СВОБОДНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ-КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателе - и компрессоростроению, и может быть использована в различных отраслях промышленности для получения сжатого воздуха в компрессорных станциях, в строительстве и промышленности, для опрессовки трубопроводов и газовой аппаратуры, для технологических нужд.
Известен двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №2254485, МПК7 F 01 P 1/02, опубликован 20.06.2005), содержащий рабочий цилиндр, выполненный с окнами охлаждения, через которые осуществляется подача воздуха в полость цилиндра из камеры охлаждения, образованной двойной стенкой цилиндра. На головке цилиндра расположены выпускной клапан, форсунка (клапан подачи топлива) и свеча зажигания. Камера охлаждения посредством канала соединяется с компрессором, включающим цилиндр с поршнем, соединенным с коленчатым валом посредством шатуна, впускной и перепускной клапаны. Кроме того, коленчатый вал при помощи шатуна соединен с поршнем рабочего цилиндра.
Недостатками известных двигателей являются сложность конструкции, значительная масса и большие габариты, обусловленные необходимостью наличия двух отдельных агрегатов - компрессора и двигателя, а также стартера и аккумулятора для запуска двигателя. Кроме того, наличие продувочных окон и перепускных каналов также усложняет и удорожает конструкцию. Полезная работа в этих двигателях внутреннего сгорания совершается только половиной хода поршня, вторая половина хода поршня используется для всасывания воздуха в цилиндр. Наличие двух кривошипно-шатунных механизмов, дважды преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное и наоборот, приводит к усложнению конструкции, снижению ее надежности и коэффициента полезного действия, требует системы смазки. Двойное сжатие воздуха
сначала в компрессоре, а затем в цилиндре при наличии компрессора нерационально.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является свободно-поршневой двигатель - компрессор (патент РФ №2084662, МПК6 F 02 B 71/00), содержащий корпус, в котором размещен рабочий цилиндр двигателя с перемещающимися в нем в противоположных направлениях поршнями, жестко связанными соосно с поршнями ступеней компрессора, по оси рабочего цилиндра установлены две форкамеры, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания. В рабочем цилиндре двигателя выполнены впускные и выпускные окна и клапан подачи газового топлива. Впускные окна связаны с полостью продувочного ресивера, а выпускные окна с выпускным патрубком.
Известная конструкция двигателя-компрессора имеет большие габариты и усложненную конструкцию, для нее характерны недостатки классического двухтактного ДВС: наличие процесса сжатия и всасывания воздуха, занимающие половину рабочего хода поршня и снижающие эффективность двигателей внутреннего сгорания.
Задачей полезной моделей являются повышение коэффициента полезного двигателя - компрессора путем удвоения его мощности за счет использования всего хода поршня, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.
Поставленная задача решается за счет того, что в свободно-поршневом двигателе - компрессоре, содержащем цилиндр двигателя с поршнем, жестко связанным с поршнем компрессора, размещенном в цилиндре компрессора соосно с поршнем двигателя, и установленных с возможностью перемещения вдоль оси, размещенные в цилиндре двигателя клапан подачи топлива и свечу зажигания, установленные в верхней части цилиндра, впускное окно, связанное через клапан с полостью ресивера, выпускное окно с выпускным патрубком и клапаном, впускной и выпускной
клапаны цилиндра компрессора, в котором впускное и выпускное окна выполнены в крышке цилиндра двигателя, поршень компрессора снабжен возвратной пружиной, а выпускной клапан цилиндра компрессора связан посредством трубопровода с ресивером.
На чертеже показана общая схема свободнопоршневого газового двигателя - компрессора.
Свободнопоршневой газовый двигатель - компрессор содержит цилиндр 1 двигателя, цилиндр 2 компрессора, поршень 3 двигателя, жестко связанный с поршнем 4 компрессора, установленные соосно с возможностью перемещения вдоль оси цилиндров.
На крышке цилиндра 1 двигателя выполнено впускное окно 5 подачи рабочего газа, связанное через клапан и трубопровод 6 с ресивером 7, размещены клапан подачи 8 топлива, свеча зажигания 9 и выпускное окно 10, связанное через клапан с патрубком 11.
В днище цилиндра 2 компрессора установлены впускной клапан 12 и выпускной клапан 13 компрессора, связанный посредством трубопровода 14 с ресивером 7. Поршень 4 компрессора снабжен возвратной пружиной 15.
Отвод воздуха из ресивера 7 к потребителю осуществляется по трубопроводу 16.
Предлагаемый двигатель-компрессор работает следующим образом.
При движении поршня 3 двигателя к «верхней мертвой точке» подается сжатый воздух из ресивера 7 через впускное окно 5 в камеру сгорания цилиндра 1 двигателя. Подача топлива в камеру сгорания цилиндра 1 осуществляется через клапан 8. При подходе поршня 3 двигателя к «верхней мертвой точке» на свечу 9 зажигания подается напряжение и возникшая искра поджигает газовую смесь в цилиндре 1 двигателя. Возникающее при этом в камере сгорания цилиндра 1 повышенное давление приводит к перемещению поршня 3 двигателя и жестко связанного с ним поршня 4 компрессора, при этом осуществляется сжатие воздуха в цилиндре
компрессора. Сжимаемый воздух из полости цилиндра 2 компрессора через выпускной клапан 13 перетекает по трубопроводу 14 в ресивер 7.
Выпуск отработанных газов из камеры сгорания цилиндра 1 двигателя происходит по патрубку 11 через выпускное окно 10 в момент прохождения в «нижней мертвой точке» поршня 4 компрессора.
Для возврата поршня 4 компрессора в «верхнюю мертвую точку» используется возвратная пружина 15. При этом происходит всасывание воздуха в полость цилиндра 2 компрессора через впускной клапан 12 (выпускной клапан 13 при этом закрыт).
Из ресивера 7 часть воздуха по трубопроводу 16 направляется к потребителю, а часть - по трубопроводу 6 через клапан впускного окна 5 поступает в цилиндр 1 двигателя. Одновременно с открытием клапана впускного окна 5 и подачей воздуха в полость цилиндра 1 двигателя происходит закрытие клапана выпускного окна 10. Затем происходит следующий цикл.
Полезная модель позволяет повысить коэффициент полезного двигателя - компрессора, упростить его конструкцию и уменьшить его габариты за счет устранения дублирования функций: сжатие воздуха осуществляется в компрессоре вследствие рабочего хода поршня двигателя, при этом исключаются 2 такта: «всасывание» и «сжатие» в двигателе и остаются такты «рабочий ход-выпуск», предлагаемый двигатель - компрессор работает по тактам «рабочий ход-выпуск.