RU121526U1

RU121526U1 - POWER UNIT

Info

Publication number: RU121526U1
Application number: RU2012109089/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Валерьевич Козлачков
Original assignee: Сергей Валерьевич Козлачков
Priority date: 2012-03-11
Filing date: 2012-03-11
Publication date: 2012-10-27

Abstract

Силовой агрегат, содержащий, как минимум, четырехцилиндровый четырехтактный свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания и механизм отбора мощности, характеризующийся тем, что группа поршней двигателя жестко соединена безштоковой связью в единый блок поршней с поршнем (ротором) или группой поршней (роторами) механизма отбора мощности, а система топливоподачи включает, как минимум, одну форкамеру на каждый цилиндр двигателя, а в качестве топлива используется природный, нефтяной или продукт - газ. A power unit containing at least a four-cylinder four-stroke free-piston internal combustion engine and a power take-off mechanism, characterized in that a group of engine pistons is rigidly connected by a rodless connection into a single block of pistons with a piston (rotor) or a group of pistons (rotors) of a power take-off mechanism, and the fuel supply system includes at least one prechamber for each cylinder of the engine, and natural, oil or gas is used as fuel.

Description

Устройство относится к машиностроению, а именно к четырехтактным свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано: в качестве силового агрегата для привода судов, самоходных, стационарных машин, станков и оборудования; в насосных, компрессорных, эл. генераторных и теплоэнергетических установках, для компримирования газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, дожимных компрессорных станциях, на месторождениях с падающей добычей природного газа, станциях подземного хранения газа, в составе энерготехнологических комплексов при интенсификации добычи нефти и газа, для опрессовки трубопроводов и газовой аппаратуры, при утилизации ТБО, на втором этапе, после газификации в сверхадиабатическом режиме.The device relates to mechanical engineering, namely to four-stroke free-piston internal combustion engines and can be used: as a power unit for driving ships, self-propelled, stationary machines, machines and equipment; in pumping, compressor, electric generator and heat power plants, for compressing gas at automobile gas-filling compressor stations, booster compressor stations, at fields with decreasing natural gas production, underground gas storage stations, as part of energy technology complexes for the intensification of oil and gas production, for crimping pipelines and gas equipment, MSW utilization, at the second stage, after gasification in the super-adiabatic mode.

Известны свободнопоршневые силовые агрегаты (ССА) и двигатели компрессоры (СПДК) различного назначения (например, [1, 2]). При всех своих положительных качествах отрицательным моментом в них является то, что в качестве топлива они используют дизельное топливо.Known free piston power units (SSA) and engines compressors (SPDK) for various purposes (for example, [1, 2]). With all its positive qualities, the negative point in them is that they use diesel fuel as fuel.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является двухтактный СПДК [3], содержащий корпус с размещенными в нем цилиндро-поршневыми группами двигателя, буфера и компрессорных ступеней и систему топливоподачи газа, в виде установленных на корпусе цилиндра двигателя газовпускного клапана и форкамер, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания, двигатель-компрессор снабжен размещенными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора перегородками с уплотнениями, а в качестве топлива двигателя использован природный или нефтяной газ, основным компонентом которых является метан.The closest in technical essence to the claimed invention is a push-pull SPDK [3], comprising a housing with cylinder-piston groups of the engine, buffer and compressor stages located therein and a gas fuel supply system, in the form of a gas inlet valve and pre-chambers installed on the cylinder body of the engine, each of which has a gas fuel supply valve and spark plug, the engine-compressor is equipped with seals between the cavities of the buffer, the purge pump and the compressor, and in honors motor fuels used natural gas or oil, the main component of which is methane.

Недостатком является низкий коэффициент полезного действия (КПД) и невысокая надежность двухтактного двигателя в сравнении с четырехтактным из-за:The disadvantage is the low efficiency (EFFICIENCY) and the low reliability of the two-stroke engine in comparison with the four-stroke because of:

1. Несовершенного механизма газораспределения: зависимость фаз газораспределения только от перепада давления в цилиндре, что не позволяет эффективно и без потерь горючей смеси произвести продувку и наполнение камеры сгорания, как следствие - перерасход топлива, снижение экономичности, повышенная токсичность.1. The incomplete gas distribution mechanism: the dependence of the gas distribution phases only on the pressure drop in the cylinder, which does not allow efficient and without loss of the combustible mixture purge and fill the combustion chamber, as a result - excessive fuel consumption, reduced economy, increased toxicity.

2. Конструкционных особенностей двухтактного двигателя: наличие впускных и выпускных отверстий в цилиндре уменьшает эффективный ход поршня, как следствие - перерасход энергии.2. Design features of a two-stroke engine: the presence of inlet and outlet openings in the cylinder reduces the effective piston stroke, and as a result, energy overruns.

Известен также силовой привод с четырехтактным свободнопоршневым двигателем внутреннего сгорания [4], содержащий рабочий цилиндр с клапанами газораспределения и двумя группами поршней, один из которых - основной - жестко связан с силовыми и пусковым гидравлическими плунжерами, а другой - вспомогательный - с управляющим плунжером двухстороннего действия, которые работают по схеме четырехтактного двигателя внутреннего сгорания при организации поочередного движения поршней в цилиндре, с помощью двух гидроаккумуляторов и системы клапанов, управляемых блоком, состоящим из логического устройства, датчиков контроля состояния элементов силового привода, и гидроусилителя управления двухпозиционным золотником.Also known is a power drive with a four-stroke free-piston internal combustion engine [4], containing a working cylinder with gas distribution valves and two groups of pistons, one of which is the main one, rigidly connected to power and starting hydraulic plungers, and the other auxiliary one, with a double-acting control plunger that work according to the scheme of a four-stroke internal combustion engine when organizing the alternate movement of the pistons in the cylinder, using two hydraulic accumulators and a valve system controlled by a unit consisting of a logic device, sensors for monitoring the state of the elements of the power drive, and a power steering control on-off valve.

Недостатками этого агрегата являются:The disadvantages of this unit are:

1. Низкий КПД связанный с неэффективной системой поочередного движения поршней и потерями энергии на их торможение и пуск.1. Low efficiency associated with an ineffective system of alternating movement of the pistons and energy losses due to their braking and starting.

2. Несовершенство механизма газораспределения - зависимость фаз газораспределения только от перепада давления в цилиндре, как следствие - перерасход топлива, снижение экономичности, повышение токсичности.2. The imperfection of the gas distribution mechanism is the dependence of the gas distribution phases only on the pressure drop in the cylinder, as a result - excessive fuel consumption, reduced economy, increased toxicity.

3. Потеря энергии в гидроаккумуляторах, т.к. за один цикл (четыре хода) три хода двух поршневых групп осуществляются исключительно за счет энергии накопленной гидроаккумуяяторами.3. Loss of energy in accumulators, because in one cycle (four strokes) three strokes of two piston groups are carried out exclusively due to the energy accumulated by hydraulic accumulators.

4. Низкая надежность и сложность управления приводом поочередного движения поршневых групп с помощью блока управления, состоящего из логического устройства, с подключенными к нему датчиками контроля состояния элементов силового привода, и гидроусилителя управления двухпозиционным золотником.4. Low reliability and complexity of controlling the drive of alternating movement of piston groups using a control unit consisting of a logic device, with sensors for monitoring the state of power drive elements connected to it, and a power steering control on-off valve.

5. Невозможность устойчивой работы из-за отсутствия жесткой системы синхронизации поршней, в связи с: неизбежным изменением физических параметров гидравлики (температура, вязкость, объем), в разных участках на разную величину; неравенством сил трения между гильзами цилиндров и поршнями, у разных поршневых групп; различной массы поршневых групп.5. The impossibility of stable operation due to the lack of a rigid piston synchronization system, due to: the inevitable change in the physical parameters of hydraulics (temperature, viscosity, volume), in different areas by a different amount; the inequality of the frictional forces between the cylinder liners and the pistons for different piston groups; different mass of piston groups.

6. Нецелесообразность разработки многоцилиндрового агрегата, по этой схеме, из-за сложности в системе синхронизации более двух групп не жестко связанных поршней и неизбежности падения КПД при этом.6. The inappropriate development of a multi-cylinder unit, according to this scheme, due to the complexity in the synchronization system of more than two groups of loosely coupled pistons and the inevitability of a drop in efficiency in this case.

7. Значительные габариты и вес.7. Significant dimensions and weight.

8. Неуравновешенная работа двигателя на газообразном топливе.8. Unbalanced gaseous fuel engine operation.

Технический результат технического решения - повышение КПД, надежности, увеличение ресурса работы, уменьшение габаритов и веса силового агрегата, экономия дефицитного дизельного топлива путем замены его на природный, нефтяной или продукт - газ; интенсификация добычи газообразного топлива в газовой и нефтяной промышленности, улучшение экологической чистоты окружающей среды за счет уменьшения токсичности отработавших газов топлива и использования, в качестве топлива, продуктов газификации в сверхадиабатическом режиме, после переработки горючих отходов, с получением тепловой, электрической или иной энергии.The technical result of the technical solution is to increase the efficiency, reliability, increase the service life, reduce the size and weight of the power unit, save scarce diesel fuel by replacing it with natural, oil or gas product; the intensification of the production of gaseous fuels in the gas and oil industry, the improvement of the environmental cleanliness of the environment by reducing the toxicity of the exhaust gases of the fuel and the use, as fuel, of gasification products in the super-adiabatic mode, after the processing of combustible waste, to produce heat, electricity or other energy.

Технический результат достигается:The technical result is achieved:

1. Расположением рабочих цилиндров двигателя агрегата параллельно между собой и цилиндрами механизма отбора мощности; комбинацией, оптимальной для его работы по четырехтактной схеме; выбором их количества, в зависимости от условий применения агрегата - минимум по два рабочих цилиндра двигателя с торцов агрегата.1. The arrangement of the working cylinders of the engine of the unit in parallel between themselves and the cylinders of the power take-off; a combination that is optimal for its four-cycle operation; the choice of their number, depending on the conditions of use of the unit - at least two working cylinders of the engine from the ends of the unit.

2. Жестким соединением рабочих органов двигателя и механизма отбора мощности в единый блок, оптимальным для их согласованной работы: рабочие поршни двигателя и поршни (ротор) механизма отбора мощности жестко соединены между собой непосредственно (без штока), на одном или на нескольких из поршней (роторе) механизма отбора мощности. Безштоковое соединение поршней между собой дает возможность существенно сократить линейные размеры, упростить конструкцию и повысить надежность агрегата, в виду отсутствия быстро изнашиваемой системы сальниковых отверстий штока в межсекционных стенках, а также снизить массу подвижной части агрегата и, следовательно, уменьшить ее силу инерции, при движении.2. A rigid connection of the working bodies of the engine and the power take-off mechanism into a single unit, optimal for their coordinated work: the working pistons of the engine and the pistons (rotor) of the power take-off are rigidly interconnected directly (without a rod), on one or several of the pistons ( rotor) power take-off mechanism. The rodless connection of the pistons to each other makes it possible to significantly reduce linear dimensions, simplify the design and increase the reliability of the unit, due to the lack of a rapidly wearing out system of stem packing holes in the intersection walls, as well as reduce the mass of the moving part of the unit and, therefore, reduce its inertia when moving .

3. Повышением эффективности газораспределительной системы, благодаря ее принудительному управлению, что осуществляется использованием энергии механизма отбора мощности.3. Increasing the efficiency of the gas distribution system, thanks to its forced control, which is carried out using the energy of the power take-off mechanism.

4. Применением системы топливоподачи включающей форкамеры, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания, а в качестве топлива двигателя использован природный, нефтяной, или продукт - газ.4. The use of a fuel supply system including a prechamber, each of which has a gas fuel supply valve and spark plug, and natural, oil, or gas product is used as engine fuel.

Сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом и аналогами показал, что первое из них отличается наличием новых конструктивных элементов, а именно: выполнением системы топливо-подачи включающей форкамеры, на каждой из которых установлены клапан подачи газового топлива и свеча зажигания. Очень важным является использование в качестве топлива природного, нефтяного, или продукт - газа.A comparative analysis of the proposed technical solution with a prototype and analogues showed that the first one is distinguished by the presence of new structural elements, namely: the implementation of a fuel-supply system including a pre-chamber, on each of which a gas fuel supply valve and a spark plug are installed. It is very important to use natural gas, oil, or gas as a fuel.

Использование системы топливоподачи с форкамерно-факельным зажиганием приводит к надежному воспламенению газовоздушной смеси в цилиндре и уменьшению степени сжатия, что обеспечивает бездетонационное сгорание топлива.The use of a fuel supply system with a pre-ignition torch ignition leads to reliable ignition of the gas-air mixture in the cylinder and a decrease in the compression ratio, which ensures detonation-free combustion of fuel.

Все вышеизложенное доказывает необходимость и существенность введенных отличительных признаков, поскольку они способствуют достижению поставленного технического результата.All of the above proves the necessity and significance of the introduced distinguishing features, since they contribute to the achievement of the technical result.

Анализ существующей научно-технической и патентной литературы выявил отсутствие заявленной совокупности существенных признаков, хотя в отдельности, кроме использования в качестве топлива двигателя СПДК и ССА природного и нефтяного газов, они и присутствуют в определенных конструкциях СПДК и ССА. Однако именно в заявленном сочетании они способны обеспечить технический результат, указанный заявителем.An analysis of the existing scientific, technical and patent literature revealed the absence of the claimed combination of essential features, although separately, in addition to using natural and petroleum gases as an SPDK and SSA engine, they are present in certain SPDK and SSA designs. However, it is in the claimed combination that they are able to provide a technical result indicated by the applicant.

Функционально силовой агрегат содержит четырехтактный свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания и механизм отбора мощности.Functionally, the power unit contains a four-stroke free-piston internal combustion engine and a power take-off.

Двигатель, в общем случае, может иметь: четыре рабочих цилиндра и более; непосредственную межпоршневую связь с поршнями (ротором) механизма отбора мощности (безштоковую); различные системы питания и газораспределения, отличающиеся по приводу, по управлению приводом, по конструкции.An engine, in the general case, may have: four working cylinders or more; direct inter-piston communication with pistons (rotor) of the power take-off mechanism (rodless); various power and gas distribution systems, differing in drive, in drive control, in design.

Механизм отбора мощности, в общем случае, может иметь: различное пространственное расположение, различные последовательность и количество поршней (роторов) и цилиндров (статоров); непосредственную межпоршневую связь с поршнями (ротором), механизма отбора мощности, и штоковую.The power take-off mechanism, in the general case, can have: a different spatial arrangement, different sequence and number of pistons (rotors) and cylinders (stators); direct inter-piston communication with pistons (rotor), power take-off mechanism, and stock.

В частном случае конструкция двигателя и механизма отбора мощности силового агрегата определяется условиями его применения и экономической целесообразностью, с обязательной вертикальной ориентацией (см. чертеж).In a particular case, the design of the engine and power take-off mechanism of the power unit is determined by the conditions of its use and economic feasibility, with mandatory vertical orientation (see drawing).

На чертеже схематично представлен предлагаемый силовой агрегат на виде спереди и сверху (с сечением поршней), с четырехцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, механизмом отбора мощности, состоящим из компрессора, гидронасоса, совмещенного гидроприводом с гидромотором, линейного электрогенератора, и штока отбора мощности.The drawing schematically shows the proposed power unit in front and top view (with piston cross-section), with a four-cylinder internal combustion engine, a power take-off mechanism consisting of a compressor, a hydraulic pump combined with a hydraulic actuator with a hydraulic motor, a linear electric generator, and a power take-off rod.

Двигатель содержит: рабочие цилиндры 1-4, находящиеся в них рабочие поршни 5-8, одностороннего действия; систему газораспределения, состоящую из газораспределительного механизма 9, 10 и клапанного механизма 11-18; систему питания, состоящую из топливного механизма 19, 20, и, установленных на корпусе цилиндра двигателя, форкамер 34-37, каждая из которых имеет, как минимум, один клапан 12, 14, 16, 18 подачи газового топлива и свечу зажигания (на фиг. не показана).The engine contains: working cylinders 1-4, working pistons 5-8 in them, single acting; a gas distribution system consisting of a gas distribution mechanism 9, 10 and a valve mechanism 11-18; a power system consisting of a fuel mechanism 19, 20, and installed on the engine cylinder body, pre-chambers 34-37, each of which has at least one gas fuel supply valve 12, 14, 16, 18 and a spark plug (in FIG. not shown).

Механизм отбора мощности содержит: компрессор, состоящий из пневмоцилиндра 21 с, находящимся в нем, пневмопоршнем 22 двухстороннего действия; гидронасос, состоящий из гидроцилиндров 23 и 24, совмещенный гидроприводом с гидромотором 25, с находящимися в них гидропоршнями 26, 27 одностороннего действия; линейный электрогенератор, состоящий из статоров 28, 29 с, находящимися в нем, роторов 30, 31; штока отбора мощности 32, 33.The power take-off mechanism comprises: a compressor, consisting of a pneumatic cylinder 21 s located in it, a pneumatic piston 22 double-acting; a hydraulic pump, consisting of hydraulic cylinders 23 and 24, combined with a hydraulic actuator with a hydraulic motor 25, with hydraulic pistons 26, 27 of single-acting action located therein; a linear electric generator, consisting of stators 28, 29 s located in it, rotors 30, 31; power take-off rod 32, 33.

Конструкционно силовой агрегат состоит из двух основных частей: неподвижной и, совершающей в ней возвратно-поступательные движения, подвижной.Structurally, the power unit consists of two main parts: motionless and reciprocating, moving.

Неподвижная часть представляет собой: блок жестко связанных рабочих цилиндров 1-4, с клапанным механизмом 11-18, гидроцилиндров 23, 24, статора 28, 29 с пневмоцилиндром 21. Пневмоцилиндр 21 имеет с торцов жесткое соединение и общие отверстия с рабочими 1-4 и гидро 23, 24 цилиндрами: радиально-симметричные соединения с рабочими цилиндрами 1, 3 и центрально-симметричное соединение с гидроцилиндром 23, с одной стороны, и радиально-симметричные соединения с рабочими цилиндрами 2, 4 и центрально-симметричное соединение с гидроцилиндром 24, с другой стороны. Гидроцилиндры 23, 24 с внешних торцов имеют жесткое соединение и общие отверстия со статорами 28, 29: гидроцилиндр 23 имеет центрально-симметричное соединение со статором 28, с одной стороны, а гидроцилиндр 24 имеет центрально-симметричное соединение со статором 29, с другой стороны. Статоры 28, 29 с внешних торцов имеют центрально-симметричные отверстия с диаметром, сопряженным с диаметром штока отбора мощности. Газораспределительный 9, 10 и топливный 19, 20 механизмы жестко крепятся к блоку цилиндров агрегата с его торцов, в местах равноудаленных от цилиндров двигателя. Привод и управление газораспределительного 9, 10 и топливного 19, 20 механизмов осуществляется исходя из целесообразности использования того или иного, а также их комбинации, вида энергии механизма отбора мощности силового агрегата. Так, например, связь между газораспределительным механизмом 9, 10 и клапанным механизмом 11-18 может быть: механической, гидравлической, пневматической, электрической или комбинированной.The fixed part is: a block of rigidly connected working cylinders 1-4, with a valve mechanism 11-18, hydraulic cylinders 23, 24, a stator 28, 29 with a pneumatic cylinder 21. The pneumatic cylinder 21 has a rigid connection from the ends and common holes with the working 1-4 and hydro 23, 24 cylinders: radially symmetric connections with working cylinders 1, 3 and centrally symmetric connection with hydraulic cylinders 23, on the one hand, and radially symmetric connections with working cylinders 2, 4 and centrally symmetric connection with hydraulic cylinder 24, with the other side. The hydraulic cylinders 23, 24 from the external ends have a rigid connection and common holes with the stators 28, 29: the hydraulic cylinder 23 has a centrally symmetrical connection with the stator 28, on the one hand, and the hydraulic cylinder 24 has a centrally symmetrical connection with the stator 29, on the other hand. The stators 28, 29 from the outer ends have centrally symmetrical openings with a diameter conjugated with the diameter of the power take-off rod. Gas distribution 9, 10 and fuel 19, 20 mechanisms are rigidly attached to the cylinder block of the unit from its ends, in places equidistant from the engine cylinders. The drive and control of the gas distribution 9, 10 and fuel 19, 20 mechanisms is carried out on the basis of the advisability of using one or another, as well as their combination, the type of energy of the power take-off mechanism of the power unit. So, for example, the connection between the gas distribution mechanism 9, 10 and the valve mechanism 11-18 can be: mechanical, hydraulic, pneumatic, electrical or combined.

Подвижная часть представляет собой комбинацию жестко связанных: пневмопоршня 22, рабочих поршней 5-8, гидропоршней 26, 27, роторов 30, 31, штоков отбора мощности 32, 33. Связь рабочих поршней 5-8 между собой и с гидропоршнями 26, 27 осуществляется через их жесткое соединение с пневмопоршнем 22, симметрично расположенного между рабочими 5, 7 и гидро 26 поршнями, с одной стороны, и рабочими 6, 8 и гидро 27 поршнями, с другой стороны. Рабочие поршни 5-8 жестко связаны внутренними торцами с торцами пневмопоршня 22 радиально-симметрично, гидропоршни 26, 27 внутренними торцами - центрально-симметрично, а внешними торцами жестко, центрально-симметрично, связаны с внутренними торцами роторов 30, 31, внешние торцы которых жестко, центрально-симметрично, соединены со штоками отбора мощности 32, 33.The moving part is a combination of rigidly connected: pneumatic piston 22, working pistons 5-8, hydraulic piston 26, 27, rotors 30, 31, power take-off rods 32, 33. The working pistons 5-8 are connected with each other and with hydraulic pistons 26, 27 through their rigid connection with the pneumatic piston 22, symmetrically located between the working 5, 7 and hydro 26 pistons, on the one hand, and the working 6, 8 and hydro 27 pistons, on the other hand. The working pistons 5-8 are rigidly connected by the inner ends to the ends of the pneumatic piston 22 radially symmetrical, the hydraulic pistons 26, 27 by the inner ends are centrally symmetrical, and the outer ends are rigidly, centrally symmetrical, connected to the inner ends of the rotors 30, 31, the outer ends of which are rigidly , centrally symmetrical, connected to the power take-off rods 32, 33.

Работа силового агрегата в цилиндрах (статоре) механизма отбора мощности осуществляется возвратно-поступательным движением блока поршней (ротора), управляемым поочередным движением поршней двигателя, по четырехтактной схеме.The operation of the power unit in the cylinders (stator) of the power take-off is carried out by the reciprocating movement of the piston unit (rotor), controlled by the alternate movement of the engine pistons, in a four-stroke scheme.

Рассмотрим работу двигателя, с впрыском топлива, на примере одного такта. Поршень 5 из положения верхней мертвой точки (ВМТ) направлен в нижнюю мертвую точку (НМТ), выпускной клапан 11 закрыт, впускной клапан (на фиг. не показан) цилиндра 1 открыт, клапан 12 подачи газового топлива открыт, рабочий газ поступает в цилиндр 1 и в форкамеру 34. Поршень 6 из положения НМТ направлен в ВМТ, выпускной клапан 13 закрыт (открыт), впускной клапан (на фиг. не показан) цилиндра 2 закрыт, клапан 14 подачи газового топлива закрыт, рабочий газ сжимается в цилиндре 2 (выхлопные газы выталкиваются из цилиндра 2). Поршень 7 из положения ВМТ, после подачи искрового разряда на свечу и воспламенения рабочего газа в форкамере 36 и последующего воспламенения рабочего газа в цилиндре 3, направлен в НМТ, под действием энергии расширяющихся газов, выпускной 15 клапан и впускной (на фиг. не показан) клапан цилиндра 3 закрыты, клапан 16 подачи газового топлива закрыт. Поршень 8 из положения НМТ направлен в ВМТ, выпускной клапан 17 открыт (закрыт), впускной (на фиг. не показан) клапан цилиндра 4 закрыт, клапан 18 подачи газового топлива закрыт, выхлопные газы выталкиваются из цилиндра 4 (рабочий газ сжимается в цилиндре 4).Consider the operation of an engine with fuel injection, using the example of one clock cycle. The piston 5 from the top dead center (TDC) position is directed to the bottom dead center (BDC), the exhaust valve 11 is closed, the intake valve (not shown) of cylinder 1 is open, the gas fuel supply valve 12 is open, and the working gas enters cylinder 1 and in the pre-chamber 34. The piston 6 from the BDC position is directed to the TDC, the exhaust valve 13 is closed (open), the inlet valve (not shown) of the cylinder 2 is closed, the gas fuel supply valve 14 is closed, the working gas is compressed in the cylinder 2 (exhaust gases are expelled from the cylinder 2). The piston 7 from the TDC position, after applying a spark discharge to the candle and igniting the working gas in the pre-chamber 36 and subsequent ignition of the working gas in the cylinder 3, is directed to the BDC, under the action of the energy of the expanding gases, the outlet valve 15 and the inlet (not shown in Fig.) cylinder 3 valve is closed, gas fuel supply valve 16 is closed. The piston 8 from the BDC position is directed to the TDC, the exhaust valve 17 is open (closed), the intake valve (not shown in Fig.) Is the valve 4 of the cylinder closed, the gas fuel supply valve 18 is closed, the exhaust gases are pushed out of the cylinder 4 (the working gas is compressed in the cylinder 4 )

Из обобщения работы двигателя следует, что очередность рабочих циклов, в разницу на один такт, имеют любые из цилиндров двигателя, находящихся с противоположных торцов агрегата, на два такта - с одного торца агрегата.From a generalization of engine operation, it follows that the sequence of duty cycles, by a difference of one cycle, has any of the engine cylinders located at opposite ends of the unit, two cycles - from one end of the unit.

Аналогично происходит и работа агрегата с числом цилиндров двигателя более четырех. Отличие лишь в том, что рабочие такты совпадают сразу в двух, для восьмицилиндрового двигателя или в трех, для двенадцатицилиндрового двигателя, цилиндрах.Similarly, the operation of the unit with the number of engine cylinders of more than four occurs. The only difference is that the working cycles coincide immediately in two cylinders for an eight-cylinder engine or in three for a twelve-cylinder engine.

Часть полезной мощности, вырабатываемой в двигателе преобразуется в гидронасосе в энергию давления рабочей жидкости, которая может использоваться затем для привода гидромотора (гидромуфты), встроенного например, в трансмиссию автомобиля, а так же другого рабочего оборудования. Часть полезной мощности, при необходимости, может использоваться в компрессоре, для создания запасов сжатого воздуха, а так же в линейном электрогенераторе для выработки электроэнергии. Сжатый воздух затем используется, например, для привода тормозов автомобиля и запуска силового агрегата. Электроэнергия может использоваться для подзарядки автомобильного аккумулятора, а так же в системе электрического запуска силового агрегата.Part of the useful power generated in the engine is converted in the hydraulic pump into the pressure energy of the working fluid, which can then be used to drive a hydraulic motor (hydraulic coupling), built-in, for example, in the transmission of a car, as well as other working equipment. Part of the useful power, if necessary, can be used in a compressor to create compressed air reserves, as well as in a linear electric generator for generating electricity. Compressed air is then used, for example, to drive the brakes of the car and start the power unit. Electricity can be used to recharge the car battery, as well as in the electric starting system of the power unit.

Данный силовой агрегат имеет все преимущества четырехтактного двигателя с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) и свободен от, присущих ему, недостатков: наличие КШМ и, связанных с ним, потерь энергии; а так же все преимущества свободнопоршневого: малые габариты и вес, простота конструкции, а следовательно, низкие затраты на производство, ремонт и обслуживание, повышение мощности двигателя за счет возможности изменения степени сжатия, в зависимости от изменения объема камеры сгорания, при различных циклах; и свободен от присущих ему недостатков: обычно несовершенных систем питания и газораспределения.This power unit has all the advantages of a four-stroke engine with a crank mechanism (KShM) and is free from its inherent disadvantages: the presence of a KShM and related energy losses; as well as all the advantages of a free piston: small dimensions and weight, simplicity of design, and therefore low costs for production, repair and maintenance, increasing engine power due to the possibility of changing the degree of compression, depending on changes in the volume of the combustion chamber, for various cycles; and free from its inherent disadvantages: usually imperfect power and gas distribution systems.

Таким образом, устраняя недостатки и используя преимущества, присущие свободнопоршневым двигателям, предлагаемый силовой агрегат позволяет повысить КПД в сравнении с четырехтактным двигателем с КШМ. Это благоприятствует применению силового агрегата для привода самоходных машин, особенно в тех, где конструкцией предусмотрено наличие гидромоторов, гидромуфт, гидронасосов, гидроцилиндров, гидропривод которых очень просто объединить с гидронасосом силового агрегата и будет, тем самым, исключена цепь преобразований движения и, связанных с этим, потерь энергии.Thus, eliminating the disadvantages and using the advantages inherent in free piston engines, the proposed power unit allows to increase efficiency in comparison with a four-stroke engine with a crank motor. This favors the use of the power unit for driving self-propelled vehicles, especially in those where the design provides for the presence of hydraulic motors, hydraulic couplings, hydraulic pumps, hydraulic cylinders, the hydraulic drive of which is very simple to combine with the hydraulic pump of the power unit and, thereby, the chain of motion transformations and related energy loss.

Целесообразно применение силового агрегата в передвижных компрессорных и насосных механизмах, в которых, из-за несовершенства существующих двухтактных и четырехтактных свободнопоршневых двигателей, получили широкое распространение четырехтактные, с КШМ. При объединении двигателя, с КШМ, с механизмом отбора мощности происходит значительное снижение КПД агрегата, связанное с потерей энергии на преобразованиях движения: возвратно-поступательное движение поршней двигателя - во вращательное движение коленчатого вала двигателя - во вращательное движение коленчатого вала механизма отбора мощности - в возвратно-поступательное движение поршней механизма отбора мощности, - а так же существенно возрастают габариты и масса механизма, что усложняет его передвижение.It is advisable to use the power unit in mobile compressor and pumping mechanisms, in which, due to the imperfection of the existing two-stroke and four-stroke free piston engines, four-stroke, with crankshaft are widely used. When combining the engine, with the crankshaft, with the power take-off mechanism, there is a significant reduction in the efficiency of the unit associated with the loss of energy on the motion transformations: reciprocating movement of the engine pistons - into the rotational movement of the engine crankshaft - into the rotational movement of the crankshaft of the power take-off - progressive movement of the pistons of the power take-off mechanism, - as well as the overall dimensions and mass of the mechanism, which complicates its movement.

Целесообразно применение агрегата на втором этапе утилизации и экологически чистой переработки горючих отходов, при использовании процесса пиролиза, для преобразования энергии продукт-газа, полученного на первой стадии процесса переработки: газификации в сверхадиабатическом режиме - в тепловую, электрическую или иную энергию.It is advisable to use the unit at the second stage of utilization and environmentally friendly processing of combustible waste, using the pyrolysis process, to convert the energy of the product gas obtained at the first stage of the processing process: gasification in the super-adiabatic mode - into heat, electric or other energy.

Примечание:Note:

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account during the examination:

1. А/С №1553750, FO2B 71/00, публ. 1989 г.1. A / C No. 1553750, FO2B 71/00, publ. 1989 year

2. ЕР №0280200, F02B 71/04, публ. 31.08.1988 г.2. EP No. 0280200, F02B 71/04, publ. 08/31/1988

3. RU №2084662, FO2B 71/00, публ. 20.07.1997 г.3. RU No. 2084662, FO2B 71/00, publ. 07/20/1997

4. А/С №1592541, F02B 71/04, публ. 15.09.1990 г.4. A / C No. 1592541, F02B 71/04, publ. September 15, 1990

Claims

A power unit comprising at least a four-cylinder, four-stroke, free-piston internal combustion engine and a power take-off mechanism, characterized in that the group of engine pistons is rigidly connected by a rodless connection into a single piston unit with a piston (rotor) or a group of pistons (rotors) of the power take-off, and the fuel supply system includes at least one prechamber for each cylinder of the engine, and natural, oil or gas products are used as fuel.