Свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к устройствам, содержащим двигательную и насосную части для преобразования энергии сгорания топлива в энергию потока жидкости, и может быть использована, в частности, на транспортных установках с гидравлическим приводом и на установках, применяемых при бурении, освоении скважин и добыче нефти.
Известно двигательно-насосное устройство (авт. св. №996739, МПК F02B 71/04), содержащее двигательный блок с оппозитно расположенными соосными силовыми цилиндрами и двигательными поршнями, связанными общим штоком, и насосный блок с компрессорными полостями и поршневой группой, связанной при помощи коромысла со штоком двигательных поршней.
Данное устройство обладает сложной и недостаточно надежной конструкцией, а также большими габаритами. Эти недостатки обусловлены параллельным расположением насосного и двигательного блоков и наличием механизма перемещения, обеспечивающего перемещение насосного блока перпендикулярно двигательному блоку.
Известен свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос (патент №2105174, RU, МПК F02B 71/04, F01B 11/08, F04B 31/00), взятый в качестве прототипа, содержащий двигательный цилиндр с двумя свободно движущимися поршнями, топливоподающие устройства и гидравлическую часть, состоящую из плунжеров, связанных с двигательными поршнями и перемещающихся в подвижных корпусах. При этом клапаны для впуска и выпуска и топливоподающие устройства установлены в двигательных поршнях.
К недостаткам известного устройства следует отнести увеличенные габариты и массу, а также сложность конструкции, снижающую надежность работы устройства и увеличивающую трудоемкость его изготовления. Большими габаритами известный свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос обладает ввиду параллельного расположения двух свободно движущихся поршней и соединения поршней с установленными соосно плунжерами. Сложность конструкции и ее недостаточная надежность обусловлены тем, что двигательные поршни связаны кинематически (т.е. допускают их относительное движение) с плунжерами с возможностью не только возвратно-поступательного перемещения в насосных корпусах, но и с возможностью вращательного движения вокруг оси.
Задачей заявленной полезной модели является уменьшение габаритов устройства, упрощение его конструкции и повышение надежности.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в свободнопоршневом двухтактном двигателе-гидронасосе, содержащем двигательный цилиндр со свободно движущимся двигательным поршнем, топливоподающие устройства, гидронасос, в рабочей камере которого установлен плунжер, связанный с двигательным поршнем, впускной и выпускной клапаны, двигательный поршень установлен с возможностью деления объема двигательного цилиндра на две камеры изменяемого объема и жестко связан с плунжером, при этом топливоподающие устройства установлены в обеих камерах двигательного цилиндра в его оппозитных частях, а в оппозитных частях рабочей камеры гидронасоса установлены впускной и выпускной клапаны, оси которых перпендикулярны оси плунжера.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, состоит в значительном упрощении конструкции, а также в уменьшении габаритов и массы устройства, в повышении надежности работы. Выполнение свободно движущегося поршня жестко связанным с соосным ему плунжером значительно уменьшает габариты и массу устройства. Установка двигательного поршня с возможностью деления объема двигательного цилиндра на две камеры изменяемого объема и размещение в каждой камере топливоподающих устройств, обеспечивает простоту и компактность конструкции устройства, повышает его надежность.
Заявленное устройство поясняется чертежом, на котором изображено:
- фиг. 1 - общий вид устройства в разрезе;
- фиг. 2 - то же (положение деталей и узлов в момент нагнетания жидкости в рабочую камеру гидронасоса);
- фиг. 3 - то же (положение деталей и узлов в момент выпуска жидкости из рабочей камеры гидронасоса).
Свободнопоршневой двухтактный двигатель-гидронасос содержит двигательный цилиндр 1 (фиг. 1), в котором установлен свободно движущийся двигательный поршень 2, жестко соединенный штоком 3 с плунжером 4, установленным в рабочей камере 5 гидронасоса (плунжер 4 и двигательный поршень 2 могут быть выполнены в виде единой детали). При этом двигательный поршень 2 установлен с возможностью деления объема двигательного цилиндра 1 на две камеры 6 и 7 изменяемого объема. В обеих камерах 6 и 7 двигательного цилиндра 1 в его оппозитных частях размещены топливоподающие устройства 8 и 9, выполненные в виде форсунок. Гидравлическая часть устройства содержит напорную магистраль 10 и нагнетательную 11, а также впускной клапан 12 и выпускной клапан 13, установленные в оппозитных частях рабочей камеры 5 гидронасоса. При этом оси 14 и 15 соответствующих клапанов 12 и 13 перпендикулярны продольной оси 16 плунжера 4. Продувочные окна 17 соединяют камеры 6 и 7 с выхлопным и впускным коллекторами (на чертеже не показаны).
Устройство работает следующим образом. Топливно-воздушная смесь под большим давлением нагнетается из форсунки 8 (фиг. 2) в камеру 6 двигательного цилиндра 1. Двигательный поршень 2 и жестко связанный с ним плунжер 4 начинают перемещаться (на чертеже показано движение вправо). При этом объем камеры 6 увеличивается, объем камеры 7 уменьшается. Плунжер 4 сжимает жидкость, находящуюся в рабочей камере 5 гидронасоса, и нагнетает ее через открывшийся выпускной клапан 13 в нагнетательную магистраль 11. При этом впускной клапан 12 находится в закрытом положении. В конце движения двигательного поршня 2 вправо происходит впрыск топливно-воздушной смеси под большим давлением из форсунки 9 (фиг. 3) в камеру 7 двигательного цилиндра 1. Двигательный поршень 2 и плунжер 4 начинают перемещаться (на чертеже показано движение влево). При этом объем камеры 7 увеличивается, объем камеры 6 уменьшается, а плунжер 4 покидает рабочую камеру 5. Давление жидкости в рабочей камере падает, выпускной клапан 13 закрывается, а через открывшийся впускной клапан 12 происходит нагнетание жидкости в рабочую камеру 5 гидронасоса из напорной магистрали 10. Далее цикл повторяется.