Двигун внутрішнього згоряння патріна

1. Двигун внутрішнього згоряння, який складається зі статора, що має внутрішній циліндричний робочий об'єм, в якому розташовано поршень для здійснення поступально-зворотних рухів, а також системи підготовки та подачі пальної суміші, її запалювання та відведення відпрацьованих газів, розташованих в кришці циліндра (головці статора), який відрізняється тим, що поршень розділяє об'єм робочого циліндра на дві частини (камери) пневматичну та гідравлічну, при цьому пневмокамера циліндра обмежена однією частиною стінок циліндра, його кришкою (головкою статора) і зовнішньою стороною торця поршня, а гідрокамера циліндра обмежена внутрішньою стороною торця поршня та іншою частиною стінок циліндра, з'єднана через випускний клапан з гідроакумулятором високого тиску, а через впускний клапан - з гідроакумулятором низького тиску, інший (випускний) отвір гідроакумулятора високого тиску з'єднано патрубком (магістраллю високого тиску) з впускним отвором перетворювача гідростатичної енергії в механічну, а випускний отвір зазначеного перетворювача енергії з'єднано за допомогою іншого патрубка (магістралі низького тиску) з іншим (впускним) отвором гідроакумулятора низького тиску, в результаті чого створено замкнуте коло для циркуляційного руху робочої рідини під час роботи двигуна, на гідромагістралях високого та низького тиску встановлено датчики системи управління пневмоклапанами механізмів впуску пальної суміші, її запалювання та відведення відпрацьованих 2 (19) 1 3 96701 4 в механічну обладнано головним валом відбору потужності двигуна. 3. Двигун за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що у випускному клапані, встановленому між гідрокамерою циліндра (робочої порожнини статора) та гідроакумулятором високого тиску, введено додатковий регулятор затримки (паузи) його закриття. 4. Двигун за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що у впускному клапані, встановленому між гідрокамерою циліндра (робочої порожнини статора) та гідроакумулятором низького тиску, введено додатковий регулятор затримки (паузи) його закриття. 5. Двигун за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що в нього введено додатковий керуючий перепускний клапан, встановлений між гідрокамерою циліндра (робочою порожниною статора) та гідроакумулятором низького тиску. 6. Двигун за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що до складу двигуна входить один або більше робочих циліндрів (робочих порожнин статора) в комплекті з відповідною кількістю поршнів (мембран), гідроакумуляторів високого і низького тиску, обладнаних відповідними впускними та випускними клапанами і з'єднаних гідромагістралями високого та низького тиску з одним або декількома перетворювачами гідростатичної енергії в механічну через систему клапанів, які забезпечують синхронізацію перетікання робочої рідини, а також подання пальної суміші (стисненого повітря), її запалювання та відведення відпрацьованих газів. 7. Двигун за будь-яким із пп. 1-6, який відрізняється тим, що параметри робочого тиску від ком пресора в магістралі подачі пальної суміші (для карбюраторних двигунів) задаються в межах від 0,7 МПа до 1,5 МПа, а стисненого повітря (для дизельних двигунів) - від 2,0 до 3,0 МПа. 8. Двигун за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що параметри робочого тиску в еластичній оболонці (пневмокамері) гідроакумулятора високого тиску задаються більшими, ніж параметри робочого тиску, що створюється компресором в магістралі подачі пальної суміші (стисненого повітря), але меншими, ніж тиск робочого тіла під час робочого ходу поршня (мембрани), а тиск в еластичній оболонці (пневмокамері) гідроакумулятора низького тиску задається в межах від 0,11 до 0,20 МПа. 9. Двигун за будь-яким із пп. 1-8, який відрізняється тим, що в нього введено систему, яка видає сигнал на відкривання випускного клапана для відведення відпрацьованих газів із пневмокамери циліндра (робочої порожнини статора) при досягненні заданої мінімальної різниці тиску робочої рідини в магістралях високого та низького тиску на вході та виході перетворювача гідростатичної енергії в механічну. 10. Двигун за будь-яким із пп. 1-8, який відрізняється тим, що в нього введено систему, яка видає сигнал на відкривання випускного клапана для відведення відпрацьованих газів із пневмокамери циліндра (робочої порожнини статора) при досягненні заданої мінімальної різниці тиску робочої рідини в гідрокамері гідроакумулятора низького тиску та гідрокамері циліндра (робочій порожнині статора). Винахід належить до галузі двигунобудування, а саме до двигунів внутрішнього згоряння, що перетворюють теплову енергію на механічну. Як найближчий аналог вибрано традиційний поршневий чотиритактний двигун внутрішнього згоряння (далі - традиційний ДВЗ), головними робочими елементами якого є циліндр, поршень та кривошипно-шатунний механізм. Хімічна енергія палива в прототипі перетворюється в механічну енергію в результаті згоряння пальної суміші в камері згоряння, створеної стінками циліндра та торцем поршня. Під дією розширювання робочого тіла поршень в циліндрі здійснює поступальнозворотний рух, який перетворюється в обертальний рух за допомогою кривошипно-шатунного механізму. Недоліком найближчого аналогу є складність виготовлення деталей та вузлів кривошипношатунного механізму, високий рівень металоємності, тертя та шумів, низький коефіцієнт корисної дії через великі втрати енергії, загроза заклинювання двигуна в результаті зношування деталей при терті та порушеннях в системі змащування. Задачею винаходу є вдосконалення конструкції традиційного поршневого чотиритактного дви гуна внутрішнього згоряння шляхом заміни складного та металоємного кривошипно-шатунного механізму новими пристроями та робочими елементами, які б забезпечували надійний та ефективний спосіб перетворення хімічної енергії палива в механічну. Вирішення поставленої задачі досягається новим способом перетворення теплової енергії палива в механічну, що включає приготування, стискання та спалювання суміші палива і повітря в замкнутому об'ємі, який відрізняється тим, що звільнену теплову енергію пальної суміші спочатку перетворюють в гідростатичну, а потім в механічну енергію, що забезпечує підвищення коефіцієнта корисної дії пристроїв (двигунів внутрішнього згоряння), що здійснюють таке перетворення. З цією метою в двигун, який складається зі статора, що має внутрішній циліндричний робочий об'єм, в якому розташовано поршень для здійснення поступально-зворотних рухів, а також систем підготовки та подачі пальної суміші, її запалювання та відведення відпрацьованих газів, розташованих в кришці циліндра (головці статора), пропонується ввести ряд нових елементів, таких як пневматична та гідравлічна камери робочого 5 циліндра, гідроакумулятори високого та низького тиску із відповідними клапанами, перетворювач гідростатичної енергії в механічну, обладнаний головним валом відбору потужності двигуна, а також системи управління клапанами механізмів впуску пальної суміші, її запалювання та відведення відпрацьованих газів, перетікання робочої рідини по замкнутому колу між введеними новими пристроями двигуна. В запропонованій конструкції двигуна поршень (4), обладнаний ущільнювальними кільцями (3), розділяє об'єм робочого циліндра (1) на дві частини (камери) - пневматичну (24) та гідравлічну (23). При цьому пневмокамера циліндра (24) обмежена однією частиною стінок циліндра (1), його кришкою (головкою статора) (2) і зовнішньою стороною торця поршня (4). А гідрокамера циліндра (23) обмежена внутрішньою стороною торця поршня (4) та іншою частиною стінок циліндра (1). Вона також з'єднана через випускний клапан (21) з гідроакумулятором високого тиску (15), а через впускний клапан (22) - з гідроакумулятором низького тиску (16). Інший (випускний) отвір гідроакумулятора високого тиску (15) з'єднано патрубком (магістраллю високого тиску) (11) з впускним отвором перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13), а випускний отвір зазначеного перетворювача енергії (13) з'єднано за допомогою іншого патрубка (магістралі низького тиску) (12) з іншим (впускним) отвором гідроакумулятора низького тиску (16). В результаті цього створено замкнене коло для циркуляційного перетікання робочої рідини під час роботи двигуна між такими новими пристроями: гідрокамера циліндра (23) - гідроакумулятор високого тиску (15) - перетворювач гідростатичної енергії в механічну (13) - гідроакумулятор низького тиску (16) - гідрокамера циліндра (23). На гідромагістралях високого (11) та низького (12) тиску встановлено датчики системи управління (10) клапанами механізмів впуску пальної суміші (7), її запалювання (14) та відведення відпрацьованих газів (9), а також перетікання робочої рідини по замкнутому колу між запропонованими вище новими пристроями двигуна. Кожен із гідроакумуляторів (15 чи 16) складається із пневматичної (19 чи 20) та гідравлічної (26 чи 25) робочих камер, розділених між собою еластичними перегородками (19 чи 20), які забезпечують підтримку в кожному з них заданого робочого тиску (відповідно високого чи низького). Перетворювач гідростатичної енергії в механічну (13) обладнано головним валом відбору потужності двигуна (не показано). Приклад такої конструкції зображено на кресленні (фіг.1) та викладено в пункті 1 формули винаходу. Як варіант, пропонується також конструкція двигуна, в якому робоча порожнина статора (27) розділяється на пневматичну (24) та гідравлічну (23) робочі камери за допомогою встановленої в ньому еластичної перегородки (мембрани) (28), що викладено в пункті 2 формули винаходу та зображено на кресленні (фіг.2). Щоб не переобтяжувати креслення, на ньому не показано деталей кріплення між собою окремих частин корпусу статора (27). 96701 6 В подальшому, з метою спрощення викладення суті винаходу, запропонована конструкція та принцип роботи будуть розглянуті детальніше на прикладі двигуна з циліндром (1) та поршнем (4). Але все викладене рівною мірою стосується і двигуна, в якому замість них використовується робоча порожнина статора (27) та мембрана (28). Варто зазначити, що мембрана (28) має бути виготовленою із термостійких матеріалів, які б забезпечували її еластичність при досить тривалому використанні. До речі, виконанню зазначеної вимоги сприяє постійний контакт внутрішньої сторони мембрани (28) з робочою рідиною гідрокамери (23) порожнини статора (27). Взаємодія всіх вузлів та пристроїв двигуна забезпечує циркуляційне наповнення пневмокамери циліндра (24) підготовленою пальною сумішшю, її згоряння та передачу силових імпульсів від робочого тіла під час його розширювання в пневмокамері (24) через поршень (4) до робочої рідини гідрокамери циліндра (23), від неї, через випускний клапан (21) та гідроакумулятор високого тиску (15), до перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13) і, відповідно, до головного вала відбору потужності двигуна (не показано). Після завершення робочого ходу здійснюється видалення відпрацьованих газів із пневмокамери двигуна (24) при відкритті випускного пневмоклапана (9) та надходженні робочої рідини в гідрокамеру циліндра (23) через впускний клапан (22) від гідроакумулятора низького тиску (16). Система підготовки та подачі пальної суміші в запропонованому двигуні також дещо відрізняється від традиційних ДВЗ. Головна відмінність полягає в тому, що підготовка та стискання до необхідного заданого рівня тиску пальної суміші (для карбюраторних двигунів) чи повітря (для дизельних чи інжекторних двигунів) здійснюється в спеціальному пристрої (компресорі) (6) до подання їх в пневмокамеру циліндра (24). Разом з тим, запалювання пальної суміші за допомогою свічки запалювання (для карбюраторних чи інжекторних двигунів) (14) або вприскування палива через форсунку (для дизельных двигунів) може залишатися практично таким же (з врахуванням використання сучасних, в тому числі електронних, засобів управління механізмом запалювання пальної суміші). Відомо, що ступінь стискання пальної суміші обмежений детонаційною стійкістю палива при згорянні. Залежно від типу і марки палива (бензин, дизпаливо, газ, спирт, біодизель або їх суміші) та оптимального ступеня стискання пальної суміші чи повітря в пневмокамері циліндра (24), задаються і параметри тиску в гідрокамері (26) та пневмокамері (19) гідроакумулятора високого тиску (15), а також випускного (21) клапана гідрокамери циліндра (23) і датчиків системи управління пневмоклапанами (10) механізмів подачі пальної суміші (стисненого повітря) (7), її запалювання (14) та видалення відпрацьованих газів (9). Для сучасних бензинових чи газових двигунів коефіцієнт стискання пальної суміші складає від 7 до 12, а повітря в дизельних двигунах - близько 25. Тобто, перед моментом запалювання тиск па 7 льної суміші в пневмокамері циліндра (24) карбюраторних чи інжекторних двигунів має складати від 0,7 до 1,2 МПа, а повітря в дизельних двигунах близько 2,5 МПа. В перспективі детонаційна стійкість палива може підвищуватися і спалювання пальної суміші бензину, газу, спирту або їх сумішей може здійснюватися, наприклад, при тиску, близькому до 1,5 МПа, а дизельного палива - до 3,0 МПа (пункт 7 формули винаходу). Для недопущення переміщення поршня (4) вниз при подачі в пневмокамеру циліндра (24) стисненої приготовленої пальної суміші чи повітря, в гідроакумуляторі високого тиску (15), з'єднаному з гідрокамерою циліндра (23) через випускний клапан (21), необхідно мати тиск не нижчий, ніж тиск підготовленої компресором (6) пальної суміші чи повітря (тобто, для карбюраторних двигунів - дещо вищим, ніж 1,2…1,5 МПа, а для дизельних - понад 2,5…3,0 МПа) (пункт 8 формули винаходу). Відкриватися зазначений випускний клапан (21) повинен тільки після запалювання пальної суміші при зростанні тиску робочого тіла в пневмокамері циліндра (24) та рідини в гідрокамері циліндра (23) до 4,5…5,0 МПа, тобто, під час робочого ходу поршня (4). З метою недопущення скорочення робочого ходу поршня (4) в результаті передчасного закриття зазначеного випускного клапана (21) при зниженні тиску робочого тіла в пневмокамері циліндра до рівня, меншого ніж 1,2…1,5 МПа (для карбюраторних двигунів) або 2,5…3,0 МПа (для дизельних двигунів), пропонується ввести додатковий регулятор параметрів закриття зазначеного випускного гідроклапана (21), що зазначено в пункті 3 формули винаходу. Це дає можливість регулювати тривалість робочого ходу поршня (4), продовжуючи його до того часу, доки тиск в пневмокамері циліндра (24) буде перевищувати атмосферний. Закриватися він може або автономно (після завершення паузи, на яку він буде відрегульований), або примусово (по команді датчиків системи управління клапанами (10) після досягнення заданої мінімальної різниці тиску робочої рідини між магістралями високого (11) та низького (12) тиску на вході і виході перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13) безпосередньо перед відкриттям випускного пневмоклапана (9) для відведення відпрацьованих газів). Впускний клапан (22), встановлений між гідрокамерою циліндра (23) та гідроакумулятором низького тиску (16), буде закритим протягом тактів впуску пальної суміші (стисненого повітря) та робочого ходу поршня (4) до моменту відкриття випускного пневмоклапана (9) для відведення відпрацьованих газів, в результаті чого тиск в пневмокамері циліндра (24) стане близьким до атмосферного. Незалежно від виду палива, в гідроакумуляторі низького тиску (16) необхідно мати робочий тиск дещо вищим від атмосферного (теоретично в межах від 0,11 до 0,20 МПа) (пункт 8 формули винаходу). Момент готовності двигуна до завершення повного циклу визначається досягненням заданої мінімальної різниці тиску робочої рідини між магістралями високого (11) та низького (12) тиску на 96701 8 вході і виході перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13), коли встановлені в них датчики тиску видадуть команду системі управління пневмоклапанами (10) на відкривання клапана (9) для виведення відпрацьованих газів через випускний канал (8). Після зниження тиску в пневмокамері циліндра (24) до атмосферного рівня, який через поршень (4) передається рідині гідрокамери циліндра (23), досягається задана мінімальна різниця тиску на вході та виході впускного клапана (22), встановленого між гідрокамерою циліндра (23) та гідроакумулятором низького тиску (16), що забезпечує його відкривання та подачу робочої рідини із гідроакумулятора низького тиску (16) до гідрокамери циліндра (23), а відповідно - переміщення поршня (4) в верхнє положення та виштовхування залишків відпрацьованих газів із пневмокамери циліндра (24). Після закриття пневмоклапана вихлопних газів (9) двигун знову готовий до початку чергового циклу, тобто, до впуску нової порції пальної суміші (для карбюраторних двигунів) чи стисненого повітря (для дизельних чи інжекторних двигунів). Для забезпечення заданого об'єму пневмокамери циліндра (24) та впуску відповідної кількості нової порції приготовленої пальної суміші (стисненого повітря), в верхній частині стінки циліндра встановлюють спеціальні упори (обмежувачі), розмір яких залежить від типу та марки палива, призначеного для використання в конкретному двигуні (на кресленнях не показано). З метою повнішого видалення вихлопних газів та недопущення їх змішування з новою порцією пальної суміші чи стисненого повітря доцільно довести верхній торець поршня (4) якнайближче до кришки робочого циліндра (головки статора) (2). Але при цьому об'єм пневмокамери циліндра (24) над торцем поршня (4) зменшиться практично до нуля, а об'єм гідрокамери циліндра (23) під торцем поршня, заповнений робочою рідиною, стане максимальним. Як відомо, рідини не стискуються. Тому наповнення пневмокамери циліндра (24) новою порцією пальної суміші (стисненого повітря) буде мінімальним. Для забезпечення оптимальних розмірів пневмокамери циліндра (24) при наповненні її новою порцією пальної суміші (стисненого повітря) у конструкцію впускного клапана (22), встановленого між гідрокамерою робочого циліндра (23) та гідроакумулятором низького тиску (16), доцільно ввести додатковий регулятор затримки (паузи) його закриття, необхідної для часткового зворотного виштовхування робочої рідини з гідрокамери циліндра (23) в гідроакумулятор низького тиску (16) (на кресленнях не показано). Чим довша така пауза, тим більша кількість робочої рідини із гідрокамери циліндра (23) буде витіснено під дією вищого тиску нової порції пальної суміші (0,7…1,5 МПа) чи стисненого повітря (2,5…3,0 МПа) в порівнянні з робочим тиском гідроакумулятора низького тиску (16), який становить від 0,11 до 0,20 МПа. При цьому на скільки зменшиться об'єм гідрокамери циліндра (23) на стільки ж симетрично зросте і об'єм пневмокамери циліндра (24). 9 Максимальний стартовий об'єм пневмокамери циліндра (24) при подачі нової порції пальної суміші (стисненого повітря) протягом одного такту впуску повинен обмежуватися таким чином, щоб залишався достатній об'єм робочої рідини в гідрокамері циліндра (23) для наступного її витіснення в гідроакумулятор високого тиску (15) і далі по колу при розширенні в 3-5 разів робочого тіла в пневмокамері циліндра (24) під час робочого ходу поршня (4) після запалювання пальної суміші. В залежності від типу та марки палива оптимальне співвідношення між об'ємами пневматичної (24) та гідравлічної (23) камер циліндра під час такту впуску теоретично має знаходитися в межах від 1/5 до 1/3. Тому пропонується ввести додатковий регулятор параметрів закриття зазначеного впускного гідроклапана (22), що зазначено в пункті 4 формули винаходу. Це дасть можливість встановлення оптимальних стартових розмірів пневмокамери циліндра (24) при наповненні її новою порцією пальної суміші (стисненого повітря) за один такт впуску для кожного прийнятого типу чи марки палива. Сучасні електронні засоби контролю та управління клапанами дозволяють використовувати ще один спосіб регулювання стартових розмірів пневмокамери циліндра (24), а відповідно і кількості пальної суміші (стисненого повітря), що подаються до двигуна за один такт впуску. З цією метою пропонується ввести в двигун додатковий управляючий перепускний гідроклапан, встановлений між гідрокамерою (23) робочого циліндра (1) чи робочої порожнини статора (27) та гідроакумулятором низького тиску (16) (на кресленнях не показано). Змінюючи його параметри (робочий тиск, час відкриття та закриття), можна змінювати об'єм пневмокамери двигуна (24) при наповненні її приготовленою пальною сумішшю (стисненим повітрям), відповідно оперативно регулюючи кількість пальної суміші (стисненого повітря), що подаються до працюючого двигуна протягом кожного такту впуску, тобто управляти його потужністю в значних межах (п. 5 формули винаходу). Таким чином, повний цикл роботи запропонованого двигуна здійснюється протягом трьох тактів: - впуск, тобто подача від спеціального компресора (6) в пневмокамеру циліндра (24) нової порції приготовленої та стисненої пальної суміші (в карбюраторних двигунах) чи повітря (в дизельних чи інжекторних двигунах); - робочий хід, тобто розширювання робочого тіла в пневмокамері циліндра (24) після запалювання пальної суміші (за допомогою іскри від свічки (14) в карбюраторних чи інжекторних двигунах або вприскування палива під тиском від форсунки в дизельних двигунах), підвищення тиску на поршень (4) до 4,5…5,0 МПа і відповідно на робочу рідину, що знаходиться під поршнем (4) в гідрокамері циліндра (23), відкривання випускного клапана (21) зазначеної гідрокамери (23), перетікання робочої рідини в гідроакумулятор високого тиску (15), із нього по патрубку (11) на вхід перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13), після 96701 10 приведення в рух головного вала відбору потужності двигуна та зниження рівня гідростатичного тиску робоча рідина перетікає в гідроакумулятор низького тиску (15); - випуск відпрацьованих газів (детальніше описано вище). Запропонований новий спосіб перетворення теплової енергії спочатку в гідростатичну, а потім в механічну, а також приготування та стискання пальної суміші (повітря) до оптимального значення за межами робочого циліндра (1) чи робочої порожнини статора (27) дозволяють зменшити кількість та тривалість допоміжних тактів, збільшивши відносну тривалість головного (продуктивного) такту робочого ходу з 25 % як мінімум до 33 %. Більше того, варто враховувати, що моменти початку та закінчення, а відповідно і тривалість кожного такту, задаються параметрами системи управління (10), гідравлічними та пневматичними клапанами. Як показано вище, змінюючи ці параметри, можна управляти тривалістю кожного такту в залежності від типу і марки палива та інших конструктивних особливостей і призначення двигуна. Відповідно, можна збільшувати відносну тривалість робочого ходу до 50-60 % в порівнянні з двома іншими (підготовчим та обслуговуючим) тактами: впуском пальної суміші (стисненого повітря) та вихлопом відпрацьованихгазів. Таким чином, збільшення відносної тривалості робочого ходу сприяє повнішому згорянню пальної суміші, що забезпечує не тільки підвищення ефективності роботи двигуна, але й зменшення забруднення навколишнього природного середовища. Приклад одного з можливих варіантів конструкції запропонованого двигуна зображено на кресленні (фіг.1). Двигун включає циліндр (1), обмежений з торця кришкою (2), яку ще називають головкою статора. В кришці циліндра (2) виконано впускний (5) та випускний (8) канали відповідно для подачі всередину циліндра приготовленої пальної суміші (стисненого повітря) та видалення із нього продуктів згоряння. Канали обладнано відповідно впускним (7) та випускним (9) клапанами. В кришці циліндра (2) змонтовано також свічку запалювання (14) (в карбюраторних та інжекторних двигунах) чи форсунку (в дизельних двигунах) для забезпечення запалювання пальної суміші в пневмокамері (24) двигуна. Всередині циліндра (1) розташовано поршень (4), який має здійснювати поступально-зворотні рухи вздовж осі циліндра (1). Верхня частина циліндра (1), кришка циліндра (2) та верхній торець поршня (4) створюють робочу порожнину, яку називають пневмокамерою циліндра (24), яку з'єднано каналом (5) з магістраллю нагнітання компресора (6), вхідну магістраль якого обладнано карбюратором (не показано). Компресор (6) призначений для стискання пальної суміші (для карбюраторних двигунів) чи повітря (для дизельних двигунів) та подачу їх в пневмокамеру циліндра (24). В іншій частині циліндра (1) під поршнем (4) створено іншу робочу порожнину (23), яка обмежується нижньою частиною стінки циліндра (1) та внутрішньою стороною торця поршня (4), а також 11 корпусами двох гідроакумуляторів (15) та (16). Її називають гідрокамерою циліндра, оскільки вона заповнена робочою рідиною, призначеною для виконання функцій по перетворенню теплової енергії пальної суміші спочатку в гідростатичну, а потім в механічну енергію. Гідроакумулятор (15) являє собою твердий сферичний корпус (17), всередині якого розташована заповнена газом еластична оболонка (19). Рівень робочого тиску газу в еластичній оболонці (19) гідроакумулятора (15) залежить від типу та марки палива (як показано вище) і задається в межах від 0,7 до 1,5 МПа для карбюраторних або від 2,5 до 3,0 МПа - для дизельних двигунів. Інша частина цього гідроакумулятора заповнена робочою рідиною і називається його гідрокамерою (26). Цей гідроакумулятор (15) називають гідроакумулятором високого тиску, оскільки в нього надходить робоча рідина під високим тиском із гідрокамери циліндра (23) через випускний клапан (21) під час робочого ходу поршня (4) в результаті розширення робочого тіла в пневмокамері циліндра (24). Інший (випускний) отвір гідроакумулятора високого тиску (15) з'єднано патрубком (магістраллю високого тиску) (11) з впускним отвором перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13). А випускний отвір зазначеного перетворювача енергії з'єднано іншим патрубком (магістраллю низького тиску) (12) зі впускним отвором гідрокамери (25) другого гідроакумулятора (16), який називають гідроакумулятором низького тиску. Цей гідроакумулятор (16) являє собою твердий тороїдальний корпус (20), всередині якого також розташована заповнена газом еластична оболонка (18), яку називають пневмокамерою гідроакумулятора. Рівень робочого тиску газу в оболонці цього гідроакумулятора, незалежно від типу та марки палива, повинен бути дещо вищим від атмосферного (теоретично від 0,11 до 0,20 МПа), що набагато нижче за тиск приготовленої пальної суміші (стисненого повітря), які подаються в гідрокамеру циліндра (24), чи тиску робочого тіла в ній під час робочого ходу поршня (4) та тиску рідини в гідрокамері циліндра (23) і в гідроакумуляторі високого тиску (15). Саме тому другий гідроакумулятор (16) називають гідроакумулятором низького тиску. Встановлений між ним та гідрокамерою циліндра (23) впускний клапан (22) відкривається після завершення робочого ходу поршня (4), зниження різниці тиску між магістраллю високого і низького тиску на вході (11) та виході (12) перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13), видачі датчиками системи управління (10) команди на закриття випускного гідроклапана (21), встановленого між гідрокамерою циліндра (23) та гідроакумулятором високого тиску (15), та відкриття випускного пневмоклапана (9) для відведення відпрацьованих газів через випускний канал (8) двигуна. Як відзначалося вище, магістраль (11) призначена для подання від гідроакумулятора високого тиску (15) робочої рідини під високим тиском до перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13), а магістраль (12) призначена для відведення робочої рідини, яка віддала свою енергію в зазна 96701 12 ченому перетворювачі енергії (13) до гідрокамери (25) гідроакумулятора низького тиску (16). Конструкція перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13) може бути різною. В залежності від призначення двигуна перетворювач може перетворювати високий статичний тиск робочої рідини в обертальний, поступальнозворотний або інші види руху. Для прикладу на кресленнях (фіг.1 та 2) наведено схему перетворювача гідростатичної енергії в механічну з пристроєм для одержання на виході обертального руху (13). Він складається із двох шестерень, змонтованих на окремих валах в єдиному корпусі, які знаходяться в зачепленні між собою. В зоні зачеплення шестерень корпус має два отвори: один - для подачі в перетворювач робочої рідини під високим статичним тиском (11), а інший - для відведення робочої рідини з низьким статичним тиском (12). Поза зоною зачеплення шестерень між внутрішньою поверхнею корпуса та торцями зубців шестерень забезпечено мінімальні зазори, які не дозволяють перетікання робочої рідини в цих місцях. Продовження валів шестерень (або одного із них) за межі корпуса призначено для відбору від перетворювача гідростатичної енергії в механічну енергію (13) у вигляді головного вала відбору потужності двигуна (не показано). При подачі в магістраль високого тиску (11) робоча рідина з високим статичним тиском діє на зубці шестерень, змушуючи їх обертатись одна назустріч іншій в напрямку від вхідного до вихідного отворів перетворювача енергії. З вихідного отвору робоча рідина витікає з порожнини, обмеженої зубцями шестерень та внутрішньої поверхні корпуса, і відводиться із перетворювача енергії (13) по магістралі низького тиску (12) до гідрокамери (25) гідроакумулятора низького тиску (16). При використанні перетворювача енергії зазначеної конструкції відведення механічної енергії від нього здійснюється шляхом підключення до валів шестерень (або однієї із них) споживача механічної енергії. Датчики тиску системи управління (10) видають сигнал на закриття випускного гідроклапана (21), встановленого між гідрокамерою циліндра (23) та гідроакумулятором високого тиску (15), та відкриття випускного пневмоклапана (9) для відведення відпрацьованих газів через випускний канал (8) двигуна при досягненні заданої мінімальної різниці тиску робочої рідини між магістралями високого (11) та низького (12) тиску відповідно на вході та виході перетворювача енергії (13) (пункт 9 формули винаходу). Як варіант, зазначені датчики тиску можуть бути встановлені для визначення заданої мінімальної різниці тиску робочої рідини не на магістралях високого (11) та низького (12) тиску, а в гідрокамері циліндра (робочої порожнини статора) (23) та гідроакумуляторі низького тиску (16). Можливе і комбінування цих двох варіантів для забезпечення більшої надійності системи управління (10) гідравлічними та пневматичними клапанами двигуна. Запропонований пристрій (двигун внутрішнього згоряння) працює наступним чином. Початковий стан двигуна: 13 - впускний клапан (7) - закритий; - випускний клапан (9) - закритий; - поршень (4) знаходиться в верхньому положенні; - пневмокамера (24) робочого циліндра (1) має мінімальний об'єм, а гідрокамера (23) - заповнена робочою рідиною в об'ємі, близькому до максимального; - випускний гідроклапан (21) та впускний гідроклапан (22) - закриті; - гідрокамера (26) гідроакумулятора високого тиску (15) та гідрокамера (25) гідроакумулятора низького тиску (16) заповнені робочою рідиною на мінімальному рівні від їх робочих об'ємів. Робота двигуна розпочинається із запуску компресора (6). При цьому його привід при запуску здійснюється від автономного джерела енергії (не показано), а в процесі роботи - через систему приводів від перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13). Втягуючи повітря через карбюратор (для карбюраторних двигунів), компресор (6) стискає пальну суміш до заданого оптимального значення. Для дизельних двигунів компресор (6) нагнітає повітря також до необхідного оптимального значення в межах, зазначених вище. При досягненні компресором (6) заданого рівня тиску відкривають клапан (7). Стиснена готова пальна суміш по каналу (5) надходить в пневмокамеру (24) робочого циліндра (1). Впускний клапан (7) закривається. При цьому поршень (4) знаходиться в вихідному становищі, оскільки робоча рідина під ним в гідрокамері циліндра (23) не стискується і не може бути витіснена до тих пір, доки випускний гідроклапан (21) до гідроакумулятора високого тиску (15) та впускний гідроклапан (22) від гідроакумулятора низького тиску (16) залишаються закритими. При використанні регулятора затримки (паузи) закриття впускного гідроклапана (22) або управляючого перепускного гідроклапана між гідрокамерою циліндра (23) та гідроакумулятором низького тиску (16) робоча рідина із гідрокамери циліндра (23) в заданих межах буде частково витіснена до гідроакумулятора низького тиску (16). При цьому об'єм пневмокамери циліндра і кількість поданої до неї пальної суміші (стисненого повітря) досягнуть заданого значення, близького до оптимального. Цей процес відповідає такту впуску. Після цього подають імпульс високої напруги на свічку (14) (в карбюраторному двигуні) або вприскують паливо через форсунку (в дизельному двигуні), що забезпечує загоряння пальної суміші. В результаті цього в пневмокамері циліндра (24) робоче тіло розширюється і тиск зростає орієнтовно до 4,5…5,0 МПа. При його дії на поршень (4) відповідно зростає тиск робочої рідини в гідрокамері циліндра (23), що зумовлює відкривання випускного клапана (21) та витіснення робочої рідини від неї до гідрокамери (26) гідроакумулятора високого тиску (15), а від нього - по гідромагістралі високого тиску (11) на вхід перетворювача гідростатичної енергії в механічну (13). Віддавши енергію, робоча рідина по магістралі низького тиску (12) надходить від перетворювача енергії (13) до гідрокамери (25) гідроакумулятора низького тиску (16). 96701 14 При цьому впускний клапан (22) залишається закритим, оскільки тиск робочої рідини в гідрокамері циліндра (23) буде більшим, ніж її тиск в гідроакумуляторі низького тиску (16). У міру витіснення робочої рідини із гідрокамери циліндра (23) та гідроакумулятора високого тиску (15) і наповнення нею гідроакумулятора низького тиску (16) різниця тиску робочої рідини в магістралях (11) та (12) буде зменшуватися доти, доки не досягне заданого мінімального значення, при якому спрацьовують датчики системи управління (10) клапанами. Таким чином, завершується робочий такт двигуна. При досягненні заданої мінімальної різниці тиску система управління клапанами (10) видає сигнал на закриття випускного гідроклапана (21) гідрокамери (23) циліндра (1) та відкриття випускного пневмоклапана (9) пневмокамери (24) циліндра (1). Після відведення вихлопних газів через випускний канал (8) тиск в пневмокамері циліндра (24) зрівняється з атмосферним. Відповідно знизиться тиск і в гідрокамері циліндра (23). В результаті відкриється впускний клапан (22) і робоча рідина із гідрокамери (25) гідроакумулятора низького тиску (16) буде витіснятися в гідрокамеру циліндра (23). Це зумовить переміщення поршня (4) вверх до упора і видалення залишків продуктів згоряння через відкритий клапан (9) та випускний канал (8). Клапан (9) закривають. Такт вихлопу закінчено. Двигун знаходиться в початковому стані і готовий до чергового циклу, який знову розпочинається тактом впуску, тобто відкриттям впускного клапана (7) та поданням в пневмокамеру циліндра (24) нової порції приготовленої пальної суміші (стисненого повітря) від компресора (6). Цикли циркуляційно повторюються протягом всієї роботи двигуна. Конкретна конструкція запропонованого двигуна внутрішнього згоряння може бути різною в залежності від його призначення, типу і марки палива та інших особливостей. Можливе також комбінування різної кількості головних пристроїв та робочих елементів двигуна. До його складу можуть входити один або більше ніж один робочий циліндр (1) чи робоча порожнина статора (27) в комплекті з відповідною кількістю поршнів (4) чи мембран (28), гідроакумуляторів високого (15) та низького (16) тиску, обладнаних відповідними випускними (21) та впускними (22) клапанами і з'єднаних гідромагістралями високого (11) та низького (12) тиску з одним чи декількома перетворювачами гідростатичної енергії в механічну (13) через спеціальну систему клапанів (не показано), які б забезпечували синхронізацію перетікання робочої рідини, а також подання пальної суміші (стисненого повітря), її запалювання та відведення відпрацьованих газів (пункт 6 формули винаходу). Запропонована конструкція двигуна забезпечує такі переваги в порівнянні з найближчим аналогом: 1. Зменшення габаритів, маси та матеріалоємності двигуна на 30-35 %. 2. Зниження рівня тертя та шумів не менше ніж на 40 %. 15 3. Підвищення надійності роботи двигуна завдяки зменшенню тертя деталей та низькій імовірності їх заклинювання. 4. Збільшення коефіцієнта корисної дії використання палива не менше, ніж на 15-20 % в результаті зменшення втрат на тертя та відносного збільшення тривалості робочого ходу. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 96701 16 5. Зниження викидів шкідливих речовин у довкілля в результаті повнішого згоряння пальної суміші та кращої вентиляції пневмокамери двигуна перед її наповненням новою порцією пальної суміші (стисненого повітря). Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601