ДВУХТАКТНЫЙ ГИДРОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к гидротурбинным двигателям, и предназначена для широкого использования во всех устройствах, приводимых в движение или выполняющих другую работу с помощью двигателя внутреннего сгорания, в частности в машинах и механизмах, а также в бытовых и промышленных установках.
Известны различные конструкции гидротурбинных двигателей внутреннего сгорания, использующие энергию сгоревшего в цилиндрах горючего, преобразующие возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах во вращательное движение рабочего вала с помощью бесшатунного силового механизма.
Известен двухтактный свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания (RU патент 2013602, F02B 71/04, 1991 г.), содержащий корпус с оппозитными цилиндрами и размещенными в них поршнями, снабженный турбинами, магистралями и клапанами, управляющими потоком рабочего тела.
К недостаткам известного двигателя относятся сложность конструкции оппозитных цилиндров, двух турбин, что усложняет конструкцию двигателя, снижает надежность в процессе эксплуатации, отсутствует возможность изменять в двигателе рабочий объем цилиндра и степень сжатия.
Известен, принятый за прототип, двигатель внутреннего сгорания (SU авторское свидетельство, 11278, F02G/02, 1929 г.), состоящий из поршневого бесшатунного ДВС, турбины приводимой во вращение жидкостью, перегоняемой назад и вперед поршнями, при этом ДВС содержит две пары поршней расположенных в цилиндрах, образующих камеры сгорания и каждая пара поршней на общем штоке имеет третий поршень, приводящий в движение рабочее тело (жидкость).
К недостатку известного двигателя следует отнести достаточно высокую сложность конструкции камер сгорания, наличие трех поршней, что значительно усложняет конструкцию двигателя в целом и снижает надежность в процессе эксплуатации, а также невозможно изменять рабочий объем цилиндра и степень сжатия.
Задачей полезной модели является упрощение конструкций гидротурбинного двигателя, разработка пневматического привода системы газораспределения и системы изменяемого рабочего объема цилиндра и степени сжатия, что значительно повышает надежность двигателя, увеличивает его долговечность и улучшает эксплуатационные характеристики двигателя.
Поставленная задача достигается тем, что двухтактный гидротурбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с гидротурбиной, один или несколько цилиндров с поршнями, жестко соединенными штоком между собой, при этом цилиндр двигателя состоит из двух камер: рабочей камеры и насосной камеры, при этом двигатель выполнен с пневматическим приводом системы газораспределения и изменяемым объемом рабочей камеры, а также регулируемой степенью сжатия, а верхняя камера цилиндра с поршнем выполнены из термостойкого материала, например, керамики.
Заявляемая конструкция двухтактного гидротурбинного двигателя внутреннего сгорания проста в изготовлении, надежна в работе, отличается от аналогов и прототипа отсутствием системы смазки и системы охлаждения, а также наличием системы регулировки степени сжатия в рабочей камере.
На чертеже показан заявляемый двухтактный гидротурбинный двигатель в разрезе.
Двигатель состоит из цилиндра 1, содержащего две камеры 2, 3 с поршнями 4, 5 и пневматической системой газораспределения. Пневматическая система газораспределения состоит из воздуховодов 6, 7 с клапанами для наддува воздуха 8, 9 в рабочую камеру 2, клапанами забора атмосферного воздуха 10, воздуховодов с поршнями 11, 12 и клапанами для подачи топлива 13 и отвода отработавших газов 14. Верхняя рабочая камера 2 изготавливается из термостойкого материала (керамики, стекла или металлокерамики). В рабочей камере 2 совершает возвратно-поступательные движения поршень 4, жестко соединенный штоком 15 с поршнем 5 в насосной камере 3. Камеры 2, 3 отделены уплотнительным устройством 16, (например сальником). Верхний поршень 4 изготавливается наборным с чередованием частей из жаростойкого материала (стекла, керамики и т.д.) и термостойкой прокладки большей по размеру, при этом края прокладки служат уплотнителем в цилиндре. Количеством чередующихся слоев поршня достигается необходимая плотность в цилиндре. Нижний поршень 5 в насосной камере 3 изготавливается из полимерных материалов с уплотнительными кольцами. Насосная камера 3 изготавливается совместно с корпусом двигателя 17, изготовление которого возможно из полимерных материалов. В корпусе 17 на подшипниках 18 установлена крыльчатка гидротурбины 19, при этом подшипники 18 закрыты сальниками от протечек 20. Корпус заполнен рабочим телом (незамерзающей жидкостью). Корпус также выполнен совместно с каналом подачи жидкости 21 к следующему цилиндру или цилиндрам в зависимости от конструкции двигателя. На корпусе двигателя и соединенным с ним канале установлен резервный бак 22. За счет перекачки рабочего тела в резервный бак 22 увеличивается рабочий объем насосной камеры 3, тем самым, увеличивая рабочий ход поршня и давления рабочего тела на крыльчатку гидротурбины. Регулировка степени сжатия осуществляется за счет изменения верхнего уровня рабочего тела.
Работа предлагаемого гидротурбинного двигателя происходит следующим образом.
Пуск двигателя производится сжатым воздухом, подаваемым в надпоршневое пространство рабочей камеры 2. Давление сжатого воздуха, действуя на поршень 4 рабочей камеры 2, заставляет его двигаться вниз. Воздействуя на рабочее тело (незамерзающую жидкость) через соединительный шток 15, нижний поршень насосной камеры 5, перемещаясь, вращает лопасти гидротурбины 19. Одновременно рабочее тело по передающему каналу 21 поступает в следующий цилиндр (или цилиндры, в зависимости от конструкции двигателя), где поворачивает лопасти гидротурбины и давит на нижний поршень 5 насосной камеры 3 другого цилиндра. Поступательное движение через шток передается на поршень рабочей камеры, который совершает такт сжатия. Одновременно сжимаемый воздух в насосной камере поступает в воздуховод 12, действует на поршень, который оказывает воздействие на клапанный механизм и открывает подачу топлива в рабочую камеру. Также воздух поступает в воздуховод 7, в котором через клапан поступает как наддув в рабочую камеру 2. Возрастающее давление воздуха закрывает клапан забора атмосферного воздуха 10. При дальнейшем движении поршня вверх воздуховоды перекрываются поршнем, прерывая подачу топлива и наддува в рабочую камеру. В рабочей камере 2 цилиндра 1 в подпоршневом пространстве создается разряженный воздух, который открывает клапан забора атмосферного воздуха 10. Далее происходит сжатие топливной смеси, воспламенение и рабочий ход поршня. В подпоршневом пространстве рабочей камеры возрастает давление воздуха, закрывая клапан забора атмосферного воздуха 10. В воздуховоде 11 поступающий воздух воздействует на поршень, который через клапанный механизм открывает выпускной клапан 14. Воздух, двигаясь через воздуховод 7, через клапанный механизм поступает в рабочую камеру 2, где осуществляет продувку камеры от выхлопных газов. Далее процессы повторяются, и двигатель работает по замкнутому циклу. Изменяя длину резьбового штока 15, производится регулировка степени сжатия рабочей камеры 2.
При разогреве двигателя возможно чередование подачи топлива с подачей воды в рабочую камеру. Вода, нагреваясь, превращается в пар. Пар, расширяясь, давит на поршень 4, который через поршень 5 воздействует на рабочее тело, заставляя вращаться крыльчатку турбины.
Заявляемый двигатель работает без вибрации, экономичен, может работать на любом виде топлива с чередованием подачи воды, обладает уменьшенной шумностью работы, не требует использования маховика, двигатель возможно изготовить методом штамповки из легких и недорогих материалов.