ДВУХТАКТНЫЙ ШТОКОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, предназначенными для работы в паре с электрогенератором или компрессором и может быть использована как стационарно, так и в движущихся объектах: судах, автомобилях, самолетах.
Полезная модель представляет собой для двухтактного двигателя двусторонний поршень-шток (1), находящийся внутри пространства, образованного двумя симметричными оппозитно расположенными цилиндрами (2). Возвратно-поступательное движение поршень-штока преобразуется в электроэнергию линейным электрогенератором с якорем на поршень-штоке и статором вокруг него; либо используется для сжатия газа с помощью компрессоров, цилиндры которых есть внутренняя часть поршень-штока, а поршни компрессоров (9) неподвижны и находятся внутри поршень-штока.
Другой вариант двухтактного штокового ДВС заключается в фиксации поршень-штока и организации возвратно-поступательного движения жестко сцепленных цилиндров вдоль него. Тогда свечи зажигания или форсунки (6) (для дизеля) располагаются в поршень-штоке. Якорь линейного электрогенератора тогда располагается на соединении цилиндров или на их продолжении.
Уровень техники в этой области представлен несколькими группами известных технических решений.
К первой группе можно отнести технические решения, основанные на принципе возвратно-поступательного движения, которое преобразуется в окончательный результат без промежуточного преобразования во вращательное движение.
Известным техническим решением является двухтактный дизель-копер, содержащий поршень, закрепляемый на забиваемой свае, подвижный цилиндр и направляющие для него. Кинетическая энергия падающего под воздействием силы тяжести цилиндра используются для сжатия воздуха в камере сгорания; давление в ней используется для подбрасывания цилиндра и через поршень передается на сваю.
Решение проблемы разгрузки бокового давления на цилиндр известны из уровня техники, в частности, устройства разгрузки известны в паровых машинах. Таковым целям служит обычный шток, направляющие которого принимают на себя поперечную составляющую силы противодействия шатуна. Известны также бесштоковые паровые машины с качающимися цилиндрами.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Внутри двух соосных оппозитно, головными частями друг от друга расположенных цилиндров (2) размещается двусторонний поршень (1) - поршень-шток. Рабочему такту в одной камере сгорания (3) соответствует сжатие рабочей смеси или (в дизеле) воздуха в другой, и наоборот. Таким образом, сила гравитации не используется, как в основном прототипе. Воспламенение горючей смеси (или, для дизеля, впрыск топлива) происходит свечами (форсунками для дизеля) (6). Отработанные газы из камер сгорания выпускаются через отверстия 5 в нижних частях цилиндров; впуск рабочей смеси или (для дизеля) продувка камер сгорания воздухом происходит через отверстия (4), еще более удаленные от головных частей цилиндров. Отбор энергии от поршень-штока может происходить линейным электрогенератором, якорь которого располагается где-то на средней части поршень-штока, а статор - вокруг него (Фиг.1).
Ко второй группе можно техническое решение, которое основано на ином варианте отбора энергии - с использованием компрессора высокого давления, располагаемого внутри поршень-штока. В этом случае рабочие камеры компрессора (10) формируются во внутренних полостях поршень-штока, а расположенные внутри поршень-штока поршни компрессора (9) - неподвижны (Фиг.2). Подводящие в рабочие камеры компрессора пути (7) проходят через прорези в шток-поршне и поршень компрессора, заканчиваясь клапанами (11). Аналогично от клапанов (12) проложены отводящие пути (8).
Еще одна группа технических решений состоит в возможной комбинации линейного электрогенератора с компрессором, с использованием последнего для продувки камер сгорания. Неизбежный при расположении компрессора внутри поршень-штока недостаток воздуха можно компенсировать эффектом подсоса дополнительных объемов в струю.
Из уровня техники известны технические решения с подвижными цилиндрами и неподвижным поршень-штоком (Фиг.3). Крепление неподвижного поршень-штока расположено вне плоскости рисунка и не показано. Также вне плоскости рисунка проходят подводящие каналы к коллектору (4) и отводящие пути от коллектора (15). Они
тоже не показаны. В конце рабочего хода поршень-шток освобождает вход в перепускной канал (14) на стенке цилиндра и продукты сгорания покидают камеру сгорания, продвигаясь по каналу (5) в теле поршень-штока к коллектору (15). При дальнейшем продвижении цилиндра открывается перепускной канал (13), освобождая впускной канал (4) из разветвления (16) с горючей смесью или (для дизеля) со сжатым воздухом для продувки камеры сгорания. Свечи или (для дизеля) форсунки (6) размещаются на поршень-штоке. На одном из головных частей цилиндров может располагаться линейный якорь, перемещающийся внутри линейного статора.
Еще одно решение - отбор энергии с размещением на головной части одного цилиндра, или обеих, поршней компрессоров.
Четырехтактный штоковый ДВС состоит из двух соосно спаренных двухтактных штоковых ДВС, в которых организован четырехтактный цикл.
При подвижных поршень-штоках головные части 4-х цилиндров выполняются обычным образом: с впускными клапанами и каналами (4), с выпускными клапанами и каналами (5) и свечой зажигания или (для дизеля) с форсункой (6) (Фиг.4). Поршень-штоки (1) связаны жестким соединением (17), на котором возможно размещение якоря линейного электрогенератора. Когда в камере сгорания 3-1 рабочий ход, в камере сгорания 3-3 - всасывание, и наоборот. Такое же соответствие тактов в камерах сгорания 3-2 и 3-4.
При подвижных цилиндрах впуск горючей смеси или (для дизеля) воздуха происходит через клапаны (19) и коллекторы (16) в неподвижных поршень-штоках (Фиг.5), в них же располагаются свечи или (для дизеля) форсунки (6), клапаны (18) и коллекторы (15) для выпуска отработанных газов. Конструктивно все цилиндры можно изготовить из одной трубы с перегородками и прорезями для крепления поршень-штоков. В какой-то части этой трубы может быть помещен линейный якорь (не показан на этом рисунке) или компрессор с поршнем компрессора (20), цилиндром (21), клапанами (7, 8), подводящими (7) и отводящими (8) каналами (симметрично расположенная часть компрессора не показана на рисунке).
В четырехтактном штоковом ДВС проблема продувки и наполнения цилиндров горючей смесью или (для дизеля) воздухом проще так же, как и для традиционных ДВС.
Технический результат предлагаемой полезной модели является повышение общего к.п.д. и снижение веса комплексов ДВС-компрессора, ДВС-генератора, которые могут быть использованы как стационарно, так и в движущихся объектах: судах, автомобилях, самолетах.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой полезной модели, содержащей два оппозитных симметричных цилиндра и два поршня, поршни жестко посажены на один шток, образуя поршень-шток, который совместно с двумя цилиндрами формирует две камеры сгорания для двухтактного цикла.
Кроме того, в средней части поршень-штока вмонтирован линейный якорь, вокруг которого расположен линейный статор.
Помимо этого, во внутренней полости поршень-штока формируется два цилиндра для компрессора, которые сжимают газ с помощью неподвижных поршней, введенных внутрь поршень-штока.
Вместе с тем, продувка камер сгорания производится с помощью компрессора, а объемный недостаток сжимаемого компрессором воздуха компенсируется эффектом вовлечения дополнительного объема в движущуюся струю воздуха.
Кроме этого, поршень-шток, в котором находятся свечи зажигания или (для дизеля) форсунки для впрыска топлива, неподвижен, а возвратно-поступательное движение осуществляют два жестко соединенных рабочих цилиндра.
Вместе с тем, к донным частям цилиндров соосно прикреплены донными частями цилиндры компрессоров, работающие в парах с неподвижными частями компрессоров.
Помимо того, на соединении рабочих цилиндров смонтирован линейный якорь, вокруг которого расположен линейный статор.
Помимо этого, полезная модель имеет пары штоковых ДВС с соосным жестким соединением двух пар подвижных цилиндров и четырехтактным циклом.
Кроме того, на блоке цилиндров полезной модели смонтирован линейный якорь, а линейный статор находится снаружи или внутри него.
Кроме этого, на блоке цилиндров полезной модели расположен компрессор.
Вместе с тем, штоковый ДВС полезной модели имеет цилиндры, в которых находятся свечи зажигания или (для дизеля) форсунки для впрыска топлива, которые расположены неподвижно, а возвратно-поступательное движение осуществляют два жестко соединенных поршень-штока.
Предложенное техническое решение заявляемой полезной модели полезной модели позволяет избавить двигатель от ДВС-генератора и ДВС-компрессора от таких массивных и объемных деталей, как шатуны и коленчатый вал, а также устраняет боковое давление поршней на стенки цилиндров и, тем самым, уменьшает их износ и повышает общий к.п.д. ДВС-генератора и ДВС-компрессора.
Использованные источники информации:
1. Патент РФ №2235894
2. Патент РФ №223 5 805
3. Патент РФ №2236603