СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ МОТОКОМПРЕССОР ЕРЕМЕНКО
EREMENKO'S FREE-PISTON MOTOR COMPRESSOR

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при создании мотокомпрессора со свободнодвижущимися поршнями различного назначения.
Известны серийно выпускаемые газомотокомпрессоры, например 10ГКН или 10ГКМ, состоящие из десятицилиндрового V-образного двухтактного поршневого газового двигателя внутреннего сгорания и горизонтального пятирядного крейцкопфного поршневого компрессора (Каталог-справочник НИИИНФОРМТЯЖМАШ. Дизели, газовые двигатели, 1968 г., с.188-198).
Недостатком этих мотокомпрессоров являются сложность конструкции и эксплуатации, а также неуравновешенность сил инерции, требующая применения мощного фундамента, высокий удельный вес мотокомпрессора (45-65 кг/л.с.) и высокая трудоемкость в изготовлении мотокомпрессора.
Наиболее близким по технической сущности является двигатель-компрессор (патент РФ №2128781, 6 F02B 71/06), содержащий соосно размещенные в едином блоке один цилиндр поршневого компрессора и два цилиндра двигателя внутреннего сгорания, работающих поочередно, каждый из которых содержит форсунку, свечу зажигания и свободнодвижущийся в цилиндрической полости поршень, связанный с поршнем компрессора, а также впускные и выпускные патрубки. Поршневой компрессор размещен между двигателями внутреннего сгорания и отделен от них с двух сторон разделительными перегородками. Перегородки снабжены отверстиями по оси, куда заключен шток, к концам которого прикреплены поршни двигателей, а к средней части штока прикреплен поршень компрессора, при этом на боковой поверхности цилиндра компрессора образован сквозной продольный паз, куда заключен управляющий шток в виде консоли, прикрепленный к поршню компрессора. Поршень компрессора выполнен в виде цилиндра с двумя противоположно направленными относительно плоскости симметрии полостями, при этом двигатели внутреннего сгорания содержат у основания впускные и выпускные патрубки, снабженные клапанами.
Недостатком этих двигателей-компрессоров является динамическая неуравновешенность, требующая наличия фундамента, и ограниченные возможности по количеству ступеней компрессора.
Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективного свободнопоршневого мотокомпрессора упрощенной конструкции с необходимым количеством ступеней компрессора легкого в изготовлении и эксплуатации, уменьшение длины зубчатых реек и площади мотокомпрессора в плане, а также отсутствие фундамента.
Для решения этой задачи предложен свободнопоршневой мотокомпрессор ЕРЕМЕНКО, состоящий из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме и содержащих по одному цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора, осевые линии блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости общей рамы, а поршни всех блоков взаимосвязаны между собой механизмом синхронизации, содержащим штоки, жестко соединяющие поршни двигателя и компрессора, с шарнирно закрепленными на них траверсами, к которым шарнирно присоединены по две зубчатые рейки, шестерни синхронизатора размещены между блоками цилиндров, закреплены на общей раме и каждая шестерня входит в зацепление с двумя зубчатыми рейками двух соседних блоков, а количество шестерен равно количеству блоков цилиндров.
Двигатели могут быть бензиновыми, или газовыми, или газовыми с впрыском жидкого запального топлива, или дизельными, а поршневой компрессор (в дальнейшем - компрессор) может быть одноступенчатым или многоступенчатым с поршнями простого или двойного действия, а также с дифференциальными поршнями.
Охлаждение цилиндров двигателей и компрессоров может быть жидкостным, или воздушным, или комбинированным.
На фиг.1 представлен блок цилиндров; на фиг.2 - принципиальная схема мотокомпрессора, содержащего 12 блоков цилиндров, расположенных по двум параллельным линиям, вид сверху; на фиг.3 - приниципиальная схема мотокомпрессора, содержащего 12 блоков цилиндров, разрез по А-А; на фиг.4 - принципиальная схема мотокомпрессора, содержащего шесть блоков цилиндров, расположенных по замкнутой кривой (окружности), вид сверху; на фиг.5 - принципиальная схема мотокомпрессора, содержащего шесть блоков цилиндров, разрез по Б-Б; на фиг.6 - шестерня синхронизатора; на фиг.7 - разрез шестерни синхронизатора по В-В.
Блок цилиндров (фиг.1) состоит из цилиндра двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 и цилиндра компрессора 2. В верхней части цилиндра двигателя расположена камера сгорания 3, запальная свеча для воспламенения горючей смеси 4 или форсунка для впрыска топлива 5 и клапан для подачи сжатого воздуха при запуске двигателя 6. В цилиндрической части расположен поршень 7. Нижняя часть цилиндра двигателя закрыта крышкой 8, в которой размещены всасывающие клапаны 9 и уплотнительное устройство 10. Цилиндр двигателя также имеет впускные 11 и выпускные патрубки 12 и продувочные окна 13, соединенные с нижней полостью цилиндра каналом 14.
Цилиндр компрессора имеет всасывающие клапаны 15, нагнетательные клапаны 16 и уплотнительное устройство 17. В цилиндрической части расположен поршень 18, жестко соединенный с поршнем двигателя штоком 19. Со штоком шарнирно соединена траверса 20, к которой шарнирно присоединены зубчатые рейки 21. Цилиндры двигателя и компрессора закреплены на общей раме 22.
На фиг.2 представлена принципиальная схема мотокомпрессора, состоящего из 12 блоков цилиндров, расположенных по двум параллельным осевым линиям - вид сверху. Шестерни синхронизатора 23 и 24, отличающиеся между собой только наружным диаметром, расположены между блоками цилиндров и закреплены на общей раме 22.
Каждая шестерня механизма синхронизации входит в зацепление с двумя зубчатыми рейками двух соседних блоков цилиндров таким образом, что если в одном блоке цилиндров поршни движутся вниз, то в соседнем блоке цилиндров поршни движутся вверх.
Разрез по А-А схемы мотокомпрессора, содержащего 12 блоков цилиндров, представлен на фиг.3.
Фиг.4 демонстрирует вид сверху принципиальной схемы мотокомпрессора, который содержит шесть блоков цилиндров, расположенных по замкнутой кривой (окружности) таким образом, что их осевые линии параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости общей рамы 22. В этом мотокомпрессоре все шестерни механизма синхронизации 23 могут иметь одинаковый диаметр. Разрез по Б-Б этой схемы мотокомпрессора представлен на фиг.5.
На фиг.6 изображена одна шестерня механизма синхронизации 23 или 24, входящая в зацепление с двумя зубчатыми рейками 21 двух соседних цилиндров таким образом, что если поршни в одном блоке движутся вверх, то поршни в соседнем блоке движутся вниз.
На разрезе В-В (фиг.7) представлена шестерня синхронизатора, свободновращающаяся на оси 26 и расположенная в корпусе 25.
Свободнопоршневой мотокомпрессор ЕРЕМЕНКО работает следующим образом:
- запуск двигателя осуществляют подачей сжатого воздуха в цилиндры двигателя через клапан 6, поршни в которых находятся в верхней мертвой точке;
- при движении поршня двигателя 7 к верхней мертвой точке в полости под поршнем образуется разрежение и через всасывающие клапаны 9 или впускной патрубок 11 происходит всасывание горючей смеси или воздуха;
- при движении поршня двигателя к нижней мертвой точке в полости под поршнем двигателя происходит сжатие. При открытии поршнем выпускного патрубка 12 происходит выхлоп и при открытии поршнем продувочных окон 13 по каналу 14 идет продувка и зарядка цилиндра двигателя свежей горючей смесью или свежим воздухом;
- при движении поршня двигателя к верхней мертвой точке в цилиндре двигателя происходит сжатие и вблизи верхней мертвой точки подается напряжение на свечу зажигания 4 или впрыск топлива через форсунку 5, происходит вспышка и поршень двигателя совершает рабочий ход;
- если условно пронумеровать блоки цилиндров, то четные и нечетные поршни двигателя совершают рабочий ход поочередно.
При движении поршня компрессора 18 в цилиндре компрессора 2 происходит всасывание газа через всасывающие клапаны 15, сжатие и нагнетание газа через нагнетательные клапаны 16.
Шарнирные соединения траверсы со штоком и зубчатых реек с траверсами обеспечивает одинаковую нагрузку на обе рейки и исключают появление внецентренных сил.
Предложенное техническое решение отличается простотой конструкции и высокой эффективностью, поскольку свободнопоршневой мотокомпрессор в зависимости от требуемой производительности может содержать любое четное количество блоков цилиндров.
Свободнопоршневой мотокомпрессор ЕРЕМЕНКО занимает минимально возможную площадь в плане, так как блоки цилиндров перпендикулярны к плоскости общей рамы.
В связи с тем, что зубчатые рейки входят в зацепление с шестернями, закрепленными на общей раме, их длина значительно сокращена.
Свободнопоршневой мотокомпрессор ЕРЕМЕНКО, имеющий четное количество блоков цилиндров, динамичен, полностью уравновешен и не требует фундамента.
Отдельно взятый один блок цилиндров неработоспособен, так как после совершения поршнем двигателя рабочего хода и достижения нижней мертвой точки энергии газа, заключенного в мертвом пространстве компрессора, недостаточно для возврата поршня двигателя в верхнюю мертвую точку. Дополнительную энергию для возврата в верхнюю мертвую точку поршень двигателя получает через механизм синхронизации от других поршней, совершающих рабочий ход.