ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована, преимущественно, в качестве поршневого двигателя транспортного средства.
Из уровня техники известен поршневой двигатель (патент РФ №2302543 от 10.07.2007) двухтактного действия, выбранный в качестве прототипа, состоящий из блока цилиндров, соответствующего числа кривошипно-поршневых групп, работающих на общий коленчатый вал, механизма газораспределения клапанного типа, системы подачи топлива и зажигания, камеры сгорания, системы трубопроводов, ресивера-теплообменника.
Основным недостатком таких двигателей является невысокая эффективность из-за принудительного клапанного газораспределения в расширительных цилиндрах, связанных с потерями на трение в механизме газораспределения и неизменностью фаз газораспределения в условиях меняющихся нагрузок на двигатель, что снижает экономичность работы двигателя и ухудшает его экологические показатели.
Техническим результатов настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно: упрощение конструкции двигателя, повышение эффективности и улучшение экологических показателей работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном поршневом двигателе, состоящем из блока цилиндров, включающем, по крайней мере, один нагнетательный цилиндр и один расширительный цилиндр, кривошипно-поршневые группы, работающие на общий коленчатый вал, самодействующие клапаны, ресивер-теплообменник, камеру сгорания, системы подачи топлива и зажигания, систему трубопроводов, согласно заявленной полезной модели нагнетательный цилиндр системой трубопроводов через ресивер-теплообменник связан, по меньшей мере, с одним расширительным цилиндром, по крайней мере, с одним нормально открытым впускным самодействующим клапаном и выхлопными окнами, а ресивер-теплообменник через обратный клапан сообщен с камерой сгорания.
На фиг. показан один из возможных вариантов принципиальной схемы поршневого двигателя.
Поршневой двигатель содержит блок цилиндров 1, общий коленчатый вал 2, к которому присоединены нагнетательный цилиндр 3 и расширительный цилиндр 4 с поршнем 5. Расширительный цилиндр 4 снабжен нормально открытым самодействующим впускным клапаном 6 и выхлопными окна 7, объединенными коллектором 8, и соединен системой трубопроводов с ресивером-теплообменником 9, через обратный клапан 10 с камерой сгорания 11 с системами питания топливом и зажигания. Коллектор 8 расширительного цилиндра 4 соединен трубопроводом 12 со змеевиком 13 ресивера-теплообменника 9 трубопроводом 14 выхода отработавших газов.
кр
Сжатый воздух из нагнетательного цилиндра 3 через ресивер-теплообменник 9 и обратный клапан 10 поступает в камеру сгорания 11, куда подается топливо. При воспламенении топливно-воздушной смеси системой зажигания горячее рабочее тело повышенного давления из камеры сгорания 11 поступает в расширительный цилиндр 4 через нормально открытый самодействующий подпружиненный впускной клапан 6 (далее - впускной клапан) и при нахождении поршня 5 расширительного цилиндра 4 в верхней мертвой точке (ВМТ) газовая сила, создаваемая рабочим телом, вызывает его перемещение. В процессе наполнения расширительного цилиндра 4 рабочим телом повышенного давления по мере движения поршня 5 к нижней мертвой точке (НМТ) с увеличением его скорости, растет перепад давлений на запорный элемент нормально открытого впускного клапана 6. Впускной клапан 6 закрывается, поступившее в цилиндр рабочее тело продолжает оказывать давление на поршень 5 и при его перемещении к НМТ расширяется с совершением механической работы, создавая при этом крутящий момент М своей кривошипно-поршневой группой на коленчатом валу 2 поршневого двигателя, обеспечивая при этом функционирование нагнетательного цилиндра 3.
При открытии поршнем 5 выхлопных окон 7 в нижней части расширительного цилиндра 4 расширившееся отработанное рабочее тело отводится в коллектор 8 и по трубопроводу 12 подается в змеевик 13 ресивера-теплообменника 9. При обратном ходе поршня к ВМТ, обеспечиваемом моментом инерции маховика двигателя (другими параллельно работающими расширительными цилиндрами), происходит сжатие оставшегося в расширительном цилиндре 4 рабочего тела и при превышении давления в расширительном цилиндре 4 давления в камере сгорания 11, впускной клапан 6 открывается, и при достижении поршнем 5 ВМТ, двутактный цикл в расширительном цилиндре 4 повторяется.
Основная часть механической энергии, снимаемой с коленчатого вала 2, расходуется на привод движителя транспортного средства, а другая часть воспринимается кривошипно-поршневыми группами нагнетательного цилиндра 2, приводя их в движение, обеспечивая при этом сжатие атмосферного воздуха.
Внешнее расположение камеры сгорания позволит сжигать топливно-воздушную смесь практически при постоянном объеме, что приведет к уменьшению шумности работы двигателя, обеспечит процесс сгорания при снижение токсичности выхлопа. Конструкция камеры сгорания позволит использовать более простую топливоподающую аппаратуру и систему зажигания, даст возможность применения в двигателе различных видов топлива (природный и попутный нефтяной газы, тяжелое дизельное топливо, легкие нефтяные фракции, бензин и керосин, порошкообразный уголь и др.)
При торможении, спусках с подъемов или движении транспортного средства накатом, крутящий момент, создаваемый на коленчатом валу 11 движителем, приведет в движение поршневые группы нагнетательного 2. Будет производится сжатие атмосферного воздуха, поступающего в нагнетательный цилиндр с его перемещением в ресивер-теплообменник 9 и камеру сгорания 11, обеспечивая тем самым накопление сжатого воздуха и последующею рекуперацию накопленной пневмоэнергии.
Нормально открытые самодействующие впускные клапаны расширительного цилиндра могут быть выполнены в виде запорных элементов, подвешенных на пружинах растяжения (см. RU №2097576 С1, 27.11.1997), подпружиненных колец с ограничителями подъема (см. RU №11312 U1, 31.12.1998), в виде упругих элементов перпендикулярных или параллельных потоку газа, (см. RU №38852 U1, 03.03.2004).
Предложенное техническое решение позволяет упростить конструкцию двигателя, эффективно и надежно обеспечить функционирование силовых установок транспортных средств с различными видами топлив, с рекуперацией энергии сжатого воздуха при торможении и спуске с подъемов.