженном каналами 4 и 5, сообщающими выточки 6 и 7 постоянно с компрессионными полостями 8 и 9 цилиндровой группы 10, а в крайних положениях поршней с рабочими полостями 11 и 12. Крышки цилиндров снабжены плунжерами 13 и 14, на которых цилиндровая группа 10 плавает в осевом направлении в гидроцилиндрах 15 и 16, образуя совместно насосную группу. Гидроцилиндры выполнены в неподвижных опорах 17 и 18. Рабочие полости 11 и 12 снабжены свечами зажигания 19 и имеют впускные 20 и 21 и выхлопные 22 и 23 окна. Неподвижные коллектора впуска 24 и 25 рабочей смеси и выхлопа 26 и 27 отработанных газов выполнены с возможностью совмещения с соответствующими, для данной позиции, окнами. Гидроцилиндры 15 и 16 снабжены всасывающими 28 и 29 и нагнетательными 30 и 31 каналами, которые через обратные клапана 32, 33, 34 и 35 сообщены со всасывающей 36 и напорной 37 магистралями, в которые включен гидромотор 38 отбора мощности, образуя в комплексе объемную систему отбора мощности от двигателя. На чертеже условно не показаны компенсаторы расхода жидкости на всасывающей и напорной магистралях.

Предлагаемый свободно-поршневой двигатель-вариатор работает следующим образом.

На чертеже изображен двигатель в позиции, когда в верхнем цилиндре происходит продувка рабочей полости 12 рабочей смесью, поступающей в компрессионную полость 8 через канал 4, выточку 7 и вытесняющей продукты сгорания через выхлопное окно 22 в выхлопной коллектор 26.

Одновременно в нижнем цилиндре заканчивается процесс всасывания рабочей смеси в компрессорную полость 9, а в рабочей полости 11 закончен процесс сжатия.

После зажигания рабочей смеси в рабочей полости 11 начнется рабочий ход, при котором под действием газовых составляющих сил штокопоршневая группа 3 5 начнет двигаться вниз, а цилиндровая группа 8, несущая плунжера 13 и 14, под действием реактивных газовых составляющих сил, начнет двигаться вверх. При этом масло из плунжерного цилиндра 16 будет вытесняться в напорную магистраль 37 и далее в гидромотор 38, приведет его во вращение и поступит во всасывающую магистраль 36, откуда в нижний плунжерный цилиндр. Одновременно с этим процессом в компрессионной камере произойдет предварительное сжатие рабочей смеси и начнется продувка рабочей камеры 11, а в верхней камере 12 закончится такт сжатия и произойдет зажигание, т.е. процесс повторится в противоположном направлении и т.д.

Из вышеуказанного следует, что в предлагаемом двигателе отбор мощности происходит от гидромотора, питаемого плунжерным насосом, производительность которого определяется величиной линейного перемещения плунжеров 13 и 14 под действием реактивных газовых составляющих сил на крыши цилиндров несущих плунжеров, а работа поршневой группы 3 5 определяется только относительным ходом поршней, т.е. их перемещением относительно подвижной цилиндровой группы 10 и независимо от величины ее перемещения относительно неподвижных плунжерных гидроцилиндров. Следовательно, процесс сгорания рабочей смеси зависит только от относительного хода поршней, т.е. от величины линейного перемещения штокопоршневой группы 3 5 относительно подвижной цилиндровой группы 10 и совершается независимо от величины линейного перемещения самой цилиндровой группы 10 относительно неподвижных гидроцилиндров 15 и 16, поэтому в двигателе принципиально невозможно создать, путем перегрузки гидросистемы отбора мощности и даже остановки вращения гидромотора, условия, при которых двигатель заглохнет.

Одновременно следует, что при уменьшении числа оборотов гидромотора, на его валу отбора мощности будет возрастать крутящий момент, т.к. уменьшение расхода жидкости приведет к уменьшению длины хода плунжеров и, следовательно, к увеличению давления масла в напорной магистрали. При увеличении числа оборотов гидромотора пропорционально уменьшится и отбираемый крутящий момент, т.к. давление в напорной магистрали уменьшится, а в связи с увеличением хода плунжеров отбираемая мощность при этом остается неизменна.

Таким образом имеем двигатель вариатор с гидросистемой отбора мощности, обеспечивающей возможность изменения оборотов гидромотора от минимальных до максимальных значений при постоянной мощности.