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, находящийся внутри пространства, образованного двумя симметричными оппозитно расположенными цилиндрами. 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 неподвижны и находятся внутри поршень-штока. 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.

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

1. Двухтактный штоковый двигатель внутреннего сгорания, содержащий два оппозитных симметричных цилиндра и два поршня, отличающийся тем, что поршни жестко посажены на один шток, образуя поршень-шток, который совместно с двумя цилиндрами формирует две камеры сгорания для двухтактного цикла.

2. Штоковый ДВС по п.1, отличающийся тем, что в средней части поршень-штока вмонтирован линейный якорь, вокруг которого расположен линейный статор.

3. Штоковый ДВС по п.1, отличающийся тем, что во внутренней полости поршень-штока формируется два цилиндра для компрессора, которые сжимают газ с помощью неподвижных поршней, введенных внутрь поршень-штока.

4. Штоковый ДВС по п.3, отличающийся тем, что отходящие воздуховоды компрессора соединены с соответствующими впускными отверстиями камер сгорания, воздуховоды имеют отверстия для всасывания дополнительного объема воздуха в движущуюся струю воздуха.

5. Штоковый ДВС по п.1, отличающийся тем, что поршень-шток неподвижен, а возвратно-поступательное движение осуществляют два жестко соединенных рабочих цилиндра.

6. Штоковый ДВС по п.5, отличающийся тем, что к донным частям цилиндров соосно прикреплены донными частями цилиндры компрессоров, работающие в парах с неподвижными частями компрессоров.

7. Штоковый ДВС по п.5, отличающийся тем, что на соединении рабочих цилиндров смонтирован линейный якорь, вокруг которого расположен линейный статор.

8. Штоковый ДВС по п.5, отличающийся наличием пары штоковых ДВС с соосным жестким соединением двух пар подвижных цилиндров и четырехтактным циклом.

9. Штоковый ДВС по п.8, отличающийся тем, что на блоке цилиндров смонтирован линейный якорь, а линейный статор находится снаружи либо внутри него.

10. Штоковый ДВС по п.6, отличающийся тем, что на блоке цилиндров расположен компрессор.

11. Штоковый ДВС по п.8, отличающийся тем, что цилиндры неподвижны, а возвратно-поступательное движение осуществляют два жестко соединенных поршень-штока.