ДВУХТАКТНЫЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателям и может быть использована для малогабаритных устройств, осуществляющих бесступенчатое регулирование производительности во всем диапазоне нагрузок.
Известно двигательно-насосное устройство (двигатель внутреннего сгорания с гидропередачей), содержащее двигательную часть, выполненную в виде оппозитно расположенных соосных силовых цилиндров с установленными в них жестко связанными поршнями, и насосную часть, выполненную в виде гидроцилиндров с размещенными в них плунжерами, жестко связанными с поршнями, причем силовые цилиндры и гидроцилиндры установлены параллельно (патент США №3995427, Кл. 55-595, 1976 г.).
Данное устройство является недостаточно компактным и имеет большие габариты.
6
Известно двигательно-насосное устройство, содержащее двигательную часть, выполненную в виде силовых цилиндров с двигательными поршнями, жестко связанными между собой штоком, и насосную часть, включающую компрессорные полости с впускными и выпускными клапанами и поршнем, связанным со штоком двигательных поршней, отличающееся тем, что насосная часть выполнена в виде гидроцилиндра, установленного соосно с силовым цилиндром, с компрессорными полостями, образованными внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и торцевыми поверхностями поршня, закрепленного на штоке, причем впускные клапаны снабжены управляемым приводом для открывания (патент РФ №RU 2039879, МПК F02B 71/0,1995)
Недостатками данной конструкции является то, что движение поршней происходит одновременно в одном направлении, что приводит к дополнительным ударным нагрузкам, вибрации, двигатель может работать только на малых оборотах.
Была поставлена задача, создать конструкцию двигателя, в котором при работе не возникали бы ударные нагрузки и вибрация.
Поставленная задача решается тем, что в двухтактном свободнопоршневом двигателе, содержащем цилиндр, поршни, насосные камеры, включающие компрессорные полости с впускным и выпускным устройством, снабженным управляемым приводом для открывания и закрывания, гидроаккумуляторы с управляемым клапаном, связанным с датчиком давления, поршни в цилиндре расположены соосно-оппозитно, кроме того, в цилиндре выполнены окна подачи воздуха и выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, окна выхлопа и окна подачи воздуха управляются по команде датчика положения поршня, датчика давления гидрожидкости в гидромагистрали, насосные камеры расположены со стороны штоков поршней, соответственно, впускные и выпускные устройства выполнены в виде вращающихся заслонок с отверстиями, кроме того, двигатель дополнительно снабжен устройством догрузки разгрузки и устройством контроля положения поршней.
Новыми признаками является то, что поршни в цилиндре расположены соосно-оппозитно, кроме того, в цилиндре выполнены окна подачи воздуха и выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, окна выхлопа управляется по команде датчика положения поршня, а окна подачи воздуха управляются изменением давления гидрожидкости в гидромагистрали и от датчика давления, насосные камеры расположены со стороны штоков поршней, соответственно, впускные и выпускные устройства выполнены в виде вращающихся заслонок с отверстиями, кроме того, двигатель дополнительно снабжен устройством догрузки разгрузки и устройством контроля положения поршней.
Расположение поршней соосно-оппозитно позволяет им двигаться одновременно навстречу друг другу и наоборот гася собственную инерцию, выполнение впускных и выпускных устройств в виде вращающихся заслонок с отверстиями позволяет исключить ударное воздействие и обеспечивает бесшумность работы и уменьшение сопротивления при открытии, а расположение окон в противоположных основаниях цилиндра, т.е. вне камеры сгорания исключает воздействие на них высоких температур и давления, связь выпускного управляемого клапана с датчиком положения поршня позволяет улучшить процесс газообмена. Устройство догрузки разгрузки, устраняет возможный дисбаланс в ходе поршней в результате воздействия различных факторов. Все перечисленные признаки позволяют сделать работу двигателя значительно экономичней, эффективней, сохраняя при этом небольшие габариты.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.
На чертеже изображен двухтактный свободнопоршневой двигатель, содержащий цилиндр 1 с поршнями 2, насосные камеры 3, расположенные слева и справа от цилиндра 1 со стороны штоков 4 поршней 2 соответственно, включающие компрессорные полости с впускным и выпускным устройством, выполненным в виде вращающихся заслонок и снабженным управляемым гидроприводом 5 для открывания и закрывания, гидроаккумуляторы 6 и 7 с управляемой заслонкой 8. Заслонка 8 управляется гидроприводом 5 связанным с датчиком давления 9. Датчик давления 9, в зависимости от порога срабатывания, подает команду на открытие заслонки 8, а закрывается заслонка 8 в зависимости от давления в гидромагистрали. Поршни 2 в цилиндре 1 расположены соосно-оппозитно. В цилиндре 1 выполнены окна подачи воздуха и окна для выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, открываемые и закрываемые по команде датчика положения поршней 10 и датчика давления 9, вращающимися заслонками с отверстиями 11 и 12, связанными с гидроприводом 5. При прямом вращении управляются заслонки 8 и 11, а при обратном - выпускная заслонка 12.
Устройство контроля 13 положения поршней 2 в нижней мертвой точке (НМТ) связано с датчиком давления 9, устройством 14 догрузки разгрузки поршней, датчиками положения поршня 10, расходным баком гидрожидкости 15. Гидроаккумуляторы 6 и 7 служат для обеспечения циркуляции гидрожидкости за счет разности давления через гидромагистраль, а так же для разгона поршней при обратном ходе по команде от датчика давления 9, торможения поршней 2 при рабочем ходе в НМТ.
Устройство контроля положения поршней 13 обеспечивает одновременное положение поршней в нижней мертвой точке при недопустимых протечках гидрожидкости в насосную камеру 3 из гидроаккумуляторов 6 и 7, а также пополняет объем гидрожидкости, находящейся в гидросистеме, до расчетного, из расходного бака 15. Обеспечивает возможность использования различного топлива, работая по алгоритму для каждого вида топлива в совокупности с датчиком давления 9 изменяя его порог срабатывания, а так же управляя устройством 14 догрузки разгрузки, устраняет возможный дисбаланс в ходе поршней в результате воздействия различных факторов, сохраняет одновременное положение поршней в НМТ, управляя датчиком 9.
Двигатель работает следующим образом:
В гидроаккумуляторах 6 и 7 имеется необходимое давление гидрожидкости. Поршни 2 находятся в нижней мертвой точке. В цилиндре 1 в пространстве между поршнями 2 находится воздух. Срабатывает датчик давления 9. Гидропривод 5, осуществляя вращение на заданный угол, открывает вращающиеся заслонки 8 гидроаккумулятора 6 и заслонки в дне цилиндра 11, соответственно, и закрывает заслонки в стенках цилиндра 11. В компрессорную полость поступает воздух, вследствие движения поршней, в результате воздействия давления гидрожидкости на штоки 4 в насосных камерах 3. Т.к. насосных камер две и они расположены с двух сторон от цилиндра 1, то происходит одновременное воздействие на поршни 2 и они начинают движение навстречу друг другу, сжимая воздух или топливно-воздушную смесь (способ подачи топлива не рассматривается, так как здесь приемлем любой способ так же как и метод воспламенения топливно-воздушной смеси), которая находится в полости цилиндра 1. Одновременно через открытые окна в дне цилиндра поступает воздух, заполняя вакуум в цилиндре 1 при ходе поршней 2 в верхнюю мертвую точку. В определенный момент происходит воспламенение, торможение поршней и начало их разгона, растет давление в гидромагистрали, срабатывает гидропривод 5 (прямое вращение) закрывая заслонку 8 в гидроаккумуляторе 6 и окна в дне цилиндра заслонкой 11, открывая окна в стенках цилиндра заслонкой 11. Происходит движение поршней в обратном направлении, гидрожидкость вытесняется штоками 4 из насосной камеры 3 в гидроаккумулятор 7 через обратный клапан. По команде датчика положения поршней 10 срабатывает гидропривод 5 (обратное вращение), открывая заслонкой 12 выпускные окна, происходит выхлоп, также телом поршня открываются окна в стенках цилиндра 1, воздух заполняет пространство цилиндра между поршнями 2. Гидропривод 5. продолжая обратное вращение на заданный угол, закрывает окно выхлопа заслонкой 12. Время открытия и закрытия окон выхлопа всегда неизменно. Дальнейшее движение поршней 2 происходит по инерции до нижней мертвой точки. Поршни находятся в покое на время, которое зависит от скорости падения давления гидрожидкости в гидроккумуляторе 7 до порога срабатывания датчика 9, затем весь процесс возобновляется. Возможность использования различного топлива обеспечивается изменением давления порога срабатывания датчика давления 9 и соответствия давления на момент срабатывания в гидроаккумуляторе 6, для этого включается в работу устройство 13 контроля положения поршней.
Компактное расположение насосных камер с компрессорными полостям, гидроаккумуляторов и цилиндра, а также соосно-оппозитное расположение поршней в цилиндре, наличие в цилиндре окон подачи воздуха и выпускных окон, служащих для впуска и выхлопа, управляемых впускным и выпускным устройством, выполненным в виде вращающихся заслонок с отверстиями и наличие устройства контроля положения поршней позволяет создать конструкцию двигателя с высоким КПД, в котором при работе исключаются ударные нагрузки и вибрация.
Таким образом, техническое решение осуществлено, поставленная задача решена.
Двухтактный свободнопоршневой двигатель может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использование современных технологий и материалов.