Двотактний вільнопоршневий двигун внутрішнього згорання

Реферат: UA 101680 U UA 101680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі моторобудування, а саме до конструкцій поршневих двигунів внутрішнього згорання, і призначена для широкого використання в усіх пристроях, що приводяться до руху чи виконуючих іншу роботу за допомогою двигунів внутрішнього згорання, зокрема в засобах наземного, повітряного і морського сполучення, а також в побутових і промислових установках. Відомі і широко застосовуються поршневі двигуни внутрішнього згорання, що використовують енергію спаленого в циліндрах палива для перетворення зворотнопоступального руху поршнів в циліндрах в обертовий рух робочого вала за допомогою кривошипно-шатунного механізму або здійснюють ту ж функцію за допомогою безшатунного силового механізму. Відомі двигуни внутрішнього згорання із гідравлічною передачею, що містить не менше одного блока попарно взаємодіючих циліндрів, в яких розміщені поршні, що розділяють внутрішній об'єм циліндрів на камери згорання і підпоршневі об'єми, об'єднані між собою кільцевою гідромагістраллю із зворотними клапанами, і додатковими пристроями, що оптимізують процеси газорозподілу та подачі палива (патент США № 3848415 по кл. 60-595, авторське свідоцтво № 672362 по кл. F02В 71/04). У кожному блоці попарно взаємодіючих циліндрів цього двигуна для перетворення поступального руху поршнів в обертовий рух робочого вала є два розміщені на різних валах ротори із лопатками. Ротори приводяться в обертовий рух робочим тілом, що витісняється із підпоршневих об'ємів. Зусилля із роторів передаються на робочий вал за допомогою пар взаємно зчеплених шестерень. Аналіз показує, що таке технічне рішення має ряд недоліків. По-перше, турбіни навантажуються по черзі (при робочому ході поршня у відповідному циліндрі), тобто, якщо одна турбіна сприймає зусилля і передає його на робочий вал, то інша в цей час обертається в холосту в робочому тілі і протидіє основному зусиллю, тим сильніше, чим більші діаметр турбіни, швидкість її обертання і сумарна площа лопаток. Часткове усунення цього недоліку досягається значним ускладненням конструкції, але повністю не вирішують цю проблему (в блок попарно взаємодіючих циліндрів додатково включені чотири об'єми, розділені пружними діафрагмами). По-друге, в двигуні, що містить більше, ніж один блок попарно взаємодіючих циліндрів, при відключенні частини блоків, наприклад з метою економії пального, гальмівну дію будуть здійснювати ліві і праві турбіни відключених блоків парних циліндрів, що додатково зменшує ККД двигуна і, навіть, робить неможливим використання такого режиму роботи прототипу. По-третє, в лопатних турбінах математичне очікування кута падіння потоку робочого тіла на лопатки турбіни відмінне від нормалі, що є іще однією причиною зменшення ККД двигуна. По-четверте, розміщення в одному блоці попарно взаємодіючих циліндрів двох турбін на різних валах та передача зусилля із них на робочий вал за допомогою шестерень додатково ускладнюють конструкцію двигуна та зменшують його ККД. Задачею є спрощення конструкції двигуна, підвищення ККД та його надійності і забезпечення можливості відключення частини попарно взаємодіючих циліндрів для економії пального при зменшені навантаження. Поставлена задача вирішується тим, що для підвищення ККД двигуна турбіни виконані реактивними із осьовою подачею робочого тіла і розміщені на одному валу із шестірнею відбору потужності, а також виключенням із конструкції двигуна ряду ускладнюючих його елементів. Це дозволяє покращити характеристики заявленого двигуна за рахунок включення до його складу турбін з більш високим ККД, зменшенням гідравлічних втрат, що обумовлюються в прототипі протидією менше навантаженою турбіною, зменшити втрати на тертя при передачі зусилля з турбіни на робочий вал, спростити конструкцію двигуна, виключивши з блока попарно взаємодіючих циліндрів чотири об'єми та пружні діафрагми, частину зворотних клапанів в гідромагістралі, та відключати частину блоків циліндрів при зменшенні робочого навантаження з метою економії пального. На кресленні наведена загальна схема побудови двигуна (системи та механізми, що є складовими частинами двигуна, але не надають додаткових пояснень до суті, на кресленні не показані). Двигун має корпус 1, циліндри 2 і 3, поршні 4 і 5, пустотілий робочий вал 6 із перегородкою посередині, турбіни 7 і 8 із осьовою подачею робочого тіла, виконані сумісно з валом, сопла турбін 9 і 10, сполучені з пустотілим валом, корпуси турбін 11 і 12, трубопроводи 13 і 14, перепускні клапани 15 і 16, жорстко з'єднану з пустотілим валом шестірню відбору потужності 17, вікна в стінках циліндрів для випуску відпрацьованих газів 18, отвори для подачі в циліндри робочої суміші 19, ущільнюючі сальники 20, робоче тіло (рідину), що не стискається або 21, та 1 UA 101680 U 5 10 15 20 заповнює весь вільний простір під поршнями, в пустотілому валу, турбінах, під корпусами турбін і трубопроводах. Робота двигуна здійснюється у наступній послідовності. Стиснута в циліндрі 2 робоча суміш загоряється і поршень 4 здійснює робочий хід і витискає робоче тіло (рідину 21) із підпоршневого простору через пустотілий вал 6 в турбіну 7. Реактивний струмінь робочого тіла із турбіни 7 через сопла 9 витікає в її підкорпусний простір і змушує турбіну 7 і пустотілий вал 6 обертатися. Відпрацьоване робоче тіло (рідина) 21 із підкорпусного простору турбіни 7 через перепускний клапан 15 по трубопроводу 13 надходить у підпоршневий простір поршня 5. Під тиском робочого тіла поршень 5 здійснює зворотній рух, послідовно перекриває собою вікна 18 для випуску відпрацьованих газів і стискує робочу суміш в циліндрі 3, що надійшла в циліндр через отвори для подачі робочої суміші 19. На другому етапі робочий процес протікає аналогічно. Запалюється стиснута в циліндрі 3 робоча суміш. Поршень 5 здійснює робочий хід і витискує робоче тіло 21 із підпоршневого простору через пустотілий вал 6 в турбіну 8. Реактивний струмінь робочого тіла із турбіни 8 через сопла 10 витікає в її підкорпусний простір і змушує турбіну 8 і пустотілий вал 6 обертатися. Відпрацьоване робоче тіло 21 із під корпусного простору турбіни 8 через перепускний клапан 16 по трубопроводу 14 надходить до підпоршневого простору поршня 4. Під тиском робочого тіла, що надійшов, поршень 4 здійснює зворотній рух, послідовно перекриває собою вікна 18 для випуску відпрацьованих газів і стискує робочу суміш в циліндрі 2, що надійшла в циліндр через отвори для подачі робочої суміші 19. В подальшому весь процес циклічно повторюється. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Двотактний вільнопоршневий двигун внутрішнього згорання, що має корпус із попарно взаємоємодіючими циліндрами і розміщеними в них поршнями, які утворюють зовнішні об'єми двигуна і внутрішній робочий об'єм силової передачі та містять дві турбіни в середній частині корпусу, магістралі і клапани, які управляють потоком робочого тіла, який відрізняється тим, що з метою збільшення ефективності турбіни виконані реактивними із осьовою подачею робочого тіла і разом із шестірнею відбору потужності розміщені на загальному валу. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 2