Двигун тарасевича

Реферат: Винахід належить до будови поршневих двигунів, які можуть використовувати як двигуни внутрішнього, так і зовнішнього згоряння палива з кривошипно-шатунним механізмом, для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух вихідного вала, та може бути використаний при створенні автономних перетворювачів теплової енергії палива в механічну для приводу автотранспорту, авіаційної, сільськогосподарської техніки та в інших пристроях, зокрема в перетворювачах сонячного випромінювання в електричну енергію, агрегатах холодильної техніки, компресорних станціях переміщення газоподібних та рідких середовищ, гідромоторах тощо. Поршневий двигун включає розташовані в корпусі зрівноважені кривошипно-шатунний та клапанно-розподільний механізми, циліндро-поршневу групу, системи забезпечення їх функціонування, газорозподілу, контролю та керування, де різнофазні поршні шарнірно зв'язані шатунами і коромислами з кривошипами так, що кожне основне коромисло UA 113425 C2 (12) UA 113425 C2 рухомо опирається на корпус, а в середній частині оснащене додатковим шарніром з можливістю переміщення його по траєкторії кола, при цьому, центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить через вісь обертання кривошипів перпендикулярно осі симетрії циліндрів, та забезпечує взаємно перпендикулярне і прямолінійне переміщення шарнірів та зв'язаних з ними поршнів на кінцях основних коромисел, а поршні, період руху яких на одному кінці коромисла дорівнює двом періодам обертання кривошипів, мають різний час руху по траєкторії в одному та зворотному напрямку, та додаткові поршні на іншому кінці коромисла, у яких період руху не перевищує двох періодів обертання кривошипів, установлені в окремих циліндрах, де їх перемикальні золотникові та клапанні пристрої з'єднані з системою газорозподілу та зв'язані важелями коромисел з системою керування. Згідно з винаходом, його перемикальні пристрої каналами з'єднують між собою принаймні два циліндри циліндропоршневої групи, в яких поршні установлені з різницею фаз початку руху від екстремальних точок їх траєкторій, що відрізняються, переважно кратно 90°, та з періодом руху, який не перевищує двох періодів обертання кривошипів, при цьому один із циліндрів має менший діаметр та, відповідно, об'єм, приблизно в два рази відносно іншого циліндра з найбільшим діаметром та об'ємом, де поршні установлені на початку траєкторії збільшення його об'єму, а в циліндрах меншого діаметра та об'єму, з'єднаних з камерами згорання та підведення і відведення теплоти, поршні розташовані в області зміни напрямку їх руху, в інтервалі траєкторії, який відповідає часу найбільшого збільшення поршнями об'єму в з'єднаних каналами циліндрах, а циліндри з поршнями, перемикальними пристроями, шарнірними опорами кривошипів, шатунів і коромисел виконані у вигляді блоків, деталі яких кінематично зв'язані між собою, при цьому поршні шарнірно зв'язані штоками з коромислами та шарнірно з'єднані шатунами з кривошипами, які сполучені між собою синхронним зв'язком. UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до будови поршневих двигунів, які можуть використовувати як двигуни внутрішнього, так і зовнішнього згоряння палива з кривошипно-шатунним механізмом, для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух вихідного вала та може бути використаний при створенні автономних перетворювачів теплової енергії палива в механічну для приводу автотранспорту, авіаційної, сільськогосподарської техніки та в інших пристроях, зокрема в перетворювачах сонячного випромінювання в електричну енергію, агрегатах холодильної техніки, компресорних станціях переміщення газоподібних та рідких середовищ, гідромоторах тощо. Відомий тепловий двигун, в якому поршні, шарнірно зв'язані шатунами, передають силу тиску газового середовища в циліндрі кривошипу, викликаючи його обертання [1]. Спільними суттєвими ознаками відомої та запропонованої конструкції є наявність клапанного кривошипно-шатунного механізму (КШМ), циліндро-поршневої групи (ЦПГ), системи контролю та керування (СКК). Циліндрична форма робочих камер, їх ущільнення дозволяють забезпечити високі параметри (температури, тиску) робочого середовища в теплових процесах для збільшення питомої потужності двигуна. До недоліків двигуна належить дія знакозмінних сил, які виникають між кривошипом і шатуном, поршнем та циліндром, що збільшує тертя, особливо в зоні високих температур та тисків, ускладнює систему змазування та знижує коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) двигуна. Відома конструкція двигуна, в якому зменшена дія бокових сил поршня в циліндрі шляхом створення більш прямолінійної траєкторії поршня за допомогою шатунів, коромисел, установлених на двох колінчастих валах в кривошипно-шатунному механізмі [2]. Спільними суттєвими ознаками відомої та запропонованої конструкції є наявність механічної системи, що знижує дію знакозмінних сил в циліндрі, при цьому можливе застосування двох поршнів в одному циліндрі як золотників, що відкривають вікна на кінцях циліндра для видалення відпрацьованих продуктів горіння та наступного проведення циклів газообміну, стиску повітря та спалювання палива в двотактному процесі. Однак, конструкція механізму зменшує, але не усуває дію в циліндрі бокових сил поршнів, при цьому їх консольне кріплення обмежує міцність та жорсткість зв'язку з кривошипом. Відомий тепловий двигун Тарасевича [3]. В ньому, як і в запропонованому двигуні, поршні, розташовані в циліндрах, шарнірно зв'язані шатунами з кривошипами, а коромислами та шарнірними опорами з корпусом. Спільними суттєвими ознаками відомого та запропонованого двигуна є конструкція кривошипно-шатунного механізму, де один шатун шарнірно з'єднує з кривошипом декілька поршнів, які шарнірно з'єднані коромислами з корпусом. При цьому, важелі коромисел, шатуни, шарнірні опори призначені для усунення бокових сил та забезпечення прямолінійного ходу поршня та його самоцентрування газовими силами з утворенням симетрично стисненого газового шару, який виконує роль ефективного високотемпературного мастила між циліндром та поршнем. В цьому випадку відкривається можливість застосувати не тільки металічні деталі, але і керамічні теплоізолятори, які здатні наблизити перебіг теплових процесів в робочій камері двигуна до адіабатних умов, відмовитися від кільцевих ущільнень поршня, підвищити к.к.д. двигуна. Однак, при цьому, робота конструкції двигуна має ряд обмежень. Так, збільшення амплітуди робочого ходу поршнів призводить до зростання розмірів та маси кривошипів, габаритів двигуна, що обмежує та не дозволяє подовжити циліндр, і, тим самим, поліпшити в ньому газообмін, підвищити ефективність реалізації найбільш перспективного двотактного процесу. В двигуні не передбачено усунення дії знакозмінних сил на кривошипи, раціональне перерозподілення та використання енергії, оперативну зміну степеня стиску вихідного газового середовища в камері згорання. Відома конструкція двигуна з двома поршнями в одному циліндрі, де можлива оперативна зміна об'єму камери згорання та степеня стиску вихідного газового середовища [4]. Спільними суттєвими ознаками відомої та запропонованої конструкції є наявність поршнів, зв'язаних шатунами з важелями коромисел, де кривошипи з'єднані регульованою синхронною передачею з можливістю зміни взаємного положення поршнів в циліндрі та об'єму камери згорання палива. Однак, відома конструкція ускладнена необхідністю зміщення шарнірних опор одного із кривошипів, установленого на рухомій платформі, та системи зубчастих коліс синхронного зв'язку, що зменшує жорсткість та міцність всього механізму. Найбільш близьким відомим технічним рішенням, вибраним як прототип, є поршневий тепловий двигун [5], який включає установлені в корпусі зрівноважені кривошипно-шатунний та клапанно-розподільний механізми, циліндро-поршневу групу, де різнофазні поршні шарнірно 1 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зв'язані шатунами і коромислами з кривошипами так, що кожне основне коромисло рухомо опирається на корпус, а в середній частині оснащене додатковим шарніром з можливістю переміщення його по траєкторії кола та забезпечення взаємно перпендикулярного і прямолінійного переміщення шарнірів на кінцях основного опорного коромисла, а центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить перпендикулярно осі симетрії циліндрів через вісь обертання кривошипів, які зв'язані між собою синхронним зв'язком, при цьому поршні переважно установлені по два в одному циліндрі та з'єднані важелями коромисел із системою контролю та керування. Спільними суттєвими ознаками відомої та запропонованої конструкції є конструкція кривошипно-шатунного механізму, який забезпечує прямолінійну траєкторію поршням для їх центрування в циліндрі з утворенням газового шару, який може виконувати роль ефективного високотемпературного мастила між циліндром та поршнем, для застосування керамічних теплоізоляторів. Аналогічні поршні в двигуні мають збіжні закономірності переміщення в циліндрах, зокрема однакову зміну амплітуди, зсуву фаз, швидкості руху із зміною параметрів КШМ. При цьому в симетричному механізмі можливе вирівнювання дії інерційних сил і тиску газового середовища шляхом створення пари сил опозитним розташуванням співвісних поршнів, застосуванням двотактного режиму, що дозволяє усунути знакозмінні навантаження на кривошипи, поліпшити роботу його шатунних та корінних підшипників, обертання вихідного вала. Однак, в двигуні прототипу, при здійсненні газообміну в циліндрі з використанням клапанів, зменшуються прохідні перерізи в каналах газорозподілу, збільшуються динамічні навантаження, що обмежує газообмін, швидкість роботи та потужність двигуна. В двотактному циклі внутрішнього згорання, що використовується в прототипі, скорочується час для якісного проведення стадій послідовних процесів, таких як: наповнення циліндра повітрям, підготовки палива, підвищення повноти згорання, степеня розширення утворюваних продуктів, малоефективне їх видалення та очищення, яке проводиться продувкою циліндрів стисненим повітрям. Так, застосування, для проведення газообміну, вікон у втулках циліндра зменшує робочий хід поршня, повноту перетворення енергії палива в корисну роботу, збільшує теплові втрати, що знижує к.к.д. двигуна. Крім того, схема прототипу не передбачує оперативного узгодження одержуваної потужності двигуна шляхом введення в робочий процес додаткових вузлів, пристроїв, які забезпечують досягнення швидкісних, експлуатаційних, екологічних характеристик, вимогам споживача при зміні його енергетичного навантаження. При цьому, обмежені можливості поліпшення функціональної якості та, одночасно, досягнення прийнятного проект-дизайна, що підвищує конкурентоздатність двигуна та конструкцій механізмів, де він застосовується. В основу винаходу поставлена задача комплексного удосконалення теплового поршневого двигуна, підвищення к.к.д. його робочих процесів, поліпшення функціональних, екологічних та споживчих властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що поршневий двигун включає розташовані в корпусі зрівноважені кривошипно-шатунний та клапанно-розподільний механізми, циліндро-поршневу групу, системи забезпечення їх функціонування, газорозподілу, контролю та керування, де різнофазні поршні шарнірно зв'язані шатунами і коромислами з кривошипами так, що кожне основне коромисло рухомо опирається на корпус, а в середній частині оснащене додатковим шарніром з можливістю переміщення його по траєкторії кола, при цьому центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить через вісь обертання кривошипів перпендикулярно осі симетрії циліндрів, та забезпечує взаємно перпендикулярне і прямолінійне переміщення шарнірів та зв'язаних з ними поршнів на кінцях основних коромисел, а поршні, період руху яких на одному кінці коромисла дорівнює двом періодам обертання кривошипів, мають різний час руху по траєкторії в одному та зворотному напрямку, та додаткові поршні на іншому кінці коромисла, у яких період руху не перевищує двох періодів обертання кривошипів, установлені в окремих циліндрах, де їх перемикальні золотникові та клапанні пристрої з'єднані з системою газорозподілу та зв'язані важелями коромисел з системою керування. Згідно з винаходом, його перемикальні пристрої каналами з'єднують між собою принаймні два циліндри циліндро-поршневої групи, в яких поршні установлені з різницею фаз початку руху від екстремальних точок їх траєкторій, що відрізняються, переважно кратно 90°, та з періодом руху, який не перевищує двох періодів обертання кривошипів, при цьому, один із циліндрів має менший діаметр та, відповідно, об'єм, приблизно в два рази, відносно іншого циліндра з найбільшим діаметром та об'ємом, де поршні установлені на початку траєкторії збільшення його об'єму, а в циліндрах меншого діаметра та об'єму, з'єднаних з камерами згорання та підведення і відведення теплоти, поршні розташовані в області зміни напрямку їх руху, в інтервалі 2 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 траєкторії, який відповідає часу найбільшого збільшення поршнями об'єму в з'єднаних каналами циліндрах, а циліндри з поршнями, перемикальними пристроями, шарнірними опорами кривошипів, шатунів і коромисел виконані у вигляді блоків, деталі яких кінематично зв'язані між собою, при цьому поршні шарнірно зв'язані штоками з коромислами та шарнірно з'єднані шатунами з кривошипами, які сполучені між собоюсинхронним зв'язком. Двигун містить принаймні один із золотникових та/або клапанних перемикальних пристроїв пуску, роботи, гальмування та рекуперації енергії двигуна, та/або пристрій збільшення в циліндрах швидкості та повноти згорання палива та розширення продуктів, та/або пристрій утворення шару газового мастила між стінками поршня та циліндра, та/або пристрій оперативної зміни ступеня стиску та об'єму робочого середовища в камері згорання, та/або пристрій інтенсивної подачі в циліндри палива, та/або пристрій нейтралізації та видалення утворюваних продуктів горіння палива, та/або пристрій введення в циліндри зовнішнього тепла та перетворення його в роботу обертання кривошипів, та/або пристрій одержання та використання охолодженого робочого середовища. Пристрої пуску, роботи, гальмування та рекуперації енергії двигуна містять поршні, у яких центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить через вісь обертання кривошипів та/або паралельна їй, де поршні мають заданий період, час руху по траєкторії та зсув фаз при русі, і розташовані в циліндрах, які з'єднані каналами перемикальних пристроїв з системою газорозподілу, теплообміну та очищення, яка включає акумулятор стисненого середовища, регулятор, теплообмінник, рекуператор, а перемикальні пристрої зв'язані системою керування з важелями коромисел, які відповідають фазі перемикання. Пристрої збільшення в циліндрах швидкості та повноти згорання палива та розширення продуктів включають поршні, установлені, переважно, з періодом руху 720° та/або 360°, та з різницею фаз початку руху, які дорівнюють 270° та/або 180°, та/або 90°, а камера згорання має клапан введення стисненого повітря та пристрій подачі палива і його запалення, при цьому вхідний канал камери згорання системою керування з'єднаний регулятором, теплообмінником з акумулятором підвищеного тиску повітря, а вихідні канали, в середній частині одного циліндра та/або на його кінцях, з'єднані каналами золотникових та/або клапанних перемикальних пристроїв з циліндром розширення, а вікна на кінцях циліндрів каналами з'єднані з теплообмінником та/або рекуператором теплоти із системою газорозподілу та/або очищення і видалення продуктів горіння. Пристрій утворення шару газового мастила між стінками поршня та циліндра має джерело стисненого газового середовища, канали якого з'єднані з камерами, розташованими симетрично на боковій поверхні поршня, де утворюють систему опорних шарів газового середовища між поршнем та циліндром. Пристрій оперативної зміни ступеня стиску та об'єму робочого середовища в камері згорання палива в циліндрах має послідовно з'єднані компресори, теплообмінники, акумулятори, зв'язані системою контролю та керування з камерами згорання, та/або має вузол оперативної зміни її об'єму рухомою стінкою камери згорання та/або додатковим поршнем. Пристрій інтенсивної подачі в циліндри палива має плунжерні або поршневі насоси, гідроакумулятори, форсунки високого тиску та пристрої їх приводу і введення палива в камери згорання, а їх поршні та клапани кінематично зв'язані системою керування з важелями коромисел в інтервалі часу дозованої подачі палива. Пристрій нейтралізації та видалення утворюваних продуктів горіння палива має другу камеру згорання, розташовану в сполучених циліндрах та/або має додаткову камеру відпалювання, які з'єднані з системою газорозподілу, а каналами теплообмінників з системою охолодження та очищення, та/або з камерами адсорберів токсичних компонентів, які видаляються. Пристрій введення зовнішнього тепла та перетворення його в роботу обертання кривошипів включає золотникові пристрої, де поршні, які відрізняються часом та фазою руху по траєкторіях, установлені щонайменше в двох циліндрах, які з'єднані між собою каналом теплообмінника, який містить насадку рекуператора, з утворенням замкнутого об'єму в циліндрах, установлених в камерах підведення тепла від продуктів горіння палива або нагрітих джерел до циліндра розширення газового середовища та відведення тепла від циліндра його стиску, з утворенням контуру циркуляції в стисненому середовищі повітря або водню, та/або гелію, та/або азоту. Пристрій одержання та використання охолодженого робочого середовища включає золотникові пристрої, де поршні установлені, щонайменше, в двох циліндрах, які з'єднані каналом та теплообмінником, який містить насадку рекуператора з можливістю стиску поршнями робочого середовища, його послідовного охолодження в циліндрі компресора, регенеративного теплообміну в теплообміннику та розширення в циліндрі детандера, а поршні установлені в середовищі повітря або водню, та/або гелію, та/або азоту, або циліндри компресора, детандера пристрою охолодження та циліндри додаткового двигуна, переважно із зовнішнім підведенням тепла, у яких вихідні вали з'єднані між собою, розташовані в одному газовому середовищі герметичної камери, яка має поверхні теплообміну відповідно з'єднаними із джерелами 3 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підведення та відведення теплоти. Пристрої виконані та розташовані відповідно функціональних вимог та умов дизайн-проекта компактно або у вигляді роздільних блоків, які зв'язані між собою синхронним зв'язком, що складаються із з'єднувальних муфт та/або зубчастих коліс, з'єднаних з кривошипами, та/або шарнірно зв'язаних шатунів і коромисел, та/або пристроїв гідравлічного приводу механізмів та з'єднані з системою керування з можливістю оперативного відключення, включення окремих блоків, регулювання режимів роботи. Деталі двигуна можуть бути виготовлені із металу та/або термостійких керамічних матеріалів. В періодичному процесі внутрішнього горіння палива в циліндрі двигуна можна виділити основні етапи: підготовка вихідних компонентів (повітря, палива), взаємодію їх в полум'ї, розширення продуктів горіння та їх видалення після здійснення роботи. Процеси на етапах відрізняються між собою параметрами, тому кожному із етапів потрібне забезпечення оптимальних умов їх проведення. Суть запропонованого винаходу, нової конструкції двигуна, міститься в послідовному виділенні в окремих етапах стадій, які лімітують процес, та створенні необхідних умов прискорення їх проведення шляхом формування нової закономірності зміни реакційного об'єму. Оптимальний об'єм, у відповідних процесу робочих зонах циліндра, є ключовим фактором, так як визначає концентрацію взаємодіючих компонентів, що, в свою чергу, змінює їх параметри, температуру, час, степінь перетворення в продукти горіння та величину роботи розширення нагрітого, стисненого газового середовища. Створення необхідної зміни об'єму пропонується провести шляхом об'єднання декількох циліндрів, де забезпечується сумісний рух поршнів, характеристики яких аналогічні поршням, які використовуються в двигунах аналогів [3, 4] та прототипу [5]. Запропонована конструкція, насамперед, направлена на зменшення теплових та механічних втрат, підвищення степеня очищення та наповнення камери згорання повітрям, на оптимізацію подачі палива, збільшення часу до необхідного для досягнення повноти його горіння, підвищення степеня розширення, видалення отриманих продуктів. Технічним результатом, у порівнянні з прототипом, є збільшення момента та рівномірності обертання кривошипів, скорочення витрат палива. В новій конструкції двигуна формування необхідної закономірності зміни об'єму в тепловому циклі здійснюють з використанням, щонайменше, двох циліндрів, розташованих з можливістю їх з'єднання між собою каналами перемикальних пристроїв із застосуванням поршнів, золотників, клапанів. Циліндри можуть відрізнятися геометричними параметрами, часом роздільної та сумісної роботи. Момент об'єднання циліндрів визначається відкриттям загального каналу поршнями, клапанами або прискореним рухом одного поршня, коли інший уповільнює свій хід, зупиняється та починає новий рух. Рух поршнів в циліндрах відрізняється періодом, часом, фазою та формою траєкторії руху. Поршні встановлені з можливістю утворення неперервного моменту обертання кривошипів. Час руху поршня по його траєкторії в циклі вимірюється відповідним значенням кута повороту кривошипа. Аналіз руху поршнів в запропонованих циліндрах, в залежності від кута повороту кривошипів та відповідної зміни об'єму, як в окремих, так і зв'язаних каналами циліндрах, в порівнянні з поршнями прототипу, дозволяє виявити ряд нових несподіваних закономірностей, які можуть бути використані для поліпшення сумісної роботи в циліндрах двигуна. Так в запропонованому кривошипно-шатунному механізмі поршні, шарнірно зв'язані шатунами з одним кривошипом, переміщуючись по прямолінійних траєкторіях з однаковими амплітудами, набувають різну швидкість руху та в один час мають на одному плечі опорного коромисла поршні, період зміщення яких в два рази менший, ніж у поршнів, установлених на іншому плечі цього коромисла. При цьому кожний поршень, рухаючись з одним періодом по прямолінійній траєкторії, здійснить від її екстремальних точок послідовно один прискорений та наступний (зворотний) уповільнений хід. Так, поршні, у яких опори коромисел установлені в одній площині з віссю кривошипів, перпендикулярній осі циліндрів, обертають кривошипи в одному напрямку на 270°, а при зворотному русі на 450°. В цьому випадку сумарна тривалість циклу руху кожного поршня дорівнює двом обертам кривошипа - 720°. В обох випадках, амплітуда максимального відхилення поршнів, як і в поршнів прототипу, дорівнює почетвереному значенню квадратного кореня із добутку довжини зв'язаного з ним шатуна на радіус кривошипа. Кожний із поршнів спирається на кривошипи одночасно штоком, шатунами та коромислами, які як котки підшипників кочення збільшеного радіуса, виконують роль важелів опорних коромисел та забезпечують опору на корпус і прямолінійний рух поршнів [5]. Відхилення кожного поршня від середньої точки траєкторії до максимального значення амплітуди і повернення в середню точку викликає один оберт кривошипа. Одночасно додаткові поршні на іншому кінці коромисла, які установлені в опорному циліндрі та шарнірно зв'язані з 4 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 корпусом, здійснюють коливання з меншим в два рази періодом та мають меншу прямолінійну амплітуду, яка визначається розмірами застосовуваних опорних коромисел. Зменшення періоду руху додаткового поршня, відносно періоду руху основного поршня на іншому кінці того ж коромисла, обумовлене двократною зміною напрямку руху одного кінця коромисла, коли його інший кінець, зв'язаний з основним поршнем, один раз перетинає площину, яка проходить через центри шарнірів опорних коромисел і кривошипа. При цьому в новому двигуні, використовуючи однакові кривошипи, можливо надати поршням, при їх установленні, менші або більші періоди і час прямолінійного руху по траєкторіях, шляхом зміни положення центрів шарнірів опорних коромисел відносно центра та осі обертання кривошипів. У випадку установки центрів шарнірних опор коромисел в площині, яка проходить через вісь обертання кривошипів, поршні, які шарнірно зв'язані з кривошипом, мають період руху, що дорівнює 720°, а час руху в одному напрямку 450°, у іншому - 270°. На іншому кінці коромисла кожний додатковий поршень має послідовно змінні періоди руху: 450° та 270°, а час руху, відповідно, зменшується та дорівнює 225° в одному напрямку та 135° в іншому. Установлення центрів шарнірних опор коромисел в площині паралельній осі обертання кривошипа, перпендикулярній осі циліндрів, приводить до зменшення в два рази (до 360°) періоду руху додаткових поршнів та часу їх руху в одному та зворотному напрямку. У цьому випадку, в одному напрямку час руху поршня, який штоком шарнірно зв'язаний з кривошипом, дорівнює приблизно 130°, в іншому - 230°. При цьому, амплітуда додаткових поршнів (з періодом 360°) приблизно в півтора рази перевищує два радіуси кривошипа. Період руху додаткових поршнів на іншому кінці цього коромисла дорівнює 180°. Зменшення амплітуди та часу руху поршнів залежить від розмірів та розташування опорних коромисел. Відомо, що подібний рух поршнів, але в окремо установлених циліндрах, запропоновано використати в двигуні прототипу для рекуперації енергії із застосуванням гідроакумулятора [5]. Таким чином, застосування в новому двигуні поршнів з наведеними параметрами дозволяє одержати нові відношення періодів та/або часу руху поршнів по траєкторіях, які знаходяться в діапазоні (720°-180°) та лежать в інтервалі від 1 до 4, мають як ціле, так і дробове значення. Так, основні поршні з періодом руху 720°, у яких час руху дорівнює 450° та 270°, знаходяться між собою у співвідношенні 1,6, що близько до гармонічного відношення "золотого перерізу". Можна вважати, що, в цьому випадку, гармонічний рух поршнів, які обидва установлені шарнірно на одному коліні кривошипа з обох сторін від його центра обертання та шарнірно зв'язані з опорними коромислами, відрізняються фазою, часом руху, що дозволяє покращити передачу кінетичної енергії між ними та узгодження руху окремих частин кривошипно-шатунного механізму (КШМ) в одне ціле та наблизити його роботу до більш плавного руху роторних конструкцій. Дійсно, коли один із шарнірно зв'язаних поршнів уповільнює свій рух, наближуючись до своєї точки екстремуму, інший поршень, який знаходиться на цьому ж кривошипі з іншою фазою руху, прискорюючи свій рух, змінює напрямок та швидкість в системі інерційних мас за рахунок взаємного обміну енергією. Перерозподіл енергії в КШМ двигуна, зокрема, в момент ударної дії інерційних сил на кривошипи, проходить в результаті збереження імпульсу взаємодіючих тіл, аналогічно руху балансира. Установлена закономірність дозволить в КШМ розвантажити шарніри поршнів, колін кривошипів в екстремальних точках їх траєкторій. При цьому, так як в запропонованій схемі двигуна можливе опозитне розташування вказаних поршнів на валу двох (чотирьох) зрівноважених кривошипів, то це одночасно приводить до утворення пари сил, збільшення момента обертання (в два рази) та одночасно розвантажує корінні шарніри кривошипів. Прямолінійна форма траєкторії руху кожного поршня з періодом 720° має центр симетрії точок, які відповідають точкам рівномірно розташованим по окружності траєкторії обертання кривошипа. Центр симетрії розташований посередині прямолінійної траєкторії поршня з часом руху по ній, що дорівнює як 450°, так і 270°. Поршні інших періодів та часом руху в КШМ двигуна не мають центра симетрії аналогічно розташованих точок траєкторії. Симетрична форма траєкторії руху поршнів обумовлює збільшення (в два рази) частоти виникнення положення перпендикулярного розміщення його шатуна до радіуса кривошипа, що відбувається, в цьому випадку, на початку та на кінцевій області траєкторії. Перпендикулярне положення шатуна та кривошипа збільшує тангенціальну складову дії сил, що підвищує величину та рівномірність обертання кривошипа. Крім того, симетрична форма подовженої прямолінійної форми траєкторії сприяє зменшенню знакозмінних зусиль на кривошипи та його шарнірні опори із боку поршня, коромисла, шатуна, в результаті збільшення тривалості їх сумісного руху та дії в напрямку обертання кривошипа, при його повороті на більший (450°, 270°) кут. Зниження дії знакозмінних сил збільшує плавність, міцність, ресурс роботи колінчатого вала, найбільш навантаженого вузла двигуна. Одночасно, симетрична форма 5 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прямолінійної траєкторії дозволяє отримати однакову, по напрямку, дію сил на поршень, шток, шатун, кривошип та їх шарніри в екстремальних точках траєкторій, при зміні напрямку руху поршня. Це, зокрема, дозволить забезпечити в ЦПГ стиск деталей, наприклад, із керамічних матеріалів, при горінні палива, де вони, працюючи на стиск, мають найбільшу міцність. Прямолінійна траєкторія поршня, яка забезпечується важелями опорних коромисел, визначається граничними межами зазору між поршнем та циліндром. В зазорі, в результаті зміни дії теплових (випадкових) силових факторів, відбувається зміна розмірів навантажених деталей та їх розташування, що викликає відхилення траєкторії поршня від прямолінійної лінії. Тому в зазорі, при його допустимому збільшенні, необхідне застосування ущільнень. Зменшенню відхилень поршня від прямолінійної траєкторії сприяє створення умов зберігання симетричної форми циліндра, наприклад, шляхом звільнення його від осьових навантажень, зусиль стягувальних кріплень, кришок. У "вільному" стані в циліндрі, при його нагріванні, рівномірно змінюються розміри в радіальному напрямку, що дозволяє підтримувати симетричне розташування поршня, при його русі уздовж осі циліндра, відносно його стінок, шляхом створення опорного стисненого шару газу між поршнем та циліндром. Використання, в цьому випадку, для їх виготовлення керамічних матеріалів, які мають незначні зміни розмірів із зміною температури, дозволяє зменшити зазор, відмовитися від ущільнювальних кілець. Одночасно опорний газовий шар виконує роль високотемпературного мастила, а керамічні деталі теплоізоляторів. При цьому стійке розміщення поршнів в зазорі забезпечує їх шарнірне кріплення в двох площинах з використанням кульового шарніра, подовженого штока, застосуванням в зоні високих тисків, температур поршнів в циліндрі меншого діаметра. Установлення двох поршнів в одному "вільному" циліндрі звільняє його від осьового навантаження та дозволяє, при необхідності, ввести в радіальному напрямку демпфірування елементами, розташованими зовні циліндра перпендикулярно його осі симетрії [3, 5]. В новому двигуні поршні встановлені так, що в одному циліндрі забезпечується найбільше збільшення об'єму в інтервалі зміни напрямку руху поршня, в іншому циліндрі, в цьому випадку, два поршні, наприклад, з періодом руху 720°, шарнірно зв'язані з одним коліном кривошипа, розташовують з обох сторін від осі його обертання. При об'єднанні циліндрів між поршнями в циклі, на відміну від прототипу, утворюється ряд екстремальних точок, коли між ними зсув фаз дорівнює послідовно: 270°, 180°, 90°, 180°. Періодична зміна величини зсуву фаз між поршнями в циклі утворюється в результаті їх сумісного руху з різним часом по траєкторіях. Використання нової закономірності періодичної зміни фази руху поршнів відкриває можливість створення декількох варіантів запропонованого двигуна, де застосовують одержувану зміну об'єму в об'єднаних циліндрах. Аналогічно установлені поршні з меншим періодом руху, наприклад, з періодом, що дорівнює 360°, також в циклі утворюють ряд екстремальних точок, використання яких дозволяє здійснити неперервне обертання вала кривошипів двома поршнями, але з меншою в два рази частотою. Нова закономірність сумісної зміни поршнями об'єму в об'єднаних циліндрах дозволяє скоротити число кривошипів, використовуючи для установки на кожному із них двох (або співвісно, чотирьох) поршнів, які відрізняються характеристиками руху. Це спрощує двигун, зменшує його масу. Так, об'єднання двох циліндрів, де зсув фази поршнів, наприклад, з періодом руху 720°, в момент об'єднання дорівнює 90°, дозволяє отримати в області їх траєкторій незначну зміну об'єму, коли один поршень збільшує об'єм циліндра, інший поршень одночасно його зменшує, що створює умови подовженого часу "постійного" значення об'єму. Горіння палива, в цих умовах, що відповідає ізохорному процесу, як відомо, збільшує к.к.д. наступного перетворення підведеного тепла в роботу. При цьому, розширення продуктів горіння здійснюється у збільшеному об'ємі двох циліндрів двома поршнями, що також збільшує ефективність загального процесу. В новому двигуні можливі також варіанти послідовного об'єднання циліндрів для проведення циклічних процесів внутрішнього горіння палива. Так, пропонується збільшити повноту взаємодії компонентів в полум'ї шляхом збільшення часу горіння, при відносно повільній зміні об'єму в першому циліндрі меншого діаметра та продовжити розширення продуктів горіння в циліндрі більшого діаметра, де збільшується швидкість руху поршня. Для цього застосовують, насамперед, поршні з періодом руху 720°, при попередньо установлених значеннях зсуву їх фази руху, наприклад, 270° або 180°, або 90°, із наведеного вище ряду зсуву фаз, при циклічному русі поршнів з різною швидкістю. На відміну від прототипу, де відомі дво-, чотиритактні процеси, запропоновані варіанти дозволяють провести нові процеси внутрішнього горіння палива, наприклад, в двох циліндрах, виділивши три етапи: 1) до об'єднання; 2) під час об'єднання; 3) після роз'єднання циліндрів. 6 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1 етап. Горіння палива здійснюють в камері згорання циліндра, де його діаметр, наприклад, в 2-4 рази менший діаметра іншого циліндра. Канал, який з'єднує циліндри, закритий перемикальним пристроєм. Менша поверхня в циліндрі, із зменшенням його діаметра, знижує тепловідведення (втрати тепла) із зони горіння, що приводить до збільшення температури, тиску газового середовища. Втрати тепла зменшуються із застосуванням: сферичної форми камери згорання, деталей із керамічних матеріалів (циліндра, поршня, камери згорання, клапанів), усуненням кришок в циліндрі з двома поршнями, підвищенням степеня стиску, швидкості горіння палива, наприклад, шляхом зміни (до стехіометричного) співвідношення складу паливної суміші. Застосування поршнів із збільшеним періодом 720° та часом руху поршнів, що дорівнює, наприклад, 450°, сприяє, в умовах допустимого наростання температури та тиску, наближенню робочих параметрів горіння палива до ізотермічного підведення теплоти цикла Карно, що підвищує термічний к.к.д. теплового двигуна. Горіння палива в циліндрі меншого діаметра дозволяє покращити умови прискорення лімітуючої стадії процесу взаємодії компонентів в полум'ї, так як поршні, в цих умовах, мають подовжений робочий хід, що дозволяє отримати відносно повільну зміну (збільшення) об'єму в об'єднаних циліндрах. Можливість збільшення часу горіння до оптимального забезпечує збільшення повноти горіння палива. При цьому, в циліндрі меншого діаметра поліпшуються умови узгодження навантаження на кривошипи, так як наростання тиску діє на меншу площу поршня та більший кут повороту кривошипа. Менший периметр ущільнень скорочує втрати газового середовища підвищеного тиску, який збільшується в результаті збільшення швидкості підведення теплоти при високій температурі горіння палива. В цих умовах стає можливим використати нові характеристики руху поршнів, підвищити термічний та індикаторний к.к.д. процесу, скоротити витрати палива, збільшити отримувану корисну роботу. Зменшення витрат палива приводить до зниження кількості токсичних продуктів неповного горіння. Значні підвищення температури і, як наслідок, тиску газового середовища сприймаються поршнем і циліндром меншого діаметра, що дозволяє не тільки установити допустиму дію сил на деталі, вузли механізму передачі зусиль кривошипу, але і одночасно, на відміну від прототипу, вирівняти в циклі момент його обертання. Цьому сприяє розподілення сил тиску на більшу площину кривошипа, яка відповідає збільшеному куту його обертання, та збільшена амплітуда прямолінійного руху поршня, а також зменшення знакозмінних сил та підвищення тангенціальної складової дії шатуна на кривошип. При цьому, одночасне застосування пари сил підвищує момент обертання, розвантажує опорні шарніри кривошипів. Перерозподіл дії інерційних сил при зміні напрямку їх руху, застосування важелів опорних коромисел збільшеного радіуса та газового мастила поршнів підвищує механічний к.к.д. теплового двигуна. Зменшення діаметра циліндра сприяє збільшенню його міцності, одночасно дозволяє спростити технологію його виготовлення, в тому числі із керамічних матеріалів. Керамічні елементи в ньому спираються на несучі металічні деталі. Так, керамічний поршень, циліндр і теплова ізоляція камери згорання розміщені в охолоджувальній концентричній оболонці із металу, яка сприймає тиск газового середовища. Узгодження процесів роботи двигуна до допустимих значень параметрів проводять відомими способами, наприклад, шляхом обмеження граничних значень температури, тиску в камерах згорання, циліндрах, підвищенням інтенсивності охолодження, зміною концентрації і співвідношення вихідних компонентів, тим самим забезпечуючи прийнятні умови для зміни співвідношення між ізотермічним, ізохорним або ізобарним горінням палива. 2-ий етап починається, коли в об'єднаних циліндрах проводять сумісне збільшення їх загального об'єму. Процес об'єднання циліндрів здійснюють системою керування, поршнями перемикальних пристроїв, клапанами, забезпечуючи розширення продуктів горіння в об'єднаних циліндрах. Нова закономірність зміни об'єму залежить від кількості циліндрів, часу початку їх об'єднання, характеристики руху поршнів. Із збільшенням кількості циліндрів збільшується можливість детального формування потрібної зміни об'єму. Однак, збільшення кількості циліндрів, перемикальних пристроїв, ускладнює конструкцію двигуна. Застосування поршнів з меншим періодом, часом руху скорочує час процесу розширення, знижує теплові втрати, наближує процес до адіабатних умов, підвищує к.к.д. теплового двигуна. Тому на етапі розширення доцільно застосування циліндрів більшого діаметра, а поршнів з підвищеною швидкістю руху, наприклад, час руху у яких дорівнює 270°, 180° повороту кривошипа. Застосування поршнів більшого діаметра одночасно збільшує ступінь розширення продуктів горіння та вирівнює момент обертання кривошипів в кінці процесу, де відбувається зниження тиску газового середовища в циліндрі. При цьому, на відміну від прототипу, відкривається можливість відносного підвищення інтенсивності очищення циліндрів та камери згорання від продуктів горіння палива. Для цього суміщують процеси розширення в циліндрі з продувкою камери згорання іншого циліндра стисненим повітрям підвищеного тиску. Виникнення такої 7 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 можливості обумовлене тим, що: 1) енергія стисненого повітря після продувки не втрачається, а перетворюється поршнем більшого діаметра в корисну роботу; 2) очищуваний продувкою циліндр з камерою згорання має відносно менший діаметр та об'єм, що скорочує витрати повітря; 3) сумісне проведення процесів очищення та розширення в циліндрах збільшує час очищення, сприяє внутрішньому охолодженню камери згорання, нагрітих поверхнів циліндрів. Стиснене повітря в камеру згорання, циліндр подається через клапани та/або вікна на кінці циліндрів. 3-ій етап. Проводять після роз'єднання перемикальними пристроями циліндрів, коли поршень більшого діаметра продовжує розширення, інший поршень скорочує об'єм циліндра. На відміну від прототипу, продукти розширення із циліндра збільшеного об'єму видаляються в систему очищення поршнем більшого діаметра, що значно збільшує швидкість та покращує якість очищення циліндра. При цьому можливе збільшення прохідного перерізу вихідних каналів в циліндрі шляхом використання як вікон циліндрів, так і каналів перемикальних пристроїв, де установлені клапани, поршні золотників, в тому числі у вигляді силового поршня циліндра, де розташована камера згорання. При цьому, коли в розширювальному циліндрі не проводиться горіння палива, то в ньому знижуються вимоги до складу залишкових продуктів горіння. Одночасно в камері згорання і в циліндрі меншого діаметра його поршнем здійснюється стиснення повітря, яке поступило раніше, і стисненого повітря підвищеного тиску додаткового наддування, що подається через автоматичний або керований клапан в камеру згорання, який регулюється системою керування. Суміщення в часі очищення циліндра поршнями більшого діаметра з процесом додаткового наддування камери згорання дозволяє збільшити його інтенсивність в збільшеному інтервалу часу, що покращує якість газообміну, особливо на високих швидкостях та змінних режимах роботи двигуна. Стиснене повітря наддування камери згорання циліндра готується попередньо в окремому компресорі. Можливе застосування декількох послідовно з'єднаних компресорів з проміжним охолодженням повітря, а, при необхідності, його нагріванням в теплообміннику, рекуператорі. Поетапне стиснення охолодженого повітря також дозволяє підвищити ефективний к.к.д. компресора, двигуна. Застосування попередньо стисненого повітря для наддування камери згорання та циліндра меншого діаметра дозволяє регулювати ступінь стиску повітря, наприклад, оперативно змінюючи його кількість, що зменшує можливість детонації при зміні палива, або, збільшуючи стиск, збільшити ступінь стиску, що підвищує, в допустимих межах, термічний к.к.д. двигуна та його потужність. При цьому можливо в циліндрах стиснення повітря провести за рахунок енергії гальмування двигуна і, після акумулювання, використати його для отримання корисної роботи. Для цього, із застосуванням системи керування, реверсором змінюють, відповідно, напрямок руху потоків стисненого повітря. Рекуперація енергії гальмування знижує витрати палива. Одночасно, в новому двигуні, на відміну від прототипу, можлива рекуперація теплової енергії відпрацьованих продуктів горіння та додаткове введення зовнішнього тепла, нагріваючи акумульований спрямований в циліндри стиснений газ в теплообмінниках, додаткових камерах згорання палива, або застосуванням теплового циклу Стірлінга. При цьому можливе використання зворотного циклу для отримання охолодженого повітря, його акумулювання і застосування для покращення роботи двигуна, наприклад, підтримуючи в ньому необхідний тепловий режим та використовуючи охолодження для очищення продуктів горіння. Застосування процесів рекуперації механічної, теплової енергії дозволяє підвищити як економічні, так і екологічні характеристики двигуна. Періодичне об'єднання декількох, наприклад, двох ізольованих циліндрів, де поршні в циклічних процесах відрізняються характеристиками руху, дозволяє створити нову закономірність зміни об'єму. В цьому випадку, відлік початку закінчених процесів еквівалентно проводять як від екстремальних точок траєкторії поршнів, так і від моменту об'єднання циліндрів, зокрема від відкриття вікна або від початку збільшення в об'єднаних циліндрах об'єму двома поршнями. Таким чином, запропонований комплекс рішень, в порівнянні з прототипом, покращує показники двигуна, відповідно до поставленого завдання. Разом з тим, запропонована конструкція дозволяє забезпечити досягнення низки нових технічних можливостей для покращення роботи двигуна. Наприклад, використати великі зусилля та амплітуду важелів коромисел для роботи приводів пристроїв, системи керування при подачі в циліндри стисненого повітря, палива, для переключення потоків, виведення відпрацьованого газового середовища, виділення та нейтралізації токсичних сполук. Так, стає можливим підвищити якість підготовки та вводу палива в циліндри, незалежно від швидкісного режиму двигуна. Робота пристрою подачі палива в циліндр ґрунтується на використанні важелів коромисел, які в одному інтервалі часу мають менший період зміщення і 8 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відносно більшу швидкість та збільшений діапазон руху, ніж поршні в циліндрі, куди подається паливо. В пристрої попередньо дозований об'єм палива, поданий в кількості не менше циклової подачі, в заданий момент стискується до установленого рівня в мікрогідроакумуляторі насоса високого тиску плунжером або поршнем. В результаті приводиться в дію клапан форсунки, яка подає стиснене паливо в циліндр. Далі, за допомогою системи керування, спускового вузла пристрою, який приводиться також важелями цього коромисла, відкриває клапан скидання тиску стисненого в гідроакумуляторі, насосі палива, що припиняє його подачу форсункоюв циліндр, тим самим забезпечуючи необхідне дозування палива. Більш висока швидкість дії важелів коромисел, безпосередньо зв'язаних з поршнями, значні зусилля та збільшена амплітуда в необхідному інтервалі в пристрої подачі палива сприяють введенню, дозуванню, розпиленню та горінню палива, а попередній стиск палива в гідроакумуляторі стабілізує подачу палива в камеру згорання, що знижує залежність його введення від зміни швидкісного режиму роботи двигуна. На відміну від прототипу, в новій конструкції бокові поверхні поршнів в циліндрах, для більшої стійкості руху по траєкторії, додатково забезпечені підсиленою опорою на шар газового мастила. Для цього попередньо стиснене та охолоджене повітря направляють, із застосуванням каналів, клапанів, вузлів ущільнення штока в бокові камери поршня. Стиснений шар газового мастила поршня дозволяє центрувати поршень, підтримуючи симетрично його положення відносно стінок циліндра, компенсуючи можливі відхилення від прямолінійного напрямку руху, при зміні розмірів деталей в результаті теплових, силових навантажень, напруг в елементах опор, КШМ, ЦПГ двигуна. Одночасно шар газового мастила очищує циліндричні поверхні від можливого утворення твердих відкладень. Зменшення зазору між поршнем та циліндром дозволяє відмовитися від ущільнювальних кілець поршнів, знизити тертя, втрати нагрітого газового середовища. Пристрій оперативної зміни об'єму стисненого повітря в камері згорання включає дозувальні вузли, де золотникові поршні та/або редукційні клапани зв'язані з системою контролю і керування з можливістю зміни часу та/або кількості та ступеня стиску повітря, яке поступає в циліндр на стадії його продування та наддування. Ступінь стиску повітря в камері згорання також забезпечується зміною її об'єму, наприклад, додатковим поршнем або зміною положення стінок циліндра, які обмежують об'єм камери згорання. Використання об'єднаних циліндрів дозволяє збільшити швидкість та повноту горіння палива, наприклад, із застосуванням послідовних двох етапів його горіння. Так, в першому циліндрі меншого діаметра, де поршні мають період 720°, проводять горіння збагаченої суміші палива з повітрям, а в другому циліндрі - більш повне доспалювання отриманих продуктів, яке здійснюють в надлишку повітря в камері згорання розширювального циліндра більшого діаметра з періодом руху поршнів 360°. Двостадійне горіння палива дозволяє підвищити швидкохідність, продуктивність, економічні та екологічні показники двигуна. Застосування в об'єднаних циліндрах поршнів, які відрізняються часом руху по траєкторіях та мають різні напрямок та фази руху, дозволяють забезпечити перерозподіл в циклі часу, необхідного для підвищення повноти перебігу потрібної стадії процесу. При цьому, аналогічна зміна об'ємів в циліндрах, відкриваючи канали, які з'єднують циліндри між собою, а також при постійно відкритому каналі, дозволяє здійснювати зміну загального об'єму, наприклад в двох циліндрах, їх силовими різнофазними поршнями. Запропоноване установлення поршнів дозволяє в циклі установити стан, коли послідовне збільшення, а потім зменшення об'єму розділяється межею траєкторії, де об'єм залишається постійним. В цій області руху поршні взаємно компенсують зміну об'єму. Така закономірність руху поршнів та зміни об'єму циліндрів дозволяє в новому двигуні поліпшити характеристики його роботи не тільки в процесі внутрішнього горіння палива з видаленням продуктів горіння, але і проведення циклічного процесу із зовнішнім підведенням теплоти, де поршні в циліндрах здійснюють направлену циркуляцію потоків робочого середовища в замкнутих об'ємах, контурах. В цьому випадку, циліндри безпосередньо з'єднані каналами між собою, з теплообмінниками та/або рекуператорами з можливістю утворення потоків газового середовища, в умовах відповідного підведення (і відведення) до них теплової енергії, із застосуванням теплоакумулюючих насадок, або через стінки теплообмінників та циліндрів, здійснюючи відомий процес Стірлінга. Поршні, які відрізняються початком та часом руху в циліндрах в одному та зворотньому напрямку, дозволяє краще узгодити умови проведення, в цьому випадку, несиметричних теплових процесів, що перебігають. Підведення та відведення потоків теплоти в циклі проходять при різному рівні температур, тому для цього необхідно створення відповідних різних умов, наприклад, збільшення часових інтервалів, які, насамперед, більш благоприйнятні для 9 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 здійснення повільної стадії, яка лімітує тепловий процес. Так, при використанні циліндрів, де період циклу руху кожного із двох поршнів (при зрушенні фаз на 90°) дорівнює 720°, можливе використання в першому циліндрі, який нагрівається, для проведення високотемпературної стадії здійснення роботи, інтервалу найбільшої зміни об'єму при русі поршня в одному напрямку з періодом 270°, а в іншому циліндрі, який охолоджується при меншому рівні та різниці температури, використати поршень, який в цей час змінює напрямок та час руху з 270° до 450°, в інтервалі, де він здійснить уповільнений рух, зупинку та зворотній хід. Це дозволяє забезпечити утворення обертального момента, переважно поршнями циліндра, який нагрівається, де вони здійснюють більшу зміну об'єму. Аналогічно при об'єднанні циліндрів, де обидва поршні з періодом 360° мають, в момент об'єднання, менший час руху, який дорівнює приблизно 130° при зсуві по фазі 90°, що дозволяє прискорити та збільшити ступінь розширення нагрітого газового середовища в цьому циліндрі та збільшити к.к.д. перетворення енергії в механічну роботу. Поршні в об'єднаних циліндрах в замкнених процесах, здійснюючи рух, в тому числі при незмінному об'ємі, здійснюють переміщення газового середовища із одного циліндра в інший через насадку рекуператора. В циклічних процесах теплообміну в циліндрах, які нагріваються або охолоджуються, відбувається циклічне нагрівання, охолодження та рекуперація теплової енергії в регенераторі, повернення невикористаного тепла знову в цикл, що підвищує к.к.д. перетворення теплової енергії в механічну роботу. Як відомо, тепловий двигун із застосуванням зовнішнього джерела тепла дозволяє відмовитися від складної клапанної системи, провести теплові процеси у відсутності вибухового горіння палива, при неперервному його горінні, що розширює можливість більш повного використання різних його видів. Так, можливо використати горіння не тільки вуглецьвмісного палива в присутності кисню, але і провести теплові процеси в анаеробних умовах із застосуванням відомих екзотермічних реакцій, наприклад, взаємодії металів, алюмінію, магнію з окислами, кремнію з азотом, киснем (повітрям) та іншими елементами, які виключають утворення та викид газоподібних парникових продуктів горіння, забезпечуючи екологічно чистий процес отримання та перетворення теплової енергії в новому двигуні в механічний рух. При цьому, стає можливим, із застосуванням відомих методів (електрохімії, термохімії), наступне відновлення отриманих продуктів, наприклад, металів, кремнію для їх багаторазового використання як поновлюваного екологічно чистого палива в процесах одержання енергії, альтернативної вуглеводневим видам палива, в тому числі, наприклад, для оперативного отримання водню із води. Водень, отриманий в умовах транспорту, наприклад, взаємодією металів та/або кремнію з водою у відомому каталітичному процесі у лужному середовищі, дозволяє знизити небезпеку його застосування як чистого палива. Запропонований двигун із зовнішнім підведенням теплової енергії також може бути застосований, зокрема, для перетворення сонячної енергії в електричну. В цьому випадку, для створення та підтримання різниці температур в його робочих циліндрах, охолоджують циліндр компресора та дзеркальними (тонкоплівковими) відбивачами концентрують світловий потік на поверхні теплообміну циліндра, який нагрівається. Теплова енергія передається робочому середовищу, яке, розширюючись, здійснює роботу в циліндрах двигуна, вихідний вал якого обертає електрогенератор. При необхідності, у відсутності сонячного випромінювання, двигун продовжує роботу, використовуючи різні відомі та прийнятні види палива, джерела теплоти. Запропонований двигун підвищить к.к.д. збору сонячної енергії та дозволяє збільшити одиничну потужність установки, знизити собівартість отримуваної електроенергії, спростити процеси узгодження спільної роботи з іншими перетворювачами. На відміну від прототипу, в новій конструкції двигуна стає можливим провести зворотні процеси, в яких механічна енергія обертання кривошипів перетворюється і використовується для одержання двох потоків робочого середовища, охолодженого і нагрітого, в тому числі, повітря, які можуть бути застосовані в двигуні, наприклад, при внутрішньому горінні палива, для поліпшення його робочих характеристик. В цьому випадку, в одному циліндрі пристрою, працюючому як охолоджуваний компресор, проводять стиск робочого середовища та, після додаткового рекуперативного охолодження, здійснюють розширення отриманого стисненого газу в процесі виконання ним роботи. Цей процес проводять в іншому циліндрі, який виконує роль детандера. Процеси розширення проводять поршнями, наприклад, з часом руху 270°. Їх відносно висока швидкість забезпечує більшу величину та степінь розширення, коли в іншому циліндрі компресора, в цей час, проходить менша зміна об'єму. Прискорений рух одного поршня, відносно уповільненого зміщення іншого, дозволяє збалансувати основні стадії процесу: стиску, розширення, охолодження та переміщення робочого середовища в теплообмінниках, рекуператорах, циліндрах, забезпечити необхідну інтенсивність теплообміну. 10 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В процесі отримання охолодженого газового середовища також можуть бути використані поршні, період руху яких дорівнює 360°, час руху поршня в циліндрі детандера дорівнює приблизно 130°, в інтервалі зміни напрямку руху поршня в циліндрі компресора в інтервалі його зміни із 130° до 230°. В запропонованій конструкції можлива повна герметизація газового середовища шляхом об'єднання в одному агрегаті для сумісної роботи, в його загальній герметичній камері, двох пристроїв: теплового двигуна із зовнішнім підведенням та відведенням тепла і холодильної установки. В цьому випадку, стає можливим в замкнутому циклі провести послідовне перетворення теплової енергії в механічну і безпосередньо в загальній камері, в одному газовому середовищі, використати її для одержання охолодженого середовища та передати його потенціал, в процесі теплообміну через стінку, споживачу, що виключає застосування складних механічних передавальних пристроїв, приводів та їх ущільнень. Це дозволяє застосувати в циліндрах, як робочого середовища, не лише повітря, але і водень та/або гелій, які збільшують швидкість теплообміну в циліндрах двигуна, к.к.д. процесів. В новій схемі конструкції можливо одержати з високою продуктивністю підвищені параметри охолодження в широкому діапазоні температур, переважно (70200 K) та використати їх, насамперед, для інтенсифікації роботи двигуна. Так, низькі температури призначені для проведення ефективних процесів очистки відпрацьованих газів від токсичних компонентів, зокрема для їх виділення методами адсорбції, з наступною нейтралізацією одержаних концентратів, наприклад, повним спалюванням. Збільшення витрат енергії на охолодження, в цьому випадку, може бути виправлене необхідністю досягнення, відповідно, підвищених екологічних показників в роботі двигуна. Крім того, низькі температури, безпосередньо одержані на мобільному апараті, можуть бути застосовані при використанні перспективних видів газоподібного палива, наприклад, метану, водню, коли кріогенне охолодження може підвищити рівень їх безпечного, економного зберігання, використання. Таким чином, нова конструкція опозитного двигуна відрізняється можливістю поліпшення найбільш перспективного двотактного процесу та/або запропонованого нового його різновиду із застосуванням пристроїв, де сумісно використовуються металічні та керамічні матеріали, які розширюють можливості скорочення теплових втрат, що приводить до економії палива. Одночасно нова схема двигуна дозволить забезпечити більш високі споживчі якості конструкцій механізмів, де він може бути застосований. Так, підвищення конкурентоздатності механізмів можливе при комплексному поліпшенні як функціональних властивостей, так і їх зовнішнього вигляду. В новому двигуні, зокрема, це може бути досягнуто шляхом виділення деяких зрівноважених самостійних блоків (або модулів) для роботи, переважно, в автономному режимі із забезпеченням неперервного обертального момента із любого вихідного положення кривошипів. Блоки зв'язані, наприклад, механічною, зубчатою, гідравлічною або іншими видами синхронної передачі з аналогічними блоками двигуна або із механізмами споживача. При цьому, система блоків дозволяє оперативне керування ними в режимі включення або відключення окремих блоків. Відносно менші габарити блоків та сполучних елементів забезпечать, зокрема, плоскі форми двигуна та конструкції, в якій він використовується, також можливе компактне розташування їх у вигляді єдиного окремого механізму або роздільно установлених в ньому пристроїв, які об'єднані в єдину конструкцію для сумісної роботи. При цьому стає можливим наблизити окремі автономні силові блоки двигуна до споживачів, які використовують обертальний момент двигуна, наприклад, на транспорті, до більшої частини ведучих коліс в плаваючих, літаючих апаратах до приводів гвинтових виконавчих вузлів двигунів. Протилежне синхронне обертання кривошипів в двох блоках дозволяє зрівноважити дію інерційних сил та обертального момента на корпус автономно літаючого апарата. Необхідний рівень потужності двигуна забезпечується використанням частини блоків окремих циліндрів. Це дозволяє спростити передачу механічної енергії в умовах змінного навантаження, провести регулювання силових характеристик як по ефективному тиску в циліндрах і кількості обертів, так і в режимі оптимального навантаження відключенням частини блоків, яке забезпечує найменшу витрату палива. Запропонований двигун дозволяє використати його також для утворення та накопичення енергії стисненого газового середовища в гідроакумуляторі або в адіабатних умовах із застосуванням газового акумулятора. В наступному енергія стисненого середовища перетворюється в механічний рух поршнями в циліндрах двигуна, які працюють в режимі виконавчих механізмів. Конструкція виконана у вигляді окремого гідромотора, наближеного до споживача та зв'язаного трубопроводом з акумулюючим джерелом енергії. Гідромотор приводиться в рух та працює аналогічно запропонованої схеми двигуна. В ньому використовують як основні, так і додаткові поршні, зв'язані з шарнірами на кінцях опорного 11 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 коромисла, які мають меншу амплітуду руху з періодами 450°, 270° або 360°, 180°. Переваги, які досягаються, без ускладнення механізму двигуна, в цьому випадку: менші розміри та вага, що припадають на одиницю потужності, можливість плавного регулювання швидкості обертання вала споживача, висока степінь редукції, постійність кутової швидкості із зміною навантаження, можливість реверсу, рекуперації енергії гальмування, підвищений ресурс роботи та високий механічний к.к.д. Одночасно, стає можливим спрощення традиційних пристроїв, наприклад, в силових агрегатах, автомобілях, сільгоспмашинах, відмовитися від складної зубчатої коробки переключення швидкостей, механічних вузлів передачі та розподілення і використання енергії, що спрощує конструкцію, зменшує матеріаломісткість, приводить до зниження енергетичних витрат, поліпшення екологічних показників та споживчих властивостей, сприяє створенню нових зовнішніх форм, конструкцій. Технічна суть та принцип роботи запропонованого поршневого двигуна пояснюється схемою, наведеною на Фіг. 1, та діаграмами на Фіг. 2, 3. Поршневий двигун включає ряд блоків (модулів), зв'язаних з КШМ, кожний з яких складається, щонайменше, із одного кривошипа та ЦПГ, яка містить, щонайменше, два циліндри, перемикальні пристрої, систему керування, газорозподілу та забезпечення функціонування. Двигун містить елементи зв'язку деталей в блоках та між блоками і споживачами, наприклад, у вигляді зубчатої передачі, а також сполучення з використанням шарнірно зв'язаних шатунів, коромисел та/або із застосуванням з'єднувальних муфт електромагнітного, гідравлічного або іншого синхронного зв'язку, установленого з можливістю включення або відключення окремих блоків. Поршневий двигун (Фіг. 1) може містити блоки: А, Б, В для пуску та проведення в циліндрах внутрішнього горіння палива, здійснення роботи, гальмування, рекуперації енергії; Г - роботи двигуна при зовнішньому підведенні тепла; Д одержання охолодженого робочого середовища та блоки золотникових пристроїв, які забезпечують функціонування двигуна з використанням циліндрів, де поршні відрізняються періодом, фазою, часом їх руху по траєкторіях. В кожному блоці поршні, установлені в циліндрах, шарнірно зв'язані шатунами і коромислами з кривошипами з утворенням КШМ 1, ЦПГ 2, зв'язаних з системою контролю та керування - СКК 3 та установлені, щонайменше, в одному корпусі 4. В кожному КШМ основне коромисло 5 рухомо обпирається на корпус, а в середній частині оснащене додатковим шарніром 6 з можливістю переміщення його по траєкторії кола та забезпечення взаємно перпендикулярного та прямолінійного переміщення шарнірів на кінцях коромисла, один із яких спирається на корпус, зв'язаний з додатковими поршнями, інший - шарнірно зв'язаний штоком 7 з поршнями, установленими в циліндрах з утворенням перемикального, золотникового пристрою 8. У поршнів з періодом руху 720° та 450°, 270° центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить перпендикулярно осі симетрії циліндрів 9 через вісь обертання кривошипів 10, які з'єднані між собою синхронним зв'язком 11, 12. Поршні з періодом руху 360° та 230°, 130° мають аналогічні шарнірні опори, центри яких лежать в площині, паралельній осі обертання кривошипів. В двигуні можуть бути використані декілька зрівноважених блоків. Блок А - включає циліндри 13, 14, які з'єднуються між собою каналом з утворенням золотникового пристрою, де поршні в циліндрах зміщуються із заданим періодом циклу 720°. Поршні шатунами шарнірно зв'язані з кривошипом 10, а коромислами з корпусом, і установлені в циліндрах з можливістю прямолінійного руху та обертання вихідного вала. На вході в циліндрі 14 установлені автоматичні клапани або золотниковий пристрій 15 введення (виведення) стисненого повітря, пристрій 16 введення палива та його запалювання в камері згорання 17, кінематично зв'язаного з коромислом 5. Вихід із циліндра 14 з'єднаний каналами 18 із входом в циліндр 13, де установлений поршень 19 більшого діаметра. Поршень 19 в циліндрі 13 одночасно виконує роль компресора повітря, який зв'язаний системою СКК 3 через клапани 20 і теплообмінники (не показані) з джерелом стисненого повітря - акумулятором 21. Поршень 22 та його шток має канал додаткової подачі стисненого повітря в циліндр із застосуванням клапанів, ущільнень в камери (не показані), розташовані на боковій поверхні поршня 22. Повітря утворює стиснений шар, який виконує роль мастила між поверхнями поршнів і циліндрів та ізолює, охолоджує та центрує їх в циліндрах. Рух поршнів в циліндрах 13, 14 суміщені так, що, коли поршень 19 уповільнює свій рух, зупиняється та починає зворотній хід з часом руху 450°, поршень 22, який має різницю, що дорівнює 180°, по відношенню до поршня 19, та час руху 450°, з'єднує каналом 18 циліндри 13, 14, відповідно для сумісного продовження розширення продуктів горіння палива. Вихід із циліндрів під поршнем 22, з'єднаний каналом з камерою очистки продуктів горіння, адсорбером 23 уловлювання та видалення виділених компонентів. 12 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На продовженнях штоків поршнів 19, 22 аналогічно установлені поршні в співвісних циліндрах зворотного ходу поршнів. Блок Б - містить з'єднані між собою каналом циліндри 24, 25 та поршні, зв'язані з кривошипами аналогічно блоку А. Але поршень 26 в циліндрі 25 спирається на шарнірні опори, установлені в площині 27, яка паралельна осі обертання кривошипів 28 та перпендикулярна осі симетрії циліндра 25. В результаті поршень 26 має період руху 360°, що в два рази менше періоду руху поршня 29. В циліндрах, відповідно, установлені керовані СКК 3 клапани 30 або золотникові пристрої для проведення процесів газообміну в циліндрі 25, подачі повітря та виходу продуктів горіння в камеру адсорбера 23 для їх очистки. Циліндр 24, а при необхідності, циліндр 25, мають пристрій введення палива та його запалювання, циліндр 25 каналом 31 з'єднаний з циліндром 24. Блок В - складається із двох зв'язаних між собою блоків А, де чотири циліндри з'єднані з утворенням сполучених каналами двох циліндрів 32, 33, в кожному з яких розташовані по два поршні 34, 35, з можливістю протилежного зрівноваженого руху. Циліндри мають поршні з періодом руху по траєкторії, що дорівнює 720° або 360°, та камеру згорання 36, та з'єднані каналом 37, де встановлений автоматичний чи керований клапан або золотниковий пристрій, із джерелом стисненого повітря - акумулятором 21. В камері згорання 36 установлений пристрій введення палива та його запалювання. При цьому, камера згорання та підведення і відведення теплоти, із застосуванням стисненого газового середовища в циліндро-поршневій групі, установлена з можливістю обміну теплової енергії в циклі як в процесі спалювання палива в циліндрах, так і при зовнішньому теплообміні через стінки їх теплообмінників. Виходи 38 із циліндрів з'єднані з камерою адсорбера 23 системи очистки продуктів горіння палива. Кривошипи в КШМ можуть бути зв'язані між собою муфтами або синхронною зубчатою 39 передачею, що дозволяє установити, шляхом відносного повороту кривошипів при їх установленні, прийнятне значення зсуву фази в русі поршнів, а застосування між кривошипами зубчатої передачі додатково розширює діапазон можливого збільшення періоду їх руху. Циліндр 32 може мати один канал, з'єднаний з вікнами, розташованими на його одному кінці, для виходу робочого середовища в середню частину циліндра 33. В цьому випадку, вікна на іншому кінці циліндра 32 використовуються для подачі повітря продування, що дозволяє усунути в його камері згорання клапани для продувки циліндра 32. Блок Г. Пристрій двигуна із зовнішнім підведенням теплової енергії в замкнутому циклі містить, щонайменше два циліндри 40, 41, з'єднані між собою каналами теплообмінника рекуператора 42. Поршні в циліндрах установлені та зв'язані з кривошипами в КШМ аналогічно блоку А. У вихідному положенні поршні циліндра 40, який нагрівається, установлені з можливістю послідовного руху з часом руху по траєкторії 270°, із збільшенням об'єму циліндра та забезпечення найбільшого розширення стисненого та нагрітого газового середовища, яке переміщуючи поршні обертає кривошипи. В охолоджуваному циліндрі 41 поршні в цей час виконують уповільнений робочий хід із зупинкою між зміщеннями з часом руху 270° та 450°. При цьому, початок руху поршнів зрушено, приблизно на 90° так, що процеси найбільшого розширення в циліндрі 40 випереджують початок розширення в циліндрі 41. Теплообмінник 42 має насадку, яка періодично отримує, акумулює тепло та надає його робочому середовищу в процесах теплообміну, рекуперації. Циліндри 40, 41 установлені в камерах 43, 44, які, відповідно, нагріваються джерелами тепла, відпрацьованими продуктами горіння палива в двигуні, та охолоджуються. Вихідний вал кривошипів 45 зв'язаний із споживачем для передачі момента обертання, у випадку герметичного виконання конструкції, за допомогою механічного або електромагнітного чи магнітного привода, або з використанням електрогенератора, які дозволяють забезпечити умови повної герметизації циліндрів та застосувати як робоче середовище стиснений інертний газ - теплопровідний гелій та/або водень, та/або азот. Блок Д. Пристрій містить циліндри одержання охолодженого газового середовища 46, 47 з поршнями, установленими та зв'язаними з КШМ двигуна аналогічно блоку Г. Циліндр 46 детандера, де поршні з періодом руху 720°, мають послідовно час руху 270°, при розширенні в циліндрі 46 робочого середовища, та 450° - час при наступному витісненні його із циліндра 46 в циліндр охолоджуваного компресора 47. Циліндри установлені в камерах 48, 49 пристрою з можливістю відповідного підведення та відведення теплових потоків. Поршні в циліндрі компресора 47 розташовані в камері 49 та мають час руху, при зміні руху по траєкторії, 270°, 450° і установлені з можливістю стиснення газового середовища, яке витіснюється із циліндра 46. Циліндри з'єднані каналами з теплообмінником 50, який має насадку, яка здатна циклічно рекуперувати теплову енергію робочого середовища. Блоки Г, Д можуть бути об'єднані для сумісної роботи та установлені в загальній герметичній камері, де вони зв'язані з можливістю передачі обертального момента в повністю 13 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ізольованому газовому середовищі, наприклад, інертному газі (гелії) та/або водні, в умовах відповідного введення і виведення теплових потоків, через стінки теплообмінників, циліндрів, що забезпечує проведення процесів охолодження. Вихідні вали кривошипів кожного із блоків кінематично зв'язані між собою та споживачами синхронною передачею, переважно зубчатою, та/або з'єднаний із застосуванням вузлів зв'язку: муфт, шатунів, тяг, шарнірно зв'язаних важелів коромисел 51. Двигун працює наступним чином. Блок А. а). Пуск двигуна. В циліндр 14 за допомогою системи СКК 3 із акумулятора 21 подається стиснене повітря, через клапан або золотниковий пристрій 15, яке може попередньо нагріватися в теплообміннику. В результаті поршень 22, збільшуючи об'єм в циліндрі 14, здійснює робочий хід із збільшеним часом руху (450°), обертає, зв'язаний з ним, кривошип. Поршень 22 відкриває вікно канала 18, через яке робоче середовище із циліндра 14 поступає в циліндр, відносно більшого діаметра, 13 під поршень 19. При цьому, поршень 19 при відкритому клапані 20, який з'єднує надпоршневий об'єм циліндра 13 із системою видалення, очистки газового середовища - адсорбером 23, здійснює робочий хід з часом руху 450° і спільно з поршнем 22 обертають кривошип. При зворотному ході поршень 22 закриває вікно циліндра 14 та з'єднує циліндр 13 з виходом відпрацьованих продуктів в адсорбер 23, які витіснюються поршнем 19, при його зворотному ході, та видаляються, переважно через канал 18 та вікно, відкрите під поршнем 22 в циліндрі 14. Робочі цикли в циліндрах повторюються. При цьому можливо прискорити видалення відпрацьованого газового середовища, відкриваючи додатково установлений клапан, розташований під поршнем 19, на кінці циліндра 13. Наступна подача стисненого повітря, за допомогою системи керування, в циліндр більшого діаметра 13, в його об'єм над поршнем 19, коли він знаходиться на початку траєкторії для зворотного ходу, забезпечує подальше обертання кривошипа та стиснення повітря в циліндрі 14, в камері згорання 17. Додатково, закриваючи канал 18, подають стиснене повітря (під поршень 22) в циліндр 14. Кривошип 10 здійснює неперервне обертання вихідного вала двигуна. Запропонована конструкція двигуна дозволяє послідовно, наприклад, із застосуванням клапанів, які установлені на кришках циліндра 13 та керовані системою СКК 3, поршнем 19 провести також процеси: одержання, акумулювання та використання енергії стисненого повітря при гальмуванні двигуна. б) Робота двигуна внутрішнього згорання в дизельному режимі. В дизельному режимі в блоці А газообмін в циліндрах 13, 14 проводять аналогічно режиму пуску двигуна. При обертанні кривошипа 10 в камеру згорання 17 циліндра 14, після закриття клапана 15, в нагріте в ній, переважно в результаті стиснення поршнями, повітря, подається паливо, наприклад, з використанням відомих розпилювальних пристроїв (форсунок) введення палива в циліндр. Схема двигуна дозволяє також підвищити якість горіння палива. В цьому випадку, важелі опорних коромисел поршнів мають на відповідному відрізку траєкторії необхідні зусилля, підвищену швидкість, збільшену амплітуду руху. В установлений момент за допомогою СКК 3 шляхом близьким до ударної дії одного з важелів коромисла, створюють потрібний наростаючий імпульс тиску на плунжер, поршень мікрогідроакумулятора та насоса підвищеного тиску, здатного надати задану енергію стиску установленій цикловій кількості палива. Після стиску палива, клапан форсунки відкривається та паливо розпилюється в камеру згорання. Через заданий інтервал часу цей важіль коромисла діє на інший клапан, який скидає тиск в гідроакумуляторі, в результаті чого клапан форсунки відсікає визначений об'єм дозованого палива, поданого в камеру згорання в кількості, необхідній для здійснення поршнем заданого робочого ходу. Коректування подачі палива також може здійснюватися, наприклад, зміною закономірностей в русі важелів, клапанів, площі перерізу в каналі подачі палива. Продукти горіння палива послідовно розширюються в циліндрах 14, 13 поршнями 22, 19 і, після здійснення роботи, відпрацьоване газове середовище виштовхується поршнем 19 через вихід, який відкривається під поршнем 22 та/або через додаткові клапани, вікна, канали, які відкриваються перемикальними пристроями, установленими на кінці циліндрів 13, 14, та видаляється в адсорбері 23. Цикл повторюється. Аналогічно у відповідних циліндрах можливо також провести процеси з іншими періодами, фазами руху поршнів. В запропонованій схемі двигуна, із застосуванням керамічних матеріалів в зоні горіння палива підвищуються швидкості взаємодії компонентів, їх температура, що потребує узгодження параметрів робочого середовища в полум'ї, які змінюються, з можливим забезпеченням зміни об'єму в реакційному просторі, для збільшення корисної роботи, використовуючи процеси підготовки, горіння, розширення та видалення компонентів, зменшити 14 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (або виключити) небажаний вплив на процес горіння октанових, цетанових показників палива, усунути детонацію, розширити діапазон застосовуваних видів палива. Блок Б. Два циліндри блока з двома поршнями з'єднані та працюють аналогічно блоку А та відрізняються тим, що поршень в одному циліндрі 25 має період циклу в два рази менший, ніж період 720° циклу поршня циліндра 24. Циліндри дозволяють провести послідовне спалювання, ініціюючи в одній або в двох камерах процеси згорання палива, наприклад, в першій, розташованій в циліндрі 24, застосуванням збагаченої суміші для підвищення швидкості процесу горіння, в іншій - в циліндрі 25, більш повне доспалювання одержаних в першій камері нагрітих продуктів в надлишку повітря. При цьому, стає можливим збільшити як економічні, скоротивши витрати палива, так і екологічні показники двигуна, зменшивши кількість викидів, та підвищити степінь перетворення енергії палива в корисну механічну роботу. Стиснене повітря, наприклад, із акумулятора 21 або із компресора через клапан 15 поступає на вході в циліндр 24 в його камеру згорання, де стискується поршнем, після закриття клапана 15, нагрівається та, після введення палива, збагачена суміш запалюється, згорає та розширюється. Попередньо в циліндрі 25 поршень 26, рухаючись з меншим (в два рази) періодом та, відповідно, з більшою частотою, через клапан 30 засмоктує повітря та стискує його. Після відкриття вхідного вікна каналу 31 із циліндра 24, попередньо розширені продукти горіння, після здійснення роботи, надходять в циліндр 25 в надлишок стисненого повітря, де догоряють над поршнем 26, який має більший діаметр. При необхідності, суміш додатково нагрівається, запалюється. Розширюючись в циліндрах 25, 24, продукти горіння, які діють на більшу площу поршня, збільшують та вирівнюють момент обертання кривошипів. Камера згорання циліндра 24, як і камера згорання циліндра 25, відповідно продуваються стисненим повітрям, яке подається через клапани на вході в циліндри аналогічно блоку А. Продукти горіння в циліндрі 25 поршнем 26, коли він здійснює зворотній хід, видаляються через клапан виходу 30 та/або вікна, які відкриваються на кінці циліндрів. При цьому, поршень в циліндрі 24 закриває вікно каналу 31 та стискує повітря, яке раніше (при продувці) поступило через клапан входу в камеру згорання циліндра 29. Цикл повторюється. Якість проведення процесів із застосуванням поршнів з періодом 360°, може бути підвищена шляхом регулювання, при установленні, фази руху поршня 26. Як відомо, зміна положення центрів шарнірних опор коромисел, відносно центра обертання кривошипів, викликає зміну положення початку траєкторії руху поршня [3]. Зміну положення його опорних коромисел здійснюють в площині 27, паралельній осі обертання кривошипа 28, одночасно зсуваючи циліндри, поршні, що викликає зміну степеня стиску в циліндрі. Блок В. Пристрій дозволяє провести процеси внутрішнього горіння палива аналогічно процесам в блоці А. Різниця полягає у використанні одночасно чотирьох поршнів (по два) в кожному циліндрі та застосуванням іншої послідовності значень часу їх руху та зсуву фази. Так, повітря, яке поступило при газообміні в циліндр 32, стискується поршнями 34, автоматичний клапан в камері згорання закривається та в неї (із випередженням) подають і запалюють паливо. Після горіння палива, поршні, збільшуючи об'єм циліндра з часом руху 450°, здійснюючи робочий хід, обертаючи кривошипи, та через 270° від початку руху відкривають два вікна 38 в двох кінцях циліндра 32 в канали, з'єднані з циліндром 33, який може мати більший діаметр, та, де час руху поршнів 35, в процесі розширення, дорівнює 270°. Поршні сумісно обертають кривошипи, вирівнюючи зусилля в кінці циклу. В циліндр 32, на його вхід по каналу 37 через автоматичний клапан та/або золотниковий пристрій, в кінці розширення робочого середовища поступає стиснене до більш високого рівня, ніж в циліндрах 33, повітря, яке продуває камеру згорання, циліндр 32 та здійснює роботу в циліндрі 33. При зворотному ході поршнів 34 вікна на кінцях циліндра 32 та автоматичний клапан в каналі 37 закриваються, а повітря в циліндрі 32 стискується та в результаті нагрівається, в нього подають паливо, яке запалюється, згоряє та здійснює новий цикл. В цей час продукти попереднього горіння, після розширення в циліндрі 33, виштовхуються поршнем 35, надходять під поршні 34 та через відкриті вікна, канали циліндра 32 на вихід 38 та видаляються в адсорбер 23. Цикл повторюється. Аналогічно можуть проводитися процеси продування циліндра 32, використовуючи вікна, які відкриваються на одному його кінці поршнем. В циліндрі 33, в середній його частині, може бути додатково установлена друга камера згорання, наприклад, для проведення догорання палива в надлишку повітря, яка заповнюється стисненим повітрям, перед початком об'єднання циліндрів, через додатковий клапан. Застосування двох поршнів в одному циліндрі, зв'язаних з двома кривошипами, дозволяє урівноважити інерційні сили та обертальні моменти шляхом одержання двох протилежних моментів синхронного обертання двох кривошипів, збільшити потужність, зменшити кількість клапанів, спростити конструкцію двигуна та надати більш плоску форму КШМ, ЦПГ. 15 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Блок Г. Робота двигуна із зовнішнім підведенням теплової енергії Для сумісної роботи в золотниковому пристрої, де в двох циліндрах 40, 41 установлені два поршні, у яких, наприклад, періоди циклу 720°, а час руху при збільшенні об'єму в циліндрі 40, відповідно, дорівнює на початку 270°, потім, при зменшенні об'єму, 450°, а у поршня в циліндрі 41, відповідно дорівнює - 450°, 270°. При цьому, фази їх руху задані шляхом установлення поршнів так, що при нагріванні робочого середовища в теплообміннику 42 та циліндрі 40 забезпечується найбільший рух поршню з часом руху 270°, який здійснює, переважно, корисну роботу в циліндрі 40. В цей час в іншому охолоджуваному циліндрі 41 його поршень, з часом руху 270°, уповільнюючи хід, зупиняється та починає зворотній рух з часом руху 450°, збільшуючи об'єм циліндра 41. Тому, робоче середовище на початку проходить в циліндр 40 через насадку рекуператора 42, охолоджуючи її, нагрівається та в більшому ступені розширюється і здійснює роботу в циліндрі 40. Після чого рух його уповільнюється та змінюється на протилежний. Газове середовище в циліндрі компресора 41 в цей час знаходиться в умовах охолодження. При подальшому сумісному русі двох поршнів з часом руху 450°, об'єми в двох циліндрах вирівнюються, а далі об'єм в циліндрі 41 збільшується, а об'єм в циліндрі 40 зменшується. Тому робоче середовище із циліндра 40 витіснюється та, після проходження через насадку рекуператора, віддає їй невикористане тепло та поступає в циліндр 41, де поршнем з часом руху 270° стискається. Виділене в процесі стиснення тепло відводиться через стінки циліндра 41 в систему охолодження. Після зміни напрямку руху поршня в циліндрі 40, стиснене в мінімальному об'ємі двох циліндрів газове середовище, із циліндра 41 знову проходить через насадку рекуператора теплообмінника 42, нагрівається, охолоджуючи насадку, та поступає в циліндр 40, де прискорено розширюється, здійснюючи роботу його поршнем, обертаючи кривошипи з часом руху 270°. Цикл повторюється. В цьому випадку, із застосуванням в тепловому циклі поршнів, які відрізняються часом та фазою руху, стає можливим збільшити час та інтенсивність охолодження робочого середовища і степеня його стиснення, що необхідно в зв'язку з меншим градієнтом температури на цій стадії, ніж в процесі підведення тепла від більш нагрітого джерела. Блок Д. Пристрій одержання охолодженого робочого середовища дозволяє провести зворотні теплові процеси, де механічна робота використовується для одержання нагрітого та охолодженого потоків робочого середовища. В цьому випадку, поршні установлені в циліндрах здійснюють рух по траєкторіях аналогічно поршням блока Г. Однак, поршні приводять в рух, в результаті обертання кривошипа, а охолодження проходить в процесі розширення робочого середовища, що дозволяє відвести отриманий низькотемпературний тепловий потік. При цьому, в новому пристрої рух поршнів установлений так, що поршню в циліндрі 46 (детандері) забезпечують, переважно менший час руху, наприклад, 270°, що відповідає більшій швидкості збільшення об'єму в циліндрі розширення 46 та більшій швидкості в ньому охолодження робочого середовища. В цей час поршню в циліндрі 47 компресора надають значно меншу швидкість, забезпечуючи його рух в інтервалі, де проходить зміна напрямку його руху з часом руху 270°-450°. В результаті в установлених умовах робоче середовище, переважно розширюється та охолоджує циліндр 46, камеру 48. Далі на протязі збільшеного інтервалу часу (час руху 450°) робоче середовище витісняється із циліндра 46 в циліндр 47. При цьому, розширений та охолоджений в циліндрі 46 потік робочого середовища проходить через насадку регенератора теплообмінника 50, викликає її охолодження. Після зміни напрямку руху, поршні в циліндрі 46, поршні в обох циліндрах, зміщуючись з однаковим часом руху 450°, викликають спочатку вирівнювання об'єму, а потім випереджуюче зменшення об'єму в циліндрі 46 детандера, що прискорює витіснення та перетікання робочого середовища із циліндра 46 в більший об'єм циліндра 47. Після зміни напрямку руху поршня в циліндрі 47, в ньому починається стиск охолодженого робочого середовища з більшою швидкістю (час руху 270°), що перебігає в умовах відведення тепла стиску від циліндра 47 в систему охолодження, тому інтенсивність стиску та охолодження збільшується. В процесі стиснення, при зміні напрямку руху поршня в циліндрі 46, об'єми газового середовища в циліндрах знову вирівнюються, час процесу збільшується. В циліндрі 47 (компресора) об'єм продовжує зменшуватися, а в циліндрі 46 детандера збільшуватися. В результаті попередньо охолоджене робоче середовище в циліндрі 47, знову проходить через рекуператор 50, де інтенсивно охолоджується, віддаючи тепло попередньо охолодженій насадці, яка має збільшену поверхню регенеративного теплообміну, поступає в циліндр 46 детандера, де з часом руху 270° розширюється, охолоджуючи циліндр детандера, камеру 48. Цикл повторюється. Використання прискореного руху поршнів при розширенні та при стиску робочого середовища з часом руху 270° сприяє збільшенню швидкості зміни температури в циліндрах, теплообмінниках, рекуператорах, що підвищує інтенсивність процесу теплообміну, цьому 16 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сприяє також збільшення часу (450°) проведення наступних процесів теплообміну, охолодження. При цьому, поліпшуються умови, необхідні для відповідного узгодження послідовних стадій для підвищення к.к.д. як в прямому циклі перетворення теплової енергії палива в механічну роботу, так і в зворотному циклі охолодження робочого середовища. В запропонованих пристроях використовують поршні, у яких періоди руху, переважно дорівнюють 720° та/або 360°. Вибір параметрів руху поршнів залежить від умов проведення процесів, заданого об'єму, степеня стиску робочого середовища, поверхні теплообміну, швидкості циркуляції теплових потоків та інших параметрів. На Фіг. 2 показана зміна амплітуди прямолінійної траєкторії двох поршнів, які установлені перпендикулярно симетрії циліндрів та взаємно симетрично відносно осі обертання кривошипа, від кута його повороту на 720°. Поршні розташовані в двох циліндрах із зрушенням фази 90°, де вони мають періоди руху, при послідовній зміні напрямку руху, відповідно один (зліва від кривошипа) на 270°, 450° та інший 450°, 270°. Наведені закономірності, зв'язаних з поршнями важелів коромисел, застосовуються в двигуні для приводу його системи контролю та керування, наприклад, в області траєкторії: а, г для здійснення приводу поршнів, у яких час руху та збільшення об'єму в циліндрі в цей період часу дорівнюють 270° та б, в для поршнів, у яких час руху, відповідно, дорівнює 450°. Інтервали в області: k, l, m, n відповідають прискореній випереджувальній подачі палива у відповідні циліндри, де поршні в даних інтервалах їх траєкторії завершують уповільнений стиск робочого середовища. Траєкторії відомого руху поршнів з періодом циклу 360° показані на діаграмах [2, 3]. Послідовний рух поршнів в циліндрах, який відповідає (Фіг. 2) інтервалам: а, г, б, в, викликає взаємоперекривні повороти кривошипа на 270°, 450°, 450°, 270°, що приводить до неперервного обертання його вихідного вала. При цьому, зв'язані з поршнями важелі коромисел можуть забезпечити, наприклад, за допомогою золотникових пристроїв або клапанів при пуску двигуна, подачу в циліндри стисненого повітря, його розширення та видалення відпрацьованих продуктів. Одночасно, створюються умови для регульованої подачі в камери згорання палива та його запалювання шляхом зміни початку знімання сигналу СКК в інтервалах: k, l, m, n. Застосування важелів коромисел, в цьому випадку, виключає використання складних пристроїв з розподільним валом. На Фіг. 3а наведені діаграми розширення (чорні лінії), стиску - (світлі інтервали), точки подача палива в камери згорання в циліндрах блоків, де номери відповідають: 1, 2 - блоку А; 3, 4 - блоку В; 5-7 - блоку Б. Стрілки показують напрямок руху робочого середовища, після відкриття вікон каналів, які з'єднують циліндри. Об'єднання трьох циліндрів, де поршні, наприклад, мають три відмітні траєкторії, з часом руху, які відповідають діаграмам 5-7, викликає на початку і в кінці об'єднання, збільшення, зменшення об'єму в циліндрах. Коливальні процеси одночасно підвищують однорідність складу в об'ємі реагуючих компонентів, швидкість та повноту їх взаємодії, теплообміну. На Фіг. 3б наведений графік зміни об'єму циліндрів (в %) при послідовному зрушенні фази руху поршнів на 90°, 180°, 270°, 450° із зміною кута повороту кривошипів за період циклу 720°. Номери 8, 9 відповідають, відповідно, циліндрам блоків А; Б та Г, Д; 10 - альтернативний варіант для роботи двигуна. Поршні, в цьому випадку, розміщені роздільно, кожний на одному із двох зсунутих відносно один одного (на 180°) кривошипах. В цьому випадку, об'єднання циліндрів з траєкторією поршнів 9, 10 приводить до однакової закономірності зміни об'єму в циліндрах, незалежно від зміни напрямку руху поршнів. Застосування поршнів, які мають різні періоди та фази руху, на відміну від поршнів прототипу, розширює можливості для необхідного узгодження етапів теплових процесів в двигунах, як із зовнішнім, так і з внутрішнім підведенням (відведенням) теплоти, що підвищує к.к.д. їх роботи. Перевагою схеми нового двигуна також є можливість створення на її основі, з використанням золотникових пристроїв, безклапанних насосів, поршневих компресорів, де циліндри з'єднані між собою каналами з можливістю послідовного заповнення, стиснення та переміщення газового (або рідкого) середовища, наприклад, по трубопроводах. Поршні двигуна, при цьому, безпосередньо (співвісно) зв'язані штоками з поршнями компресора, що виключає передачу зусилля через шатуни, коромисла та кривошипи. Конструкція нового двигуна, способи і методи його виготовлення визначаються поставленими завданнями та метою застосування двигуна, досягненням заданих вихідних та кінцевих параметрів його роботи. Виготовлення запропонованого двигуна ґрунтується на застосуванні в його конструкції широко використовуваних в машинобудуванні промислово виготовлених деталей: циліндрів, поршнів, шатунів, кривошипів, клапанів та інших виробів. Також відомі, із описів аналогів і 17 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прототипу, технології їх конструювання, виготовлення та складання, способи і методи їх з'єднання для отримання необхідного руху поршнів в циліндрах з періодом 720°, 360°, де можливі в області екстремальних точок їх траєкторій зміни періоду та фази їх руху, наприклад, при установленні в КШМ, шляхом взаємного повороту кривошипів, зміною положення шатунів, зміщенням опор коромисел відносно центра обертання кривошипів [2-4]. На відміну від прототипу, новий двигун включає установлення в з'єднаних каналом циліндрах поршнів, які розташовані відносно один одного так, що вони, за повний цикл, здійснюють взаємне перекриття траєкторії руху одного поршня в інтервалі уповільнення, зупинки та зміни напрямку руху іншим поршнем. Перекриття траєкторій дозволяє забезпечити неперервний момент обертання кривошипів, створити необхідні умови зміни об'єму в циклі, одночасно, збільшена траєкторія поршнів допускає збільшити прохідний переріз вікон для покращення газообміну. Запропоновані варіанти зміни об'єму в тепловому циклі дозволяє поліпшити процеси як внутрішнього горіння палива в циліндрі, так і теплові процеси в результаті теплообміну із зовнішніми джерелами підведення-відведення теплоти. Забезпечення неперервного обертання кривошипів поршнями двох циліндрів дозволяє створити двигун у вигляді роздільно або компактно установлених блоків, кінематично з'єднаних між собою з можливістю синхронного руху, із застосуванням, щонайменше, двох поршнів при їх русі в прямому та зворотному напрямку. Тому кожний із блоків в загальній конструкції може виконувати роль самостійного двигуна. Модульна конструкція двигуна також спрощує його виготовлення, обслуговування, ремонт та підвищує надійність експлуатації. Одночасно створює нові можливості для поліпшення зовнішнього вигляду, спільного підвищення її функціональних та споживчих властивостей та конструкцій, де застосовується двигун. Запропоновані схеми роботи двигуна забезпечують його пуск стисненим повітрям та/або із застосуванням зовнішнього джерела тепла без електричних стартерів, дозволяють спростити коробку передач, систему керування, усунути розподільний вал шляхом використання замість нього різнофазного руху важелів коромисел, знизити кількість кривошипів та питому масу двигуна. В новому двигуні можливе спільне застосування циліндрів, як з'єднаних між собою каналами, так і циліндрів, установлених індивідуально, наприклад, які виконують роль компресорів, пускових пристроїв із золотниковими перемикачами. Збільшення кількості об'єднаних каналами циліндрів розширює діапазон зміни їх об'єму в циклі, але ускладнює конструкцію двигуна, тому установлюється їх найменша, оптимальна кількість. Установлення поршнів, відносно один одного, в запропонованому двигуні спрощується, так як зміна їх амплітуди на початку траєкторії руху незначне. Наприклад, кожний із поршнів з періодом руху 720° викликає в циліндрі відносно невелику приблизно (на 5-6 %) зміну об'єму при повороті кривошипа на кут 60-90°. Однак, як випливає із графіка, зміна об'єму в циліндрах (Фіг. 3б, криві - 8, 9), поршні з меншим часом руху (270°) прискорено змінюють об'єм при їх подальшому зміщенні в циліндрі. В цьому випадку, при установленні поршнів, зменшення або збільшення інтервалу знижує в циклі об'єм розширення газового середовища, що зменшує момент обертання вихідного вала двигуна. Тому, при установленні поршнів, задається оптимальний інтервал, який відповідає найбільшому об'єму циліндрів та моменту обертання кривошипів. В новому двигуні спрощується застосування деталей із керамічних термостійких матеріалів, наприклад, нітриду, карбіду кремнію, оксидів металів, металокераміки у вигляді циліндрів, поршнів, клапанів, виготовлених із застосуванням відомих технологій їх отримання, наприклад, пресуванням, спіканням або з використанням розплавів. Застосування керамічних деталей дозволяє скоротити теплові втрати, зменшити зміну розмірів при їх нагріванні, підвищити к.к.д., знизити питомі витрати палива. Прямолінійна (збільшена) амплітуда, опозитне розташування поршнів з опорою на коромисла, дія пари сил на кривошипи, перерозподіл енергії інерційних сил осцилюючих мас (поршнів, шатунів, коромисел) та сил моментів обертання, підвищує рівномірність руху в КШМ, ЦПГ, що забезпечує роботу керамічних деталей, переважно в умовах їх високої міцності на стиск і з опорою на металічні деталі. Цьому сприяє також застосування між поршнем та циліндром ізолюючого, центруючого газового шару мастила в зоні високих температур, зниження знакозмінних рухів, вібрацій, тертя. Таким чином, застосування нової конструкції двигуна, де перемикальні пристрої у вигляді поршнів, клапанів, які перемикають та керують потоками робочого середовища та мають установлені фази, періоди та форми траєкторії руху, дозволяють об'єднувати в заданий момент ізольовані циліндри для сумісної роботи. В результаті, як випливає із наведеного опису, схем, в запропонованому двигуні, в його єдиній конструкції, застосовуючи збіжні з прототипом та нові елементи, їх розташування, зв'язки 18 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 в КШМ, ЦПГ, СКК, де поршні, об'єднані одним колінчатим валом або синхронними кривошипами, мають відмітні характеристики та установлені, в з'єднаних каналами перемикальних пристроїв, циліндрах, що дозволяє: 1) в КШМ - вирівняти дію сил інерції та тиску газового середовища, застосувати прямий та зворотній рух поршнів, підвищити величину та рівномірність обертання вихідного вала, знизити тертя; 2) в ЦПГ - об'єднати в тепловому циклі поршні, які відрізняються періодом, часом, фазою, формою руху, провести ряд ефективних процесів, в яких покращуються умови підготовки вихідних компонентів, їх взаємодії в полум'ї, поетапне розширення з отриманням корисної роботи та послідовне інтенсивне видалення продуктів горіння для очищення циліндрів продувкою та поршнем з одночасним керованим наповненням циліндрів новими компонентами. При цьому скорочуються теплові, механічні втрати, створюються умови отримання додаткової механічної роботи в замкнутих об'ємах, контурах та процесах рекуперації механічної і теплової енергії, отримання, застосування холоду, підвищення якості очищення продуктів горіння палива; 3) в СКК - покращити умови оптимізації роботи пристроїв, блоків, скоротити витрати палива, збільшити його асортимент. Нова конструкція двигуна збільшує енергоефективність, продуктивність, розширює область застосування, підвищує конкурентоздатність, економічні, споживчі та екологічні якості, ефективний к.к.д. двигуна. Таким чином, запропонована конструкція поршневого двигуна забезпечує досягнення технічного результату при здійсненні заявленого винаходу. Джерела інформації: 1. Двигатели внутреннего сгорания /Под ред. Орлина А.С, Круглова Н.Г. - М.: Машиностроение, 1980. - С. 82, 241-247. 2. Патент України № 21401, МПК F01B 9/00, F02B 75/32,2000. 3. Патент України № 73487, МПК F01B 9/02, 2005. 4. Патент України № 88337, МПК F01B 9/00, 2009. 5. Патент України № 102009, МПК F01B 9/02 (2006. 01), 2013. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Поршневий двигун, який включає розташовані в корпусі зрівноважені кривошипно-шатунний та клапанно-розподільний механізми, циліндро-поршневу групу, системи забезпечення їх функціонування, газорозподілу, контролю та керування, де різнофазні поршні шарнірно зв'язані шатунами і коромислами з кривошипами так, що кожне основне коромисло рухомо опирається на корпус, а в середній частині оснащене додатковим шарніром з можливістю переміщення його по траєкторії кола, при цьому центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить через вісь обертання кривошипів перпендикулярно осі симетрії циліндрів, та забезпечує взаємно перпендикулярне і прямолінійне переміщення шарнірів та зв'язаних з ними поршнів на кінцях основних коромисел, а поршні, період руху яких на одному кінці коромисла дорівнює двом періодам обертання кривошипів, мають різний час руху по траєкторії в одному та зворотному напрямку, та додаткові поршні на іншому кінці коромисла, у яких період руху не перевищує двох періодів обертання кривошипів, установлені в окремих циліндрах, де їх перемикальні золотникові та клапанні пристрої з'єднані з системою газорозподілу та зв'язані важелями коромисел з системою керування, який відрізняється тим, що його перемикальні пристрої каналами з'єднують між собою принаймні два циліндри циліндро-поршневої групи, в яких поршні установлені з різницею фаз початку руху від екстремальних точок їх траєкторій, що відрізняються, переважно кратно 90°, та з періодом руху, який не перевищує двох періодів обертання кривошипів, при цьому один із циліндрів має менший діаметр та, відповідно, об'єм, приблизно в два рази, відносно іншого циліндра з найбільшим діаметром та об'ємом, де поршні установлені на початку траєкторії збільшення його об'єму, а в циліндрах меншого діаметра та об'єму, з'єднаних з камерами згорання та підведення і відведення теплоти, поршні розташовані в області зміни напрямку їх руху, в і інтервалі траєкторії, який відповідає часу найбільшого збільшення поршнями об'єму в з'єднаних каналами циліндрах, а циліндри з поршнями, перемикальними пристроями, шарнірними опорами кривошипів, шатунів і коромисел виконані у вигляді блоків, деталі яких кінематично зв'язані між собою, при цьому, поршні шарнірно зв'язані штоками з коромислами та шарнірно з'єднані шатунами з кривошипами, які сполучені між собою синхронним зв'язком. 2. Двигун за п. 1, який відрізняється тим, що він містить принаймні один із золотникових та/або клапанних перемикальних пристроїв пуску, роботи, гальмування та рекуперації енергії двигуна, 19 UA 113425 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 та/або пристрій збільшення в циліндрах швидкості та повноти згорання палива та розширення продуктів, та/або пристрій утворення шару газового мастила між стінками поршня та циліндра, та/або пристрій оперативної зміни ступеня стиску та об'єму робочого середовища в камері згорання, та/або пристрій інтенсивної подачі в циліндри палива, та/або пристрій нейтралізації та видалення утворюваних продуктів горіння палива, та/або пристрій введення в циліндри зовнішнього тепла та перетворення його в роботу обертання кривошипів, та/або пристрій одержання та використання охолодженого робочого середовища. 3. Двигун за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що пристрої пуску, роботи, гальмування та рекуперації енергії двигуна містять поршні, у яких центри шарнірних опор коромисел розташовані в площині, яка проходить через вісь обертання кривошипів та/або паралельна їй, де поршні мають заданий період, час руху по траєкторії та зсув фаз при русі, і розташовані в циліндрах, які з'єднані каналами перемикальних пристроїв з системою газорозподілу, теплообміну та очищення, яка включає акумулятор стисненого середовища, регулятор, теплообмінник, рекуператор, а перемикальні пристрої зв'язані системою керування з важелями коромисел, які відповідають фазі перемикання. 4. Двигун за пп. 1-3, який відрізняється тим, що пристрої збільшення в циліндрах швидкості та повноти згорання палива та розширення продуктів включають поршні, установлені, переважно, з періодом руху 720° та/або 360°, та з різницею фаз початку руху, які дорівнюють 270° та/або 180°, та/або 90°, а камера згорання має клапан введення стисненого повітря та пристрій подачі палива і його запалення, при цьому вхідний канал камери згорання системою керування з'єднаний регулятором, теплообмінником з акумулятором підвищеного тиску повітря, а вихідні канали, в середній частині одного циліндра та/або на його кінцях, з'єднані каналами золотникових та/або клапанних перемикальних пристроїв з циліндром розширення, а вікна на кінцях циліндрів каналами з'єднані з теплообмінником та/або рекуператором теплоти із системою газорозподілу та/або очищення і видалення продуктів горіння. 5. Двигун за пп. 1-4, який відрізняється тим, що пристрій утворення шару газового мастила між стінками поршня та циліндра має джерело стисненого газового середовища, канали якого з'єднані з камерами, розташованими симетрично на боковій поверхні поршня, де утворюють систему опорних шарів газового середовища між поршнем та циліндром. 6. Двигун за пп. 1-5, який відрізняється тим, що пристрій оперативної зміни ступеня стиску та об'єму робочого середовища в камері згорання палива в циліндрах має послідовно з'єднані компресори, теплообмінники, акумулятори, зв'язані системою контролю та керування з камерами згорання, та/або має вузол оперативної зміни її об'єму рухомою стінкою камери згорання та/або додатковим поршнем. 7. Двигун за пп. 1-6, який відрізняється тим, що пристрій інтенсивної подачі в циліндри палива має плунжерні або поршневі насоси, гідроакумулятори, форсунки високого тиску та пристрої їх приводу і введення палива в камери згорання, а їх поршні та клапани кінематично зв'язані системою керування з важелями коромисел в інтервалі часу дозованої подачі палива. 8. Двигун за пп. 1-7, який відрізняється тим, що пристрій нейтралізації та видалення утворюваних продуктів горіння палива має другу камеру згорання, розташовану в сполучених циліндрах та/або має додаткову камеру відпалювання, які з'єднані з системою газорозподілу, а каналами теплообмінників з системою охолодження та очищення, та/або з камерами адсорберів токсичних компонентів, які видаляються. 9. Двигун за пп. 1-8, який відрізняється тим, що пристрій введення зовнішнього тепла та перетворення його в роботу обертання кривошипів включає золотникові пристрої, де поршні, які відрізняються часом та фазою руху по траєкторіях, установлені щонайменше в двох циліндрах, які з'єднані між собою каналом теплообмінника, який містить насадку, рекуператора, з утворенням замкнутого об'єму в циліндрах, установлених в камерах підведення тепла від продуктів горіння палива або нагрітих джерел до циліндра розширення газового середовища та відведення тепла від циліндра його стиску, з утворенням контуру циркуляції в стисненому середовищі повітря або водню та/або гелію, та/або азоту. 10. Двигун за пп. 1-9, який відрізняється тим, що пристрій одержання та використання охолодженого робочого середовища включає золотникові пристрої, де поршні установлені щонайменше в двох циліндрах, які з'єднані каналом та теплообмінником, який містить насадку рекуператора з можливістю стиску поршнями робочого середовища, його послідовного охолодження в циліндрі компресора, регенеративного теплообміну в теплообміннику та розширення в циліндрі детандера, а поршні установлені в середовищі повітря або водню та/або гелію, та/або азоту, або циліндри компресора, детандера пристрою охолодження та циліндри додаткового двигуна, переважно із зовнішнім підведенням тепла, вихідні вали яких з'єднані між 20 UA 113425 C2 5 10 собою, розташовані в одному газовому середовищі герметичної камери, яка має поверхні теплообміну відповідно з'єднані із джерелами підведення та відведення теплоти. 11. Двигун за пп. 1-10, який відрізняється тим, що його пристрої виконані та розташовані відповідно до функціональних вимог та умов дизайн-проекту компактно або у вигляді роздільних блоків, які зв'язані між собою синхронним зв'язком, що складаються із з'єднувальних муфт та/або зубчастих коліс, з'єднаних з кривошипами, та/або шарнірно зв'язаних шатунів і коромисел, та/або пристроїв гідравлічного приводу механізмів та з'єднані з системою керування з можливістю оперативного відключення, включення окремих блоків, регулювання режимів роботи. 12. Двигун за пп. 1-11, який відрізняється тим, що його деталі можуть бути виготовлені із металу та/або термостійких керамічних матеріалів. 21 UA 113425 C2 22 UA 113425 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 23