МНОГОЦИЛИНДРОВЫЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ МОТОКОМПРЕССОР
MULTICYLINDER FREE-PISTON ENGINE-COMPRESSOR UNIT

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании многоцилиндровых мотокомпрессоров со свободнодвижущимися поршнями.
Наиболее близкими по технической сущности является свободопоршневой мотокомпрессор Ерёменко (патент РФ №2367803, F02B 71/00, 2006-01), который состоит из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме. Блоки содержат по одному цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора. Осевые линии блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к полости общей рамы.
Поршни всех блоков связаны между собой механизмом синхронизации.
Механизм синхронизации содержит штоки, жестко соединяющие поршни двигателя и компрессор с шарнирно закрепленными на них траверсами. К траверсам шарнирно присоединены по две зубчатые рейки. Шестерни синхронизатора размещены между блоками цилиндров и закреплены на общей раме. Каждая шестерня входит в зацепление с двумя зубчатыми рейками двух соседних блоков, а количество шестерен равно количеству блоков цилиндров.
Недостатком этого мотокомпрессора является относительная сложность механизма синхронизации.
Задачей настоящего изобретения является упрощение механизма синхронизации и, как следствие, повышение его надежности.
Для решения этой задачи предложен многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор, состоящий из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме и содержащих по одному цилиндру двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора. Осевые линии блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости общей рамы. Поршни всех блоков взаимосвязаны между собой механизмом синхронизации.
Механизм синхронизации состоит из крейцкопфов, установленных в направляющих внутри общей рамы соосно с цилиндрами двигателя и компрессора, которые воспринимают осевые и радиальные нагрузки. Размеры крейцкопфов должны обеспечивать допустимые удельные давления для выбранных трущихся пар.
К крейцкопфам жестко присоединены штоки поршней двигателя и компрессора.
На боковых поверхностях крейцкопфов со стороны рядом расположенных цилиндров нарезаны зубчатые рейки, которые входят в зацепление с зубчатыми венцами на концах коромысел, расположенных между крейцкопфами.
Двигатели могут быть бензиновыми, или газовыми, или газовыми с впрыском жидкого запального топлива, или дизельными, а поршневые компрессоры (в дальнейшем - компрессоры) могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми с поршнями простого или двойного действия, а также с дифференциальными поршнями.
Охлаждение цилиндров двигателя и компрессора может быть жидкостным, или воздушным, или комбинированным.
На фиг. 1 представлено два блока цилиндров и механизм синхронизации. На фиг. 2 - вид в плане мотокомпрессора, содержащего 12 блоков цилиндров, расположенных в двух рядах. На фиг. 3 - вид в плане мотокомпрессора, содержащего 6 блоков цилиндров, расположенных в один ряд. На фиг. 4 - вид в плане мотокомпрессора, содержащего 6 блоков цилиндров, расположенных по кривой линии (например, окружности). На фиг. 5 представлен крейцкопф с присоединенными штоками поршней двигателя и компрессора и нарезанной на боковой поверхности зубчатой рейки. На фиг. 6 представлено коромысло с зубчатыми венцами на концах.
На фиг. 1 на общей раме 1 закреплены блоки цилиндров, состоящие из цилиндра двигателя 2 и цилиндра компрессора 3, а также механизма синхронизации 4.
В верхней части цилиндра двигателя расположена камера сгорания 5, запальная свеча 6 для воспламенения горючей смеси или форсунка 7 для впрыска топлива, а также клапан 8 для подачи сжатого воздуха при запуску двигателя. В цилиндрической части расположен поршень 9. В нижней части цилиндра двигателя имеется камера продувочного насоса 10, всасывающий клапан 11 и уплотнительное устройство 12.
Цилиндр двигателя также имеет впускные патрубки 13, выпускные патрубки 14 и продувочные окна 15 и 16, соединенные с нижней полостью цилиндра каналом 17.
Цилиндр компрессора имеет всасывающие клапаны 18, нагнетательные клапаны 19 и уплотнительное устройство 20. В цилиндрической части расположен поршень 21.
Механизм синхронизации состоит из крейцкопфов 22, жестко на них закрепленных штоков поршней цилиндров двигателя 23 и цилиндров компрессора 24. Крейцкопфы замещены в направляющих 25 в общей раме. На боковой поверхности крейцкопфов, со стороны рядом расположенных блоков цилиндров, нарезаны зубчатые рейки 26, которые входят в зацепление с зубчатыми венцами коромысла 27, расположенного между крейцкопфами и вращающегося на оси 28.
Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор работает следующим образом:
- запуск двигателя осуществляется подачей сжатого воздуха через клапан 8 в цилиндры двигателей, поршни которых находятся в верхней мертвой точке;
- при движении поршня двигателя 9 к верхней мертвой точке в камере продувочного насоса 10 образуется разрежение и через впускной клапан 11 или впускной патрубок 13 происходит всасывание горючей смеси или воздуха;
- при движении поршня двигателя к верхней мертвой точке в камере сгорания происходит сжатие и вблизи верхней мертвой точки подается напряжение на свечу зажигания 6 или впрыск топлива через форсунку 7, происходит вспышка и поршень двигателя совершает рабочий вход. В это время под поршнем двигателя в камере продувочного насоса 10 происходит сжатие свежей горючей смеси или воздуха при открытии выпускных окон 14, продувочных окон 15 и 16, а также канала 17 происходит выхлоп, продувка и зарядка цилиндра двигателя свежей горючей смесью или воздухом;
- если условно пронумеровать блоки цилиндров, то четные и нечетные поршни двигателя совершают рабочий ход поочередно.
При движении поршня компрессора 21 в цилиндре 3 происходит всасывание газа через всасывающие клапаны 18, сжатие и нагнетание через нагнетательные клапаны 19.
Предложенное техническое решение отличается простотой конструкции и высокой эффективностью, поскольку многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор в зависимости от требуемой производительности и давления нагнетания может содержать необходимое количество блоков цилиндров.
Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор занимает минимально возможную площадь в плане, так как блоки цилиндров перпендикулярны к плоскости общей рамы, и может быть динамически полностью уравновешен и не требовать фундамента.