RU202242U1

RU202242U1 - VALVELESS HYBRID ENGINE WITH CONVERSION OF EXHAUST HEAT OF THE ICE INTO WORK WITH EXHAUST GAS BURNING

Info

Publication number: RU202242U1
Application number: RU2020103408U
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Холзаков
Original assignee: Сергей Алексеевич Холзаков
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-02-08

Abstract

Полезная модель относится к поршневым гибридным тепловым двигателям внутреннего сгорания и с внешним подводом теплоты без использования механических клапанов газораспределения. Техническим результатом являются увеличение приемистости и удельной мощности двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса. Сущность полезной модели заключается в том, что двигатель, помимо корпуса с механизмом преобразования движения штоков во вращение вала, систем воздухоподачи, топливоподачи, зажиганий, газораспределения и газоотведения, содержит, как минимум, два противофазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя камеру дожигания выхлопных газов и три камеры переменного объема, образованные ступенчатым поршнем, а именно подпоршневую камеру воздушного компрессора, надпоршневую рабочую камеру с подводом теплоты и межпоршневую рабочую камеру внутреннего сгорания, а также разделенные теплоизолятором нагреватель, выполненный в виде внутренней рубашки цилиндра, и холодильник - в виде внешней рубашки, расположенную между нагревателем и холодильником вытеснительную полость, выполненную в виде пустотелой обечайки и связанную тангенциальным каналом с надпоршневой камерой. Каналы отходящих газов из камеры сгорания размещены в теле нагревателя и его днища, образуя камеру дожигания в виде пустотелой обечайки, а каналы подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру сгорания размещены в теле внешней рубашки цилиндра таким образом, что позволяют поршню осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в нем каналов. Введение плазмообразующей энергии в рабочую камеру с подводом теплоты позволит осуществить «активную» регенерацию теплоты сжатия с переносом ее из такта сжатия в такт расширения и улучшить тепловой КПД гибрида. Поршень для улучшения газообмена может содержать аэродинамический клапан подачи воздуха или топливовоздушной смеси в межпоршневую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя. Впускные и выпускные клапаны газораспределения воздушного компрессора выполнены в виде сдвоенного обратного аэродинамического клапана, не имеющего подвижных частей. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.The utility model relates to reciprocating hybrid internal combustion heat engines with external heat supply without the use of mechanical gas distribution valves. The technical result is an increase in throttle response and specific power of the engine, an increase in efficiency, reliability and service life. The essence of the utility model lies in the fact that the engine, in addition to a body with a mechanism for converting the movement of the rods into rotation of the shaft, air supply systems, fuel supply, ignition, gas distribution and gas discharge, contains at least two antiphase stepped cylinders with heads, each of which includes exhaust afterburning chamber and three chambers of variable volume formed by a stepped piston, namely a sub-piston chamber of an air compressor, an above-piston working chamber with a heat supply and an inter-piston working chamber of internal combustion, as well as a heater separated by a heat insulator, made in the form of an inner cylinder jacket, and a refrigerator - in the form of an outer jacket, a displacement cavity located between the heater and the cooler, made in the form of a hollow shell and connected by a tangential channel with the above-piston chamber. The channels of exhaust gases from the combustion chamber are located in the body of the heater and its bottom, forming an afterburner in the form of a hollow shell, and the channels for supplying air or air-fuel mixture to the combustion chamber are located in the body of the outer jacket of the cylinder so that channels in it. The introduction of plasma-forming energy into the working chamber with heat supply will make it possible to carry out "active" regeneration of the compression heat with its transfer from the compression stroke to the expansion stroke and to improve the thermal efficiency of the hybrid. To improve gas exchange, the piston may contain an aerodynamic valve for supplying air or a fuel-air mixture to an inter-piston internal combustion chamber, which has a common inner cylindrical surface of the heater with the adjacent above-piston chamber. The inlet and outlet valves of the gas distribution of the air compressor are made in the form of a double aerodynamic check valve, which has no moving parts. 11 p.p. f-ly, 6 dwg

Description

Полезная модель относится к области энергетики - поршневым двигателям внутреннего сгорания и двигателям с внешним и внутренним подводом теплоты без использования механических клапанов газораспределения.The utility model relates to the field of power engineering - internal combustion piston engines and engines with external and internal heat supply without the use of mechanical gas distribution valves.

Уровень техникиState of the art

Известно немало способов повышения энергетической эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) за счет использования «отходящей» теплоты посредством гибридизации с другими устройствами преобразования тепловой энергии в механическую работу, например, «Способ повышения кпд двигателя внутреннего сгорания за счет утилизации тепловой энергии двигателя» патент РФ №2117803 (опубликован 20.08.1998 г.), с испарением воды и расширением пара для получения дополнительной полезной работы.There are many known ways to increase the energy efficiency of internal combustion engines (ICE) through the use of "waste" heat through hybridization with other devices for converting thermal energy into mechanical work, for example, "Method for increasing the efficiency of an internal combustion engine by utilizing the thermal energy of the engine" RF patent No. 2117803 (published 08/20/1998), with water evaporation and steam expansion for additional useful work.

Недостатком такого гибрида - является замерзание в зимний период воды, из которой получают пар и преобразуют отходящую теплоту ДВС в работу.The disadvantage of such a hybrid is that the water freezes in winter, from which steam is obtained and the waste heat of the internal combustion engine is converted into work.

Преобразователями отходящей теплоты ДВС в дополнительную полезную работу в гибридах могут быть использованы и двигатели Стирлинга, относящиеся к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ).Stirling engines belonging to the class of engines with external heat supply (DVPT) can also be used as converters of the waste heat of internal combustion engines into additional useful work in hybrids.

Но у «стирлингов», помимо достоинств, имеется и целый ряд недостатков: громоздкость и нетехнологичность нагревателя, необходимость наличия «капризного» регенератора, сложные расчет, проектирование и изготовление.But the “Stirlings”, in addition to their advantages, have a number of disadvantages: the cumbersome and low-tech heater, the need for a “capricious” regenerator, complicated calculation, design and manufacture.

Из уровня техники известен более простой, свободный от этих недостатков, преобразователь тепловой энергии в механическую работу (прототип) - «Тепловой двигатель с бесклапанным газораспределением», описанный в патенте RU 2576077 (27.02.2016 г.), также относящийся к категории ДВПТ.From the prior art, a simpler, free from these drawbacks, converter of thermal energy into mechanical work (prototype) is known - "Heat engine with valveless gas distribution", described in patent RU 2576077 (02/27/2016), also belonging to the category of DVPT.

Этот двигатель содержит рабочую камеру, образованную цилиндром с головкой и поршнем, вытеснительную полость и газоходные каналы-сопла, связывающие ее с рабочей камерой и образующие газораспределительный механизм, а также нагреватель и холодильник (согласно п. 1 формулы). При этом нагреватель двигателя может для генерации теплоты содержать камеру сгорания (сжигания) топливной смеси, смежную с рабочей камерой ДВПТ.This engine contains a working chamber formed by a cylinder with a head and a piston, a displacement cavity and gas ducts-nozzles connecting it with the working chamber and forming a gas distribution mechanism, as well as a heater and a refrigerator (according to claim 1 of the formula). In this case, the heater of the engine may contain a combustion (combustion) chamber of the fuel mixture adjacent to the working chamber of the DVPT to generate heat.

Реализуя «имплазный» способ работы тепловой машины, то есть пространственно-временной замкнутый цикл «активной» регенерации теплоты сжатия с переносом ее из такта сжатия в такт расширения, а именно: плазменно-вихревую активацию (радикализацией и релаксацией) рабочего газа с переносом теплоты сжатия в такте сжатия из объема рабочей камеры на поверхность стенок камеры с аккумулированием, а затем обратно в такте расширения - двигатель с внешним подводом теплоты, дополнительно содержащий активатор рабочего газа, преобразующий рабочую камеру в плазменный вихревой реактор «plasmoid vortex reactor (PVR)» (согласно п. 10 формулы) - осуществляет меньшее «тепловое загрязнение» окружающей среды благодаря увеличению КПД (коэффициента полезного действия) ДВПТ.Realizing the "implant" method of operation of a heat engine, that is, a spatially-temporal closed cycle of "active" regeneration of the heat of compression with its transfer from the compression stroke to the expansion stroke, namely: plasma-vortex activation (radicalization and relaxation) of the working gas with the transfer of the heat of compression in the compression stroke from the volume of the working chamber to the surface of the walls of the chamber with accumulation, and then back in the expansion stroke - an engine with an external heat supply, additionally containing a working gas activator that converts the working chamber into a plasma vortex reactor "plasmoid vortex reactor (PVR)" (according to p. 10 of the formula) - implements less "thermal pollution" of the environment due to the increase in efficiency (efficiency) of DVPT.

Также наличие активатора (ввода плазмообразующей энергии активации рабочего газа) в плазменной вихревой камере, согласно полезной модели патент РФ №151391 «Тепловой двигатель с плазменно-вихревой камерой», позволит использовать возможность по высвобождению «иной» тепловой энергии и преобразованию ее в дополнительную механическую работу (аналогично осуществляются «холодные» низкоэнергетические ядерные реакции «LENR» (англ. LENR: low-energy nuclear reactions) в PVR-реакторах: с кратным (3-7…100 раз) превышением выделенной энергии над затраченной) и обеспечивать режим бестопливной работы теплового двигателя.Also, the presence of an activator (input of the plasma-forming energy of activation of the working gas) in the plasma vortex chamber, according to the utility model RF patent No. 151391 "Heat engine with a plasma-vortex chamber", will make it possible to use the opportunity to release "other" thermal energy and convert it into additional mechanical work (similarly, "cold" low-energy nuclear reactions "LENR" (eng. LENR: low-energy nuclear reactions) are carried out in PVR-reactors: with a multiple (3-7 ... 100 times) excess of the released energy over the expended) and ensure the fuel-free operation of thermal engine.

Последние двигатели имеют свои, подлежащие нивелированию, недостатки:The last engines have their own disadvantages to be leveled:

- низкая приемистость двигателя из-за тепловой инерционности нагревателя;- low throttle response of the engine due to the thermal inertia of the heater;

- двигателю с высокой удельной мощностью для теплопитания нагревателя необходим специальный малогабаритный генератор высокопотенциальной высокоплотной тепловой энергии (как то, например, миниатюрный ядерный реактор («ЯР») или радионуклидный источник теплоты («РИТ»), или «зайчик» гелиоконцентратора), а не просто камера сгорания для генерации теплоты сжиганием горючей смеси при атмосферном давлении, имеющая, в этом случае, значительные массовые и габаритные параметры и характеристики.- an engine with a high specific power for heat supply of the heater requires a special small-sized generator of high-potential high-density thermal energy (such as, for example, a miniature nuclear reactor ("YR") or a radionuclide heat source ("RHS"), or a "spot" of a solar concentrator), and not simply a combustion chamber for generating heat by burning a combustible mixture at atmospheric pressure, which, in this case, has significant mass and dimensional parameters and characteristics.

В целях миниатюризации - необходимо уменьшать камеру сгорания ДВПТ при одновременном повышении величины плотности теплового потока через стенку нагревателя ДВПТ к рабочему телу (газу) ДВПТ посредством сжигания сжатой топливной смеси в ограниченной по объему камере сгорания ДВПТ.In order to miniaturize, it is necessary to reduce the combustion chamber of the DVPT while simultaneously increasing the density of the heat flux through the wall of the DVPT heater to the working fluid (gas) of the DVPT by burning a compressed fuel mixture in a DVPT combustion chamber limited in volume.

Таким образом, для приготовления сжатой топливной смеси необходимо иметь отдельное устройство, которое будет сжимать воздух, готовить на его основе топливную смесь и подавать ее в камеру сгорания ДВПТ для сжигания.Thus, to prepare a compressed fuel mixture, it is necessary to have a separate device that will compress air, prepare a fuel mixture on its basis and supply it to the combustion chamber of the DVPT for combustion.

Причем, если камера сгорания открытого типа - то, предварительно сжатая, горящая топливная смесь факелом будет вылетать из камеры сгорания.Moreover, if the combustion chamber is open, then, previously compressed, the burning fuel mixture will flare out from the combustion chamber.

Если камера сгорания ДВПТ закрытого типа - тогда нужны входные и выходные клапаны газораспределения, да еще, желательно, произвести «детандирование» раскаленных продуктов горения. А это устройство есть не что иное как двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Отсюда вытекает техническое решение - использовать камеру ДВС как камеру сгорания ДВПТ.If the combustion chamber of the DVPT is of a closed type, then inlet and outlet gas distribution valves are needed, and, moreover, it is desirable to "expand" the hot combustion products. And this device is nothing more than an internal combustion engine (ICE). Hence follows a technical solution - to use the internal combustion engine chamber as a combustion chamber for DVPT.

Новизна и «необычность» этого решения заключаются в том, что в качестве камеры сгорания ДВПТ выступает камера внутреннего сгорания ДВС, при этом стенка нагревателя, отделяющая рабочую камеру ДВПТ от смежной камеры сгорания ДВПТ, становится подвижной и выполняется в виде двухстороннего рабочего поршня, являющегося общим для ДВПТ и для ДВС, а общая внутренняя цилиндрическая поверхность нагревателя за счет возвратно-поступательного движения двухстороннего поршня попеременно становится либо поверхностью рабочей камеры внутреннего сгорания, принимающей теплоту от сгорания топливо-воздушной смеси, либо поверхностью рабочей камеры с подводом теплоты, отдающей ранее полученную теплоту от сгорания горючей смеси расширяющемуся рабочему газу (рабочему телу), производящему дополнительную полезную работу за счет утилизации отходящей теплоты ДВС, то есть разные двигатели становятся единым гибридом: ДВС+ДВПТ, причем, в этом случае, ДВПТ становится не только двигателем с внешним (через стенку нагревателя) подводом теплоты, но и двигателем с внутренним (от стенки нагревателя) подводом теплоты сгоревшей (внутри камеры) топливной смеси посредством организации взаимодействия рабочего тела с внутренней цилиндрической поверхностью нагревателя, например, «вихревым ометанием с прижатием».The novelty and "uniqueness" of this solution lies in the fact that the internal combustion chamber of the internal combustion engine acts as the combustion chamber of the DVPT, while the wall of the heater separating the working chamber of the DVPT from the adjacent combustion chamber of the DVPT becomes mobile and is made in the form of a double-sided working piston, which is common for DVPT and for internal combustion engines, and the total inner cylindrical surface of the heater due to the reciprocating movement of the double-sided piston alternately becomes either the surface of the working internal combustion chamber, which receives heat from the combustion of the fuel-air mixture, or the surface of the working chamber with a heat supply, which gives off the previously obtained heat from the combustion of the combustible mixture to the expanding working gas (working fluid), which produces additional useful work due to the utilization of the waste heat of the internal combustion engine, that is, different engines become a single hybrid: internal combustion engine + DVPT, and, in this case, the DVPT becomes not only an external engine (through the wall will be heated fel) a heat supply, but also an engine with an internal (from the heater wall) supply of the heat of the burnt (inside the chamber) fuel mixture by organizing the interaction of the working fluid with the internal cylindrical surface of the heater, for example, "vortex blowing with pressure".

Приемистость подобного гибрида ДВС+ДВПТ определяется приемистостью ДВС, нивелирующей тепловую инерционность нагревателя ДВПТ.The throttle response of such a hybrid internal combustion engine + DVPT is determined by the throttle response of the internal combustion engine, which levels the thermal inertia of the DVPT heater.

Требования же к такому ДВС, как к двигателю, уходят на второй план (нет необходимости в высокой степени сжатия, в излишнем обеднении горючей смеси), а на первый план выдвигается обеспечение «чистой» теплотой ДВПТ.Requirements for such an internal combustion engine, as for an engine, fade into the background (there is no need for a high compression ratio, in an excessive depletion of the combustible mixture), and the provision of “pure” heat from the DVPT is put forward to the fore.

При этом, в качестве «чистого» топлива для ДВС и одновременно в качестве рабочего тела (газа) для ДВПТ в его плазменно-вихревом варианте может быть использован сжиженный водород (Н₂) или синтез-газ (смесь Н₂+СО), сжиженный природный газ (СПГ) или другие разновидности газомоторных топлив, например, СНГ (сжиженный нефтяной газ) - смесь пропана и бутана.In this case, liquefied hydrogen (H ₂ ) or synthesis gas (a mixture of H ₂ + CO), liquefied can be used as a "clean" fuel for an internal combustion engine and at the same time as a working fluid (gas) for a DVPT in its plasma-vortex version. natural gas (LNG) or other types of gas motor fuels, for example, LPG (liquefied petroleum gas) - a mixture of propane and butane.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Полезная модель направлена на расширение арсенала тепловых двигателей.The utility model is aimed at expanding the arsenal of heat engines.

Задачей полезной модели является реализация простого, но высоконадежного (с длительным ресурсом) гибридного двигателя с достаточной приемистостью и повышенным КПД, за счет внутреннего сгорания топливной смеси и утилизации отходящей теплоты, с минимальными весом и габаритами.The task of the utility model is to implement a simple but highly reliable (with a long service life) hybrid engine with sufficient throttle response and increased efficiency due to the internal combustion of the fuel mixture and utilization of waste heat, with minimal weight and dimensions.

Технический результат обеспечит уменьшение потребления топлива и повышение надежности, общей и удельной мощности тепловых двигателей.The technical result will provide a decrease in fuel consumption and an increase in reliability, total and specific power of heat engines.

Необходимо отметить, если в ранее существующих «подходах к комбинированию» основой гибрида был ДВС, а ДВПТ «приспосабливали» к отбору и преобразованию теплоты отходящих газов и теплоты охлаждения камеры сгорания ДВС- целью и существенной особенностью данной полезной модели является то, что здесь «заглавной фигурой» гибрида является ДВПТ.It should be noted that if in the previously existing "approaches to combining" the basis of the hybrid was the internal combustion engine, and the internal combustion engine was "adapted" to the extraction and conversion of the heat of the exhaust gases and the heat of cooling of the combustion chamber of the internal combustion engine - the goal and essential feature of this utility model is that here the "capital figure "hybrid is DVPT.

Заявленная цель достигается использованием ДВС, имеющего встроенный продувочный воздушный компрессор, не столько в качестве генератора механической энергии, в функционале которого использование теплоты сгорания топливной смеси составляет 25-35%, а еще и - в качестве генератора высокоплотной тепловой энергии, совокупно питающей двигатель с внешним подводом теплоты ДВПТ - теплотой охлаждения цилиндра ДВС и теплотой отходящих газов ДВС, на которые приходятся оставшиеся 65-75% теплоты.The stated goal is achieved by using an internal combustion engine with a built-in purge air compressor, not so much as a mechanical energy generator, in the functionality of which the use of the combustion heat of the fuel mixture is 25-35%, but also as a high-density thermal energy generator, which together feeds the engine with an external by supplying the heat of the DVPT - the heat of cooling the cylinder of the internal combustion engine and the heat of the exhaust gases of the internal combustion engine, which account for the remaining 65-75% of the heat.

В варианте №1 решение поставленной задачи обеспечивает гибридный двигатель, имеющий системы охлаждения, смазки, воздухоподачи, топливоподачи, зажиганий, газораспределений и газоотведения, корпус-картер, с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение вала, и, согласно полезной модели, содержащий (характеризующийся тем, что содержит), как минимум, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя неизменную по объему камеру дожигания отходящих газов и по три смежных рабочих камеры переменного объема образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня, а также разделенные теплоизолятором нагреватель и холодильник, при этом, холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность узкой части которой, днище и подпоршневая поверхность поршня образуют переменную по объему рабочую камеру воздушного компрессора обеспечивающего подачу воздуха или топливовоздушной смеси для камеры сгорания смежного парафазного цилиндра, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем, в которой головка цилиндра и надпоршневая поверхность поршня образуют заполненную газообразным рабочим телом рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным тангенциальным каналом-соплом с вытеснительной полостью выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя, межпоршневая юбка и межпоршневая поверхность поршня образуют переменную по объему кольцевую рабочую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и его днища, а, как минимум один канал подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра и ее днища таким образом, что позволяют поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня газоходных каналов выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, при этом камера дожигания отходящих газов является частью канала (каналов) отходящих газов размещенного в теле нагревателя и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал отходящих газов, размещенный в теле днища нагревателя, выполнен тангенциальным.In option No. 1, the solution to the problem is provided by a hybrid engine with cooling, lubrication, air supply, fuel supply, ignition, gas distribution and gas exhaust systems, a crankcase, with a mechanism for converting the translational motion of the piston rods into the rotary motion of the shaft, located in it, and, according to utility model, containing (characterized by the fact that it contains) at least two adjacent paraphase stepped cylinders with heads, each of which includes an afterburning chamber of the same volume and three adjacent working chambers of variable volume formed with the participation of stepped piston surfaces , as well as a heater and a refrigerator separated by a heat insulator, while the refrigerator is made in the form of an external stepped cylinder jacket with a bottom, the inner cylindrical surface of the narrow part of which, the bottom and the piston surface of the piston form a working chamber of an air compressor that is variable in volume. o supply of air or a fuel-air mixture for the combustion chamber of an adjacent paraphase cylinder, the heater is made in the form of a volumetric inner cylinder jacket with a volumetric bottom, in which the cylinder head and the piston surface above the piston form a working or plasma-vortex working chamber filled with a gaseous working medium with the input of plasma energy heat supply connected by at least one tangential gas duct-nozzle with a displacement cavity made in the form of a hollow shell and located between the heater and the refrigerator, and the bottom of the heater, the inter-piston skirt and the inter-piston surface of the piston form an annular working internal combustion chamber variable in volume, having with an adjacent above-piston chamber, a common inner cylindrical surface of the heater, at least one channel for exhaust gases from the internal combustion chamber is located in the body of the heater and its bottom, and at least one channel for supplying air or fuel-air mixture and is placed into the internal combustion chamber in the body of the outer jacket of the cylinder and its bottom in such a way that allows the piston, during reciprocating movement, to carry out spool gas distribution using gas ducts located in the body of the piston and extending to the lateral surface of the inter-piston skirt to connect the combustion chamber with the channels in the heater and in the refrigerator, wherein the exhaust gas afterburner is part of the exhaust gas channel (channels) located in the heater body and is made in the form of a hollow shell, and the exhaust gas channel located in the heater bottom body is tangential.

Пропускание «раскаленных» отходящих газов из камеры внутреннего сгорания через канал (каналы) в теле нагревателя, а также использование теплоты «раскаленной» внутренней поверхности камеры сгорания одновременно и в качестве внутренней поверхности рабочей камеры (плазменно-вихревой рабочей камеры) с подводом теплоты для нагрева рабочего газа - позволяют резко улучшить массогабаритные характеристики, уменьшить теплопотери от перетоков теплоты и использовать преимущества приемистого двухтактного ДВС для теплопитания двухтактного ДВПТ.Passing "hot" exhaust gases from the internal combustion chamber through the channel (channels) in the body of the heater, as well as using the heat of the "hot" internal surface of the combustion chamber simultaneously and as the internal surface of the working chamber (plasma-vortex working chamber) with the supply of heat for heating working gas - allows you to dramatically improve the weight and size characteristics, reduce heat loss from heat flows and use the advantages of a pick-up two-stroke internal combustion engine for heat supply of a two-stroke DVPT.

При этом простое бесклапанное газораспределение для работы камеры внутреннего сгорания обеспечивается газораспределительными каналами, расположенными в теле поршня при его возвратно-поступательном движении.In this case, a simple valveless gas distribution for the operation of the internal combustion chamber is provided by gas distribution channels located in the body of the piston during its reciprocating motion.

Из уровня техники так же известно устройство: «Аэродинамический клапан для камеры пульсирующего горения» (SU 459612, публикация 05.02.1975 г.), где использовано соединение коаксиальных цилиндрических камер (полостей) газоходными каналами с радиальной и тангенциальной (т.е. «вихревой», точнее - «вихреобразующей») направленностью, реализующими эффект обратного аэродинамического клапана (газораспределителя), определенные «забытые» особенности которого применены для настоящей полезной модели.A device is also known from the prior art: "Aerodynamic valve for a pulsating combustion chamber" (SU 459612, published 02/05/1975), where the connection of coaxial cylindrical chambers (cavities) by gas ducts with radial and tangential (i.e., "vortex ", More precisely -" vortex-forming ") direction, realizing the effect of a reverse aerodynamic valve (gas distributor), certain" forgotten "features of which are applied for this utility model.

Так, применение, размещенной в объемном теле нагревателя, полости в виде коаксиальной пустотелой обечайки (разделяющей нагреватель на внутреннюю и наружную секции) в качестве объединенной части каналов отходящих газов из камеры внутреннего сгорания с их завихрением посредством тангенциального канала (каналов), расположенного в теле днища нагревателя, и с «ометающим вихревым прижатием» не к внутренней, а к внешней цилиндрической поверхности пустотелой обечайки, являющейся внутренней поверхностью стенки наружной секции нагревателя - позволяет разделить (распределить) протяженную поверхность нагревателя на две части не только конструктивно, но и по температуре: «высокотемпературную» внутреннюю (для увеличения удельной мощности ДВПТ) и «низкотемпературную» наружную для наилучшего отбора теплоты у отходящих газов и максимального понижения их температуры на выходе гибридного двигателя (при этом, начиная рабочий процесс расширения предварительно сжатого рабочего газа с его взаимодействия в вытеснительной полости с поверхностью «низкотемпературной» части нагревателя), и обходиться одним ДВПТ (одной рабочей камерой с подводом теплоты и одним нагревателем). В противном случае, было бы необходимо иметь два ДВПТ: один с высокотемпературным нагревателем для теплопитания расширяющегося рабочего газа с охлаждением стенок камеры сгорания ДВС, другой - с низкотемпературным нагревателем для отбора теплоты у отходящих из камеры сгорания ДВС газов.Thus, the use of a cavity in the form of a coaxial hollow shell (dividing the heater into inner and outer sections), located in the volumetric body of the heater, as a combined part of the channels of exhaust gases from the internal combustion chamber with their swirling by means of a tangential channel (channels) located in the body of the bottom heater, and with "sweeping vortex pressing" not to the inner, but to the outer cylindrical surface of the hollow shell, which is the inner surface of the wall of the outer section of the heater - allows you to divide (distribute) the extended surface of the heater into two parts, not only structurally, but also by temperature: high-temperature "internal (to increase the specific power of the DVPT) and" low-temperature "external for the best heat extraction from the exhaust gases and the maximum decrease in their temperature at the outlet of the hybrid engine (at the same time, starting the working process of expanding the pre-compressed working gas from its interaction at confining cavity with the surface of the "low-temperature" part of the heater), and make do with one DVPT (one working chamber with a heat supply and one heater). Otherwise, it would be necessary to have two DVHEs: one with a high-temperature heater for heat supply of the expanding working gas with cooling the walls of the combustion chamber of the internal combustion engine, the other with a low-temperature heater for extracting heat from the gases leaving the combustion chamber of the internal combustion engine.

Соответственно, возможна температурная инверсия секций нагревателя, т.е. внутренняя - «низкотемпературная», наружная - «высокотемпературная». При этом - температура стенки внутренней секции нагревателя задается из условия оптимальности рабочих процессов в рабочих камерах ДВС и ДВПТ.Accordingly, temperature inversion of the heater sections is possible, i. E. internal - "low-temperature", external - "high-temperature". In this case, the temperature of the wall of the inner section of the heater is set from the condition of optimality of the working processes in the working chambers of the internal combustion engine and DVPT.

А использование в теле нагревателя пустотелой обечайки не только в качестве общего канала отходящих газов с их завихрением, но и в качестве камеры для «дожигания» отработанных газов (с получением дополнительной теплоты и ее преобразованием в полезную работу) - позволяет улучшить «экологию» выхлопа, при этом обратному поступлению выхлопных газов в камеру сгорания при еще не закрытом поршневом канале отходящих газов будет препятствовать эффект их аэродинамического «запирания» завихрением.And the use of a hollow shell in the body of the heater not only as a common channel of exhaust gases with their swirling, but also as a chamber for "afterburning" exhaust gases (with obtaining additional heat and converting it into useful work) - makes it possible to improve the "ecology" of the exhaust, in this case, the return flow of exhaust gases into the combustion chamber when the piston channel of exhaust gases is not yet closed will be prevented by the effect of their aerodynamic "locking" by swirling.

То есть, по сути, обретается еще одна камера сгорания - камера постоянного объема с возможностью «дожигания» отходящих газов (содержащих горючие компоненты рабочего газа «просочившиеся» из рабочей камеры с подводом теплоты в такте сжатия рабочего газа в рабочую камеру внутреннего сгорания в ее такте расширения, а также «недогоревшие» компоненты топливовоздушной смеси, в том числе и по причине пропусков зажигания в рабочей камере ДВС) с повышением их температуры для теплопитания наружной секции нагревателя внешним подводом теплоты. Эта камера «дожигания» имеет постоянно открытый газоходный выход в атмосферу через выхлопную систему, а на входе - обратный аэродинамический клапан (с завихрением газа) и поршневое золотниковое запирание газоходного канала.That is, in fact, another combustion chamber is acquired - a chamber of constant volume with the possibility of "afterburning" the exhaust gases (containing combustible components of the working gas "leaked" from the working chamber with the supply of heat during the compression stroke of the working gas into the working internal combustion chamber in its cycle expansion, as well as "unburned" components of the fuel-air mixture, including due to misfires in the working chamber of the internal combustion engine) with an increase in their temperature to supply heat to the outer section of the heater by external heat supply. This “afterburning” chamber has a permanently open gas duct outlet to the atmosphere through the exhaust system, and at the inlet there is an aerodynamic check valve (with gas swirl) and a piston spool shut-off of the gas duct.

Для «эффективного дожигания» необходимо организовать подачу в камеру дожигания «свежих порций воздуха» (желательно обогащенного кислородом) через специальный канал - до и/или вместе с выхлопом раскаленных, газов.For "effective afterburning" it is necessary to organize the supply of "fresh portions of air" (preferably enriched with oxygen) to the afterburning chamber through a special channel - before and / or together with the exhaust of hot gases.

В варианте №2 решение поставленной задачи обеспечивает гибридный двигатель, имеющий системы охлаждения, смазки, воздухоподачи, топливоподачи, зажиганий, газораспределений и газоотведения, корпус-картер, с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение вала, и содержащий, как минимум, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя камеру дожигания постоянного объема и по три смежных рабочих камеры переменного объема образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня, а также разделенные теплоизолятором нагреватель и холодильник, при этом, холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность узкой части которой, днище и подпоршневая поверхность поршня образуют рабочую камеру воздушного компрессора обеспечивающего подачу воздуха или топливовоздушной смеси для камеры сгорания смежного парафазного цилиндра, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем, в которой головка цилиндра и надпоршневая поверхность поршня образуют заполненную газообразным рабочим телом рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным тангенциальным (с тангенциальными соплами) каналом с вытеснительной полостью выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя, межпоршневая юбка и межпоршневая поверхность поршня образуют рабочую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и его днища, а, как минимум один канал подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра и ее днища таким образом, что позволяют поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня газоходных каналов выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, камера дожигания является частью канала (каналов) отходящих газов размещенного в теле нагревателя и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал отходящих газов размещенный в теле днища нагревателя выполнен тангенциальным, при этом, согласно полезной модели, газораспределительный механизм двигателя, обеспечивающий работу камеры воздушного компрессора (попеременная отсечка камеры от всасывающего или от нагнетательного каналов), выполнен как сдвоенный совмещенный аэродинамический обратный клапан, расположенный в теле днища внешней рубашки цилиндра, и реализован в виде торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, входным радиальным каналом, проходящим через внутреннюю боковую поверхность торообразной полости и связывающим полость с всасывающим каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом соединяющим камеру воздушного компрессора с торообразной пустотелой полостью через ее внутреннюю и/или внешнюю боковую поверхность, при этом канал вывода сжатого воздуха или топливовоздушной смеси из камеры воздушного компрессора расположен в теле днища внешней рубашки цилиндра и выполнен в виде тангенциального канала выходящего через внешнюю боковую поверхность торообразной пустотелой полости аэродинамического обратного клапана отсечки воздуха или топливовоздушной смеси за ее пределы (в смежный цилиндр, с поршневым золотниковым «запиранием/отпиранием» выходного сечения канала в нем).In option No. 2, the solution to the problem is provided by a hybrid engine, which has cooling, lubrication, air supply, fuel supply, ignition, gas distribution and gas discharge systems, a crankcase, with a mechanism for converting the translational movement of the piston rods into the rotational movement of the shaft, and containing, at least two adjacent paraphase stepped cylinders with heads, each of which includes a constant volume afterburner and three adjacent working chambers of variable volume formed with the participation of stepped piston surfaces, as well as a heater and a refrigerator separated by a heat insulator, while the refrigerator is made in the form of an external stepped cylinder jacket with a bottom, the inner cylindrical surface of the narrow part of which, the bottom and the sub-piston surface of the piston form a working chamber of an air compressor that provides air or an air-fuel mixture for the combustion chamber of an adjacent paraphase cylinder, a heater It is made in the form of a volumetric inner cylinder jacket with a volumetric bottom, in which the cylinder head and the piston surface above the piston form a working or plasma-vortex working chamber filled with a gaseous working medium with the input of plasma-forming energy with a heat supply, connected at least one gas-flue tangential (with tangential nozzles) a channel with a displacement cavity made in the form of a hollow shell and located between the heater and the refrigerator, and the bottom of the heater, the inter-piston skirt and the inter-piston surface of the piston form a working internal combustion chamber having a common inner cylindrical surface of the heater with an adjacent above-piston chamber, at least one channel exhaust gases from the internal combustion chamber are located in the body of the heater and its bottom, and at least one channel for supplying air or fuel-air mixture to the internal combustion chamber is located in the body of the outer jacket of the cylinder and its bottom in such a way that the piston, in reciprocating motion, carry out spool gas distribution with the help of gas ducts located in the piston body extending to the lateral surface of the inter-piston skirt to connect the combustion chamber with the channels in the heater and in the refrigerator, the afterburner is part of the exhaust gas channel (channels) located in the body of the heater and is made in the form of a hollow shell, and the exhaust gas channel located in the body of the bottom of the heater is made tangential, while, according to the utility model, the gas distribution mechanism of the engine, which ensures the operation of the air compressor chamber (transverse cut-off of the chamber from the suction or discharge channels), is made as a double combined aerodynamic check valve located in the body of the bottom of the outer jacket of the cylinder and is implemented in the form of a toroidal hollow cavity with at least one inlet radial channel passing through the inner side surface of the toroidal cavity and connecting a cavity with a suction channel for supplying air or a fuel-air mixture, and at least one tangential channel connecting the air compressor chamber with a toroidal hollow cavity through its inner and / or outer side surface, while the channel for extracting compressed air or air-fuel mixture from the air compressor chamber is located in the body of the bottom of the outer jacket of the cylinder and is made in the form of a tangential channel emerging through the outer side surface of the toroidal hollow cavity of the aerodynamic check valve for cutting off the air or the air-fuel mixture beyond its limits (into an adjacent cylinder, with a piston spool "locking / unlocking" the outlet section of the channel in it ).

Применение в системе газораспределения аэродинамических обратных клапанов, не имеющих подвижных элементов - заметно упрощает конструкцию, увеличивая надежность, моторесурс и долговечность двигателя.The use of aerodynamic check valves in the gas distribution system that do not have moving elements significantly simplifies the design, increasing the reliability, service life and durability of the engine.

Для усиления «запирающего» эффекта примененных аэродинамических обратных клапанов в каналах газораспределения воздушного компрессора, его система газораспределения, как на «входе», так и на «выходе», может быть дополнена механическими клапанами, выполненными в виде вращающихся золотниковых газораспределителей (дисковых, цилиндрических, конусных) с «окнами» или каналами, либо самодействующими клапанами лепесткового или диафрагменного типа, либо управляемыми клапанами других типов, при этом аэродинамические клапаны будут способствовать «разгрузке» механических клапанов и уменьшению доклапанных и межклапанных («мертвых») объемов во всасывающих и нагнетающих магистралях.To enhance the "locking" effect of the applied aerodynamic check valves in the gas distribution channels of the air compressor, its gas distribution system, both at the "inlet" and at the "outlet", can be supplemented with mechanical valves made in the form of rotating spool valves (disk, cylindrical, cone) with "windows" or channels, or self-acting lobe or diaphragm valves, or controlled valves of other types, while aerodynamic valves will help to "unload" the mechanical valves and reduce the pre-valve and inter-valve ("dead") volumes in the suction and discharge lines ...

Размещение газораспределительного канала (каналов) подвода в камеру сгорания воздуха или горючей топливовоздушной смеси непосредственно в теле объемного ступенчатого рабочего поршня гибридного двигателя в районе межпоршневой юбки - позволяет применить (для улучшения наполнения двухтактной камеры сгорания горючей смесью/воздухом при уже закрытом канале отходящих из камеры газов после «продувки» камеры сгорания) еще один аэродинамический обратный клапан, размещенный в теле поршня и выполненный в виде коллинеарной или соосной с поршнем торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, приосевым радиальным входящим в полость каналом, связывающим полость с проходящим в теле поршня каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом, выходящим через внешнюю боковую стенку из торообразной полости на боковую поверхность межпоршневой юбки поршня для связи с камерой сгорания и подачи воздуха или топливовоздушной смеси.Placing the gas distribution channel (channels) for supplying air or a combustible fuel-air mixture to the combustion chamber directly in the body of the volumetric stepped working piston of the hybrid engine in the area of the inter-piston skirt - allows you to apply (to improve the filling of the two-stroke combustion chamber with combustible mixture / air when the channel of exhaust gases from the chamber is already closed after "purging" the combustion chamber) another aerodynamic check valve, located in the piston body and made in the form of a collinear or coaxial with the piston toroidal hollow cavity with at least one axial radial channel entering the cavity connecting the cavity with the channel passing in the piston body supply of air or air-fuel mixture, and at least one tangential channel extending through the outer side wall from the torus-shaped cavity to the side surface of the inter-piston skirt of the piston for communication with the combustion chamber and supply of air or air-fuel mixture.

Применение данного аэродинамического обратного клапана в поршне, а также канала отходящих газов в теле цилиндрической части нагревателя в виде пустотелой обечайки с завихрением с помощью канала в днище нагревателя - освобождает от необходимости возврата из выхлопной системы обратно в камеру сгорания выброшенной в процессе продувки топливовоздушной смеси, а значит от необходимости делать выхлопную систему резонансной, и, как следствие, отказаться от наличия классических громоздких объемных труб - резонаторов выхлопа для каждого цилиндра двухтактного двигателя (ДВС).The use of this aerodynamic check valve in the piston, as well as the exhaust gas channel in the body of the cylindrical part of the heater in the form of a hollow shell with swirling by means of a channel in the bottom of the heater, eliminates the need to return from the exhaust system back to the combustion chamber of the air-fuel mixture ejected during the purging process, and means that it is not necessary to make the exhaust system resonant, and, as a consequence, to abandon the presence of classic bulky volumetric pipes - exhaust resonators for each cylinder of a two-stroke engine (ICE).

Для повышения надежности и моторесурса двигатель может иметь составной поршень, тело которого в районе газоотходящих каналов межпоршневой юбки выполнено из жаропрочного металлического сплава, керамики, композитных материалов, что позволит избегать «прогара» от температурной деструкции и освободиться от проблем теплонапряженности поршней, присущих двухтактным ДВС, последствием которых является их «растрескивание».To increase reliability and service life, the engine can have a composite piston, the body of which in the area of the gas outlet channels of the inter-piston skirt is made of heat-resistant metal alloy, ceramics, composite materials, which will avoid "burnout" from thermal destruction and get rid of the problems of heat stress of the pistons inherent in two-stroke internal combustion engines. the consequence of which is their "cracking".

Так же, ступенчатый поршень изнутри может быть выполнен в виде «тепловой трубы», передающей теплоту, отобранную от поверхности стенок газоходного канала отходящих газов, размещенного в поршне, межпоршневой юбки и межпоршневой поверхности поршня - к надпоршневой поверхности поршня, от которой в рабочей камере с подводом теплоты происходит отбор теплоты рабочим газом при расширении с преобразованием ее в полезную работу.Also, a stepped piston from the inside can be made in the form of a "heat pipe" that transfers heat taken from the surface of the walls of the exhaust gas duct located in the piston, the inter-piston skirt and the inter-piston surface of the piston - to the over-piston surface of the piston, from which in the working chamber with by supplying heat, heat is removed by the working gas during expansion with its transformation into useful work.

Для эффективной теплопередачи от межпоршневых поверхностей (юбки и поршня) к надпоршневой - пустотелый поршень может быть заполнен легкоплавким металлом, например, натрием, или «эвтектикой» металлов.For efficient heat transfer from the inter-piston surfaces (skirt and piston) to the above-piston, the hollow piston can be filled with a low-melting metal, such as sodium, or a "eutectic" of metals.

Двигатель для «эффективного дожигания» отходящих газов может, согласно полезной модели, содержать дополнительный канал подачи порций воздуха непосредственно в камеру дожигания - минуя камеру сгорания, при этом канал может проходить через дополнительный аэродинамический клапан и поршень, осуществляя охлаждение стенок канала выхлопных газов в поршне.The engine for "effective afterburning" of exhaust gases can, according to the utility model, contain an additional channel for supplying portions of air directly to the afterburner - bypassing the combustion chamber, while the channel can pass through an additional aerodynamic valve and piston, cooling the walls of the exhaust gas channel in the piston.

Полезная модель может быть применена для проектирования в том числе судовых двигателей, содержащих в составе преобразователя движения помимо кривошипно-шатунных (КШМ) еще и крейцкопфные механизмы.The useful model can be used for designing, among other things, marine engines containing, in addition to the crank-connecting rod (KShM), crosshead mechanisms as part of the motion converter.

Применение же механизма преобразования возвратно-поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение выходного вала отбора мощности выполненного не крейцкопфным, а, например, по бесшатунной схеме (с эксцентриковыми втулками на «шатунной» шейке коленчатого вала и «направителями», или с планетарно вращающимся коленчатым валом) - имеет свои «плюсы», гак как способствует, с одной стороны, движению поршней по закону близкому к синусоидальному, что исключает вибрации высших порядков двигателя, с другой стороны, увеличивает время «выстоя» - пребывания поршней в крайних мертвых точках, а это ведет к более лучшему сгоранию топливной смеси при постоянном объеме в камере сгорания, а также способствует увеличению времени на «продувку» камеры сгорания, улучшая газообмен.The use of the mechanism for converting the reciprocating movement of rods with pistons into the rotary movement of the output power take-off shaft is made not cross-head, but, for example, according to a non-connecting rod scheme (with eccentric bushings on the "connecting rod" journal of the crankshaft and "guides", or with a planetary rotating crankshaft shaft) - has its "pluses", as it promotes, on the one hand, the movement of the pistons according to a law close to sinusoidal, which excludes vibrations of higher orders of the engine, on the other hand, increases the "standing" time - the stay of the pistons at extreme dead centers, and this leads to better combustion of the fuel mixture at a constant volume in the combustion chamber, and also contributes to an increase in the time to "purge" the combustion chamber, improving gas exchange.

Применение бесшатунного механизма еще и увеличивает механический КПД двигателя за счет устранения бокового давления поршней на цилиндрические поверхности рабочих камер, что, с одной стороны, способствует уменьшению износа, а значит - увеличению долговечности, с другой стороны -уменьшению трения в парах поршень-цилиндр, а значит обеспечивает возможность их работы при отсутствии смазки маслом и при отсутствии уплотняющих компрессионных колец вовсе, или замене их на композитные.The use of a connecting rod mechanism also increases the mechanical efficiency of the engine by eliminating the lateral pressure of the pistons on the cylindrical surfaces of the working chambers, which, on the one hand, helps to reduce wear, which means an increase in durability, on the other hand, a decrease in friction in piston-cylinder pairs, and This means that it allows them to work in the absence of oil lubrication and in the absence of sealing compression rings at all, or replacing them with composite ones.

При этом, максимальную выгоду от бесшатунного механизма можно получить только тогда, когда все элементы механизма поочередно и равномерно участвуют в передаче момента полезной работы в течение полного оборота коленчатого вала. А это возможно только при крестообразной (Х-образной) компоновке цилиндров на таком двигателе, что перспективно для компоновок «авиационных звездообразных» моторов малой и средней авиации, в том числе для беспилотных летающих аппаратов (БПЛА) дальнего действия, а также глиссерных лодок, катеров, яхт и судов на воздушной подушке (СВП).At the same time, the maximum benefit from the connecting rod mechanism can be obtained only when all the elements of the mechanism alternately and evenly participate in the transmission of the moment of useful work during a full revolution of the crankshaft. And this is possible only with a cruciform (X-shaped) arrangement of cylinders on such an engine, which is promising for the arrangements of "star-shaped" aircraft engines of small and medium aviation, including long-range unmanned aerial vehicles (UAVs), as well as speed boats, boats , yachts and hovercraft (hovercraft).

Учитывая особенности рабочих процессов гибрида ДВС+ДВПТ («сглаженные» ударные механические и температурные «нагрузки» на цилиндро-поршневую группу и механически «разгруженный» от сжатия рабочего газа до 20 МПа коленчатый вал бесшатунного механизма) -появляется возможность при «авиационном исполнении двигателя» применять для изготовления элементов двигателя сплавы из «легких» металлов с микродуговым оксидированием (МДО) поверхностей или с их плазменно-электролитическим оксидированием (ПЭО): так картер-корпус, «холодильник» (внешняя рубашка цилиндра), коленчатый вал, штоки с «направителями» могут быть изготовлены из магниевых сплавов, а «нагреватель» (внутренняя рубашка цилиндра) - из алюминиевого сплава (с жаростойкими гильзами, покрытиями, напылением), по разрабатываемым в поршневом двигателестроении новым технологиям с использованием интерметаллидов и композитных материалов, что резко снизит вес двигателя.Taking into account the peculiarities of the working processes of the hybrid internal combustion engine + DVPT ("smoothed" shock mechanical and temperature "loads" on the cylinder-piston group and mechanically "unloaded" from the compression of the working gas up to 20 MPa the crankshaft of the connecting rod mechanism) - it becomes possible with the "aircraft engine design" to use for the manufacture of engine elements alloys made of "light" metals with micro-arc oxidation (MAO) of surfaces or with their plasma-electrolytic oxidation (PEO): for example, crankcase, "refrigerator" (outer cylinder jacket), crankshaft, rods with "guides "Can be made of magnesium alloys, and the" heater "(inner cylinder jacket) - of aluminum alloy (with heat-resistant liners, coatings, spraying), according to new technologies developed in piston engine building using intermetallics and composite materials, which will dramatically reduce engine weight ...

А высокая надежность и длительный моторесурс теплового двигателя с аэродинамическими клапанами обеспечивается его технической «простотой»: в полезной модели единственным движущимся элементом, осуществляющим газораспределение и воздухоподачу - являются ступенчатые рабочие поршни, в отличие, например, от «двухтактного двигателя внутреннего сгорания» по «патенту» (AC) SU №1681613 (приоритет 1988 г), так же - с кольцевой камерой сгорания, в котором, имеющийся топливовоздушный канал в рабочем поршне - содержит малый поршень и обратные клапаны с подвижными элементами.And the high reliability and long service life of a heat engine with aerodynamic valves is ensured by its technical "simplicity": in the utility model, the only moving element that carries out gas distribution and air supply are stepped working pistons, in contrast, for example, from a "two-stroke internal combustion engine" according to "patent »(AC) SU No. 1681613 (priority 1988), also - with an annular combustion chamber, in which the existing air-fuel channel in the working piston contains a small piston and check valves with moving elements.

Техническая «простота», надежность, длительный моторесурс, как элементов всего двигателя, так и входящих в него «расходных» материалов (синтетические ГСМ, фторопластовые, наноуглеродные и композитные уплотнения, надежная электроника управления гибридным двигателем, тугоплавкие электроды свечей зажигания, длительный период полураспада радиоактивных источников ионизирующего излучения, длительный срок электронной эмиссии приборов - источников плазмообразующей микроволновой СВЧ-энергии, «возобновляемость» рабочего газа: метана/водорода/синтез-газа, выработанных в т.ч. из органического сырья с использованием бактерий), возможность осуществления бестопливного режима работы теплового двигателя за счет энергии плазменной активации и использования имплазного способа его работы - наделяют полезную модель возможностью соответствия некоторым критериям «экологичного двигателя».Technical "simplicity", reliability, long service life, both of the elements of the entire engine and of the "consumables" included in it (synthetic fuels and lubricants, fluoroplastic, nanocarbon and composite seals, reliable electronics for controlling a hybrid engine, refractory spark plug electrodes, long half-life of radioactive sources of ionizing radiation, long period of electronic emission of devices - sources of plasma-forming microwave microwave energy, "renewability" of the working gas: methane / hydrogen / synthesis gas, including those generated from organic raw materials using bacteria), the possibility of a fuel-free operation heat engine due to the energy of plasma activation and the use of the implant method of its operation - endow the utility model with the ability to meet certain criteria of "environmentally friendly engine".

Перечень фигур чертежей.List of figures of drawings.

Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящей полезной модели раскрыты в нижеследующем подробном ее описании, приводимом со ссылками на чертежи, на которых изображены:The above and other aspects and advantages of the present utility model are disclosed in the following detailed description thereof, given with reference to the drawings, which depict:

на фиг. 1, 2, представлен общий вид двигателя в продольных сечениях А-А и Б-Б;in fig. 1, 2, a general view of the engine in longitudinal sections A-A and B-B is presented;

на фиг. 3, 4, 5, 6 - поперечные сечения В-В, Г-Г, Д-Д, Е-Е фигуры 2.in fig. 3, 4, 5, 6 - cross-sections B-B, G-G, D-D, E-E of figure 2.

Гибридный двигатель содержит корпус-картер 1, с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения спаренных через головку с боковыми ползунами штоков 2 с поршнями во вращательное движение вала 3 на эксцентриковой втулке 4 с «направителями» 5 и 6, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра 7 и 8 с головками 9 и 10, каждый из которых включает в себя неизменную по объему камеру 11 дожигания отходящих газов и по три смежных рабочих камеры переменного объема образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня 12, а также разделенные теплоизолятором 13 нагреватель 14 и холодильник 15, при этом, холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность узкой части которой 16, днище 17 и подпоршневая поверхность поршня 18 образуют переменную по объему кольцевую рабочую камеру 19 воздушного компрессора обеспечивающего подачу воздуха или топливовоздушной смеси для камеры сгорания смежного парафазного цилиндра, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем 20, в которой головка 10 цилиндра и надпоршневая поверхность поршня 21 образуют переменную по объему и заполненную газообразным рабочим телом рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру 22 с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным 23 (тангенциальным) каналом-соплом с вытеснительной полостью 24 выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя (20), межпоршневая юбка 25 и межпоршневая поверхность поршня 26 образуют переменную по объему кольцевую рабочую камеру 27 внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал 28 отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и как минимум один канал 29 размещен в теле его днища, а, как минимум один канал 30 подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра и ее днища таким образом, что позволяют поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня канала 31 отходящих газов и воздушного канала 32 выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, при этом камера дожигания отходящих газов является частью канала (каналов) 28 отходящих газов размещенного в теле нагревателя и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал 29 отходящих газов размещенный в теле днища нагревателя выполнен тангенциальным.The hybrid engine contains a housing-crankcase 1, with a mechanism located in it for converting the translational motion of the rods 2 with pistons coupled through the head with lateral sliders into the rotary movement of the shaft 3 on an eccentric bushing 4 with "guides" 5 and 6, two adjacent paraphase stepped cylinders 7 and 8 with heads 9 and 10, each of which includes a constant volume chamber 11 for afterburning off gases and three adjacent working chambers of variable volume formed with the participation of the surfaces of the stepped piston 12, as well as a heater 14 and a refrigerator 15 separated by a heat insulator 13, while , the refrigerator is made in the form of an external stepped cylinder jacket with a bottom, the inner cylindrical surface of the narrow part of which 16, the bottom 17 and the sub-piston surface of the piston 18 form an annular working chamber 19 of an air compressor that is variable in volume and provides air or fuel-air mixture for the combustion chamber of an adjacent paraphase cylinder, load The ejector is made in the form of a volumetric inner cylinder jacket with a volumetric bottom 20, in which the cylinder head 10 and the piston surface 21 above the piston form a working chamber 22 with a heat supply, which is variable in volume and filled with a gaseous working medium, or a plasma-vortex working chamber 22 with input of plasma-forming energy, connected, at least one gas passage 23 (tangential) nozzle channel with a displacement cavity 24 made in the form of a hollow shell and located between the heater and the refrigerator, and the bottom of the heater (20), the inter-piston skirt 25 and the inter-piston surface of the piston 26 form an annular working chamber that is variable in volume 27 internal combustion, having a common inner cylindrical surface of the heater with the adjacent above-piston chamber, at least one channel 28 of exhaust gases from the internal combustion chamber is located in the body of the heater and at least one channel 29 is located in the body of its bottom, and at least one channel 30 air or fuel-air mixture into the internal combustion chamber is placed in the body of the outer jacket of the cylinder and its bottom in such a way that allows the piston, during the reciprocating movement, to carry out the slide valve timing using the exhaust gas channel 31 and the air channel 32 located in the piston body and coming out to the side surface of the inter-piston skirt for connection of the combustion chamber with channels in the heater and in the refrigerator, while the exhaust gas afterburner is part of the exhaust gas channel (channels) 28 located in the heater body and is made in the form of a hollow shell, and the exhaust gas channel 29 located in the bottom body of the heater is tangential.

Газораспределительный механизм двигателя, обеспечивающий работу камеры воздушного компрессора (попеременная отсечка камеры от всасывающего или от нагнетательного каналов), выполнен как сдвоенный совмещенный аэродинамический обратный клапан 33, расположенный в теле днища внешней рубашки цилиндра, и реализован в виде торообразной пустотелой полости 34 с, как минимум одним, входным радиальным каналом 35, проходящим через внутреннюю боковую поверхность торообразной полости и связывающим полость с всасывающим каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом 36 соединяющим камеру воздушного компрессора с торообразной пустотелой полостью через ее внутреннюю и/или внешнюю боковую поверхность, при этом канал вывода сжатого воздуха или топливовоздушной смеси из воздушного компрессора расположен в теле днища внешней рубашки цилиндра и выполнен в виде тангенциального канала 37 выходящего через внешнюю боковую поверхность торообразной пустотелой полости аэродинамического обратного клапана отсечки воздуха или топливовоздушной смеси за пределы этой полости (в смежный цилиндр, с поршневым золотниковым «запиранием/отпиранием» выходного сечения канала в нем).The gas distribution mechanism of the engine, which ensures the operation of the air compressor chamber (transverse cutoff of the chamber from the suction or discharge channels), is made as a double combined aerodynamic check valve 33, located in the body of the bottom of the outer jacket of the cylinder, and is implemented in the form of a torus-shaped hollow cavity 34 s, at least one, inlet radial channel 35 passing through the inner side surface of the torus-shaped cavity and connecting the cavity with the suction channel for supplying air or fuel-air mixture, and at least one tangential channel 36 connecting the air compressor chamber with the torus-shaped hollow cavity through its inner and / or outer side surface, while the channel for the output of compressed air or air-fuel mixture from the air compressor is located in the body of the bottom of the outer jacket of the cylinder and is made in the form of a tangential channel 37 emerging through the outer side surface of a toroidal hollow cavity and an aerodynamic check valve for cutting off air or air-fuel mixture outside this cavity (into an adjacent cylinder, with a piston slide valve "locking / unlocking" the outlet section of the channel in it).

Аэродинамический клапан подачи воздуха или топливовоздушной смеси расположенный в теле поршня и выполненный в виде торообразной пустотелой полости 38 с, как минимум одним, входным радиальным каналом 39, связывающим полость с проходящим в поршне каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом 40 выходящим на боковую поверхность межпоршневой юбки.An aerodynamic valve for supplying air or a fuel-air mixture located in the piston body and made in the form of a toroidal hollow cavity 38 with at least one inlet radial channel 39 connecting the cavity with an air or air-fuel mixture supply channel passing in the piston, and at least one tangential channel 40 extending to the lateral surface of the inter-piston skirt.

Двигатель работает следующим образом.The engine works as follows.

Работа воздушного компрессора.Air compressor operation.

При увеличении объема подпоршневой камеры воздушного компрессора происходит наполнение камеры (19) атмосферным воздухом/горючей смесью.With an increase in the volume of the sub-piston chamber of the air compressor, the chamber (19) is filled with atmospheric air / combustible mixture.

При уменьшении объема - выдавливание воздуха/горючей смеси в камеру сгорания смежного противофазного цилиндра через его поршневой канал.When the volume decreases, the air / combustible mixture is squeezed out into the combustion chamber of the adjacent antiphase cylinder through its piston channel.

В случае его использования - совмещенный «сдвоенный» аэродинамический обратный клапан поочередно «отсекающий» камеру воздушного компрессора от всасывающей и нагнетающей магистралей работает следующим образом:In the case of its use, the combined "double" aerodynamic check valve, alternately "cutting off" the air compressor chamber from the suction and delivery lines, works as follows:

При увеличении объема подпоршневой камеры воздушного компрессора «забортный» воздух беспрепятственно (с некоторым пневматическим сопротивлением) поступает сначала через радиальные и затем через тангенциальные каналы в камеру воздушного компрессора, заполняя ее объем.With an increase in the volume of the sub-piston chamber of the air compressor, "outboard" air freely (with some pneumatic resistance) enters first through the radial and then through the tangential channels into the chamber of the air compressor, filling its volume.

При уменьшении объема подпоршневой камеры воздушного компрессора происходит «выдавливание» воздуха из камеры через тангенциальные каналы в торообразную пустотелую полость, где он, «закручиваясь в вихрь», прижимается к ее внешней боковой поверхности и «не может попасть» в радиальные каналы всасывающей магистрали, выходящие на внутреннюю боковую поверхность полости, при этом свободно (по ходу) попадая в другие тангенциальные каналы расположенные на внешней боковой поверхности торообразной полости - каналы нагнетающей магистрали, а по ним, затем, в смежный цилиндр для наполнения камеры сгорания через канал в поршне.When the volume of the subpiston chamber of the air compressor is reduced, air is "squeezed out" from the chamber through the tangential channels into the toroidal hollow cavity, where it, "twisting into a vortex", is pressed against its outer side surface and "cannot get" into the radial channels of the suction line that go out on the inner side surface of the cavity, while freely (along the way) falling into other tangential channels located on the outer side surface of the toroidal cavity - the channels of the injection line, and along them, then, into the adjacent cylinder for filling the combustion chamber through the channel in the piston.

На «входе» и «выходе» камеры воздушного компрессора могут быть установлены самодействующие клапаны и/или вращающийся дисковый золотниковый секторальный клапан, либо газораспределительные клапаны других типов, а также управляемые секторальные диски для корректировки начала и конца фаз впуска, а также секторный диск управления проходным сечением трактов для дросселирования проходящего потока - «акселератор».Self-acting valves and / or a rotating disc spool sectoral valve, or other types of gas control valves, as well as controlled sectoral discs for adjusting the beginning and end of the intake phases, as well as a sector control disc of the straight through can be installed at the "inlet" and "outlet" of the air compressor chamber. cross-section of the paths for throttling the passing flow - "accelerator".

На «входе» и «выходе» камеры воздушного компрессора также могут быть установлены ресиверы-аккумуляторы воздуха, карбюраторы, форсунки, датчики массового расхода воздуха (ДМРВ), теплообменники и другое.Air receivers-accumulators, carburetors, injectors, mass air flow sensors (MAF), heat exchangers and others can also be installed at the “inlet” and “outlet” of the air compressor chamber.

Работа камеры с подводом теплоты.Chamber operation with heat supply.

При уменьшении объема надпоршневой (22) рабочей (плазменно-вихревой рабочей) камеры с подводом теплоты изначально наполненной рабочим газом (воздух, гелий, водород, углекислый газ, азот, метан, пропан-бутан, прочие моногазы или смеси), происходит его сжатие и выдавливание через тангенциальные каналы в вытеснительную полость с завихрением. За счет направленности вектора скорости вихревого потока рабочего газа к наружной стенке вытеснительной полости образованной внутренней стенкой холодильника (наружной рубашкой цилиндра) происходит «прижатие» потока рабочего газа к стенке с передачей теплоты сжатия холодильнику в результате взаимодействия. При этом взаимодействие вихревого потока рабочего газа с внутренней стенкой вытеснительной полости (образованной наружной поверхностью нагревателя) не является определяющим. При остановке поршня в мертвой точке - вихревое движение рабочего газа в вытеснительной полости прекращается трением и последующей газодинамикой.With a decrease in the volume of the above-piston (22) working (plasma-vortex working) chamber with the supply of heat initially filled with the working gas (air, helium, hydrogen, carbon dioxide, nitrogen, methane, propane-butane, other monogases or mixtures), it is compressed and extrusion through the tangential channels into the displacement cavity with a swirl. Due to the direction of the velocity vector of the vortex flow of the working gas to the outer wall of the displacement cavity formed by the inner wall of the refrigerator (outer jacket of the cylinder), the flow of the working gas is "pressed" against the wall with the transfer of heat of compression to the refrigerator as a result of interaction. In this case, the interaction of the vortex flow of the working gas with the inner wall of the displacement cavity (formed by the outer surface of the heater) is not decisive. When the piston stops at the dead center, the vortex movement of the working gas in the displacement cavity is terminated by friction and subsequent gas dynamics.

При увеличении объема рабочей (плазменно-вихревой рабочей) камеры с подводом теплоты происходит истекание сжатого рабочего газа из вытеснительной полости через тангенциальные каналы с «обратным» завихрением уже в рабочей камере с отбором теплоты за счет расширения газа как от наружной поверхности нагревателя в вытеснительной полости, так и от внутренней поверхности нагревателя внутри рабочей камеры с совершением полезной работы по перемещению поршня и передачей ее вращающемуся выходному валу. При этом рабочая камера и вытеснительная полость совокупно являются камерой подвода теплоты от поверхностей нагревателя.With an increase in the volume of the working (plasma-vortex working) chamber with the supply of heat, the compressed working gas escapes from the displacement cavity through the tangential channels with a "reverse" vortex already in the working chamber with heat extraction due to the expansion of the gas from the outer surface of the heater in the displacement cavity, and from the inner surface of the heater inside the working chamber with the performance of useful work to move the piston and transfer it to the rotating output shaft. In this case, the working chamber and the displacement cavity together are a chamber for supplying heat from the surfaces of the heater.

При подаче в плазменно-вихревую камеру энергии активации (ионизации, диссоциации) рабочего газа через ввод 41 плазмообразующей энергии (активатор) в такте сжатия рабочего газа - реализуется эффект «активной» регенерации теплоты сжатия с переносом ее из такта сжатия в такт расширения, что способствует уменьшению количества теплоты сжатия, «сбрасываемой» в холодильник, а значит - увеличению теплового КПД как рабочей камеры с подводом теплоты, так и гибридного двигателя в целом.When the activation energy (ionization, dissociation) of the working gas is fed into the plasma vortex chamber through the input 41 of the plasma-forming energy (activator) in the compression stroke of the working gas, the effect of "active" regeneration of the heat of compression is realized with its transfer from the compression stroke to the expansion stroke, which contributes a decrease in the amount of compression heat "discharged" into the refrigerator, which means an increase in the thermal efficiency of both the working chamber with the heat supply and the hybrid engine as a whole.

В качестве плазмообразующего воздействия для активации рабочего газа с его радикализацией и саморелаксацией может быть использован микроволновый (сверхвысокочастотный) СВЧ-разряд, инициатором которого выступает высоковольтный искровой разряд (искра) от свечи зажигания.A microwave (microwave) microwave discharge, initiated by a high-voltage spark discharge (spark) from the spark plug, can be used as a plasma-forming effect to activate the working gas with its radicalization and self-relaxation.

Для «питания» плазмообразующего СВЧ-разряда необходима СВЧ-энергия.To "feed" the plasma-forming microwave discharge, microwave energy is required.

Источником СВЧ-энергии могут выступать генераторы микроволновых электромагнитных колебаний с различными по принципу СВЧ-приборами.The source of microwave energy can be generators of microwave electromagnetic oscillations with microwave devices of different principles.

Также для плазмообразования в рабочем газе ДВПТ могут быть использованы генераторы высокочастотных (ВЧ) электромагнитных колебаний.Also generators of high-frequency (HF) electromagnetic oscillations can be used for plasma formation in the working gas of DVPT.

При этом, как представляется автору, наиболее востребованными будут генераторы со следующими, разрешенными для использования на территории Российской Федерации, номинальными частотами: 433,92 МГц, 915 МГц, 2450 МГц, 5800 МГц, генерируемые, в основном, СВЧ приборами - магнетронами.At the same time, as it seems to the author, the most popular will be generators with the following nominal frequencies permitted for use in the Russian Federation: 433.92 MHz, 915 MHz, 2450 MHz, 5800 MHz, generated mainly by microwave devices - magnetrons.

Пример конструкций устройств плазменного (микроволново-искрового) зажигания для ДВС описан в патенте РФ №2418978 (публикация 20.05.2011 г. ), где использованы магнетроны от бытовых СВЧ-печей с частотой 2450 МГц.An example of the designs of plasma (microwave-spark) ignition devices for internal combustion engines is described in RF patent No. 2418978 (published 20.05.2011), where magnetrons from household microwave ovens with a frequency of 2450 MHz are used.

У автора имеются собственные «наработки» конструкций активатора рабочего газа: совмещенных микроволновой и искровой свечей зажигания (СВЧ-искровой сборки) с посадочной резьбой м 18×1,5 и длиной резьбы 12 мм на базе свечи зажигания М8Т, а также в виде простой сборки с безрезьбовой посадкой.The author has his own "developments" for the design of a working gas activator: combined microwave and spark spark plugs (microwave spark assembly) with a mounting thread m 18 × 1.5 and a thread length of 12 mm based on the M8T spark plug, as well as in the form of a simple assembly with threadless fit.

Для гарантированного «зажигания» СВЧ-разряда без (или от) инициирующего высоковольтного искрового разряда в условиях высокой компрессии рабочего газа - дополнительно может быть использован еще и другой, автономный, активатор: «пушка»-контейнер («прожектор подсветки»), расположенный в поршне и выполненный в виде узконаправленного (в сторону СВЧ-ввода) осевого точечного радиоактивного источника ионизирующего излучения (аналогичные источники используются во входных приемных трактах мощных радиолокационных станций дальнего обнаружения (радаров) для защиты приемников от мощных импульсных помех, вызывающих свч-пробой в «ионизированном» участке тракта и гашение/отражение сигнала-зонда или сигнала-помехи на этом «короткозамыкающем» плазмоидном образовании).For guaranteed "ignition" of a microwave discharge without (or from) an initiating high-voltage spark discharge under conditions of high compression of the working gas, an additional, autonomous activator can be used additionally: a "gun" -container ("backlight searchlight") located in piston and made in the form of a narrowly directed (towards the microwave input) axial point radioactive source of ionizing radiation (similar sources are used in the input receiving paths of powerful early-range radar stations (radars) to protect receivers from powerful impulse noise causing microwave breakdown in the "ionized "Section of the path and suppression / reflection of the signal-probe or signal-interference on this" short-circuiting "plasmoid formation).

Работа камеры внутреннего сгорания.Internal combustion chamber operation.

При уменьшении объема межпоршневой (27) камеры, являющейся кольцевой камерой внутреннего сгорания, происходит сжатие ранее помещенных в нее горючей смеси или воздуха (с впрыском топлива через форсунку 42) и воспламенение от воздействия высоковольтного искрового пробоя на свече зажигания 43. Выделившаяся при этом теплота нагревает сжатую смесь, от чего резко возрастает ее давление на межпоршневую рабочую поверхность поршня и производится полезная работа по перемещению поршня с ее передачей выходному валу и рабочей надпоршневой поверхности поршня для сжатия рабочего газа в рабочей камере с подводом теплоты (22).With a decrease in the volume of the inter-piston (27) chamber, which is an annular internal combustion chamber, the previously placed combustible mixture or air (with fuel injection through the nozzle 42) is compressed and ignited from the action of a high-voltage spark breakdown on the spark plug 43. The heat released in this case heats the compressed mixture, which sharply increases its pressure on the inter-piston working surface of the piston and useful work is performed to move the piston with its transmission to the output shaft and the working over-piston surface of the piston to compress the working gas in the working chamber with heat supply (22).

При этом, в целях улучшения температурного режима работы форсунок и свечей зажигания, они своими частями корпусов «посажены» (вставлены, ввернуты) в тело внешней рубашки цилиндра (холодильник), но распылителями и искровыми электродами «проникают» в камеру сгорания.At the same time, in order to improve the temperature regime of the injectors and spark plugs, they are “planted” (inserted, screwed) into the body of the outer cylinder jacket (refrigerator) with their body parts, but they “penetrate” into the combustion chamber with sprayers and spark electrodes.

Необходимо также учесть, что, при «авиационном исполнении» гибридного двигателя, форсунки и свечи - должны быть продублированы в каждом цилиндре, при этом возможно их попарное размещение (форсунка + свеча зажигания) в одном «колодце», выполняющем функцию форкамеры.It is also necessary to take into account that, in the case of an "aviation version" of a hybrid engine, injectors and candles must be duplicated in each cylinder, while their pairwise placement (injector + spark plug) in one “well” serving as a prechamber is possible.

Воспламенившаяся горючая смесь нагревает внутренние цилиндрические стенки камеры внутреннего сгорания, являющиеся по совокупности внутренней поверхностью нагревателя, а отходящие газы нагревают наружную поверхность нагревателя, являющуюся внутренней поверхностью вытеснительной полости, для чего канал (каналы) отходящих газов проложен в теле днища и стенок нагревателя. При этом, за счет того, что канал отходящих газов проложенный в стенке нагревателя выполнен в виде пустотелой обечайки, а канал, в днище нагревателя выполнен не радиальным, а тангенциальным - происходит завихрение раскаленных отходящих газов с «прижиманием» к наружной поверхности обечайки канала и передачей теплоты «низкотемпературной» поверхности нагревателя (внутренней поверхности вытеснительной полости) для камеры с подводом теплоты. Газоходы 44 на выходе из пустотелой обечайки канала отвода газов служат для выхлопа газов в атмосферу и объединены через выхлопные трубки 45 в единую выхлопную трубу (систему) для каждого и всех цилиндров двигателя.The ignited combustible mixture heats the inner cylindrical walls of the internal combustion chamber, which are collectively the inner surface of the heater, and the exhaust gases heat the outer surface of the heater, which is the inner surface of the displacement cavity, for which the exhaust gas channel (s) is laid in the body of the bottom and walls of the heater. At the same time, due to the fact that the exhaust gas channel laid in the wall of the heater is made in the form of a hollow shell, and the channel in the bottom of the heater is made not radial, but tangential, the swirling of the incandescent exhaust gases occurs with "pressing" to the outer surface of the channel shell and the heat of the "low-temperature" surface of the heater (the inner surface of the displacement cavity) for the chamber with heat supply. The gas ducts 44 at the outlet of the hollow shell of the gas outlet channel serve for exhausting gases into the atmosphere and are combined through the exhaust pipes 45 into a single exhaust pipe (system) for each and all engine cylinders.

Далее, при движении поршня и приближении объема камеры сгорания к максимуму - происходит соединение камеры сгорания через канал (каналы) размещенный в поршне с каналом (каналами) отходящих газов размещенным в теле днища и стенки нагревателя и, с некоторой задержкой, соединение каналов подачи воздуха с камерой сгорания. В результате в камере сгорания происходит «продувка» и газообмен с заменой сгоревшей порции газов на новую порцию воздуха или горючей смеси. При обратном движении поршня на уменьшение объема камеры сгорания - происходит отсечение камеры сгорания от каналов подачи воздуха/горючей смеси, затем - отходящих газов.Further, when the piston moves and the volume of the combustion chamber approaches the maximum, the combustion chamber is connected through the channel (channels) located in the piston with the channel (channels) of exhaust gases located in the body of the bottom and wall of the heater and, with some delay, the connection of the air supply channels with combustion chamber. As a result, "blowing" and gas exchange takes place in the combustion chamber with the replacement of the burnt portion of gases with a new portion of air or combustible mixture. When the piston moves back to reduce the volume of the combustion chamber, the combustion chamber is cut off from the air / combustible mixture supply channels, then the exhaust gases.

Вышеописанная «продувка» камеры сгорания имеет существенный недостаток - при одновременно открытых каналах происходит выброс из камеры сгорания части свежей порции воздуха/горючей смеси в канал отходящих газов, заметно снижающий газонаполнение камеры сгорания (в то же время надо отметить, что выброс части свежей порции воздуха в канал отходящих газов, будет способствовать дожиганию отходящих газов с их очищением до «экологических норм» и передачей теплоты в нагреватель).The above-described "purging" of the combustion chamber has a significant drawback - when the channels are simultaneously open, part of the fresh portion of air / combustible mixture is emitted from the combustion chamber into the exhaust gas channel, which significantly reduces the gas filling of the combustion chamber (at the same time, it should be noted that the release of a part of the fresh portion of air into the exhaust gas channel, will facilitate the afterburning of the exhaust gases with their purification to "environmental standards" and the transfer of heat to the heater).

Для усовершенствования этого момента - в канале подачи воздуха/горючей смеси (взамен или в дополнение) применен аэродинамический обратный клапан, расположенный в теле поршня и выполненный в виде торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, приосевым радиальным входным каналом, связывающим полость с проходящим в поршне каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом, выходящим на боковую поверхность межпоршневой юбки и работающий следующим образом.To improve this point, an aerodynamic check valve is used in the air / combustible mixture supply channel (instead or in addition), located in the piston body and made in the form of a toroidal hollow cavity with at least one axial radial inlet channel connecting the cavity with the the piston with a channel for supplying air or a fuel-air mixture, and at least one tangential channel extending to the side surface of the inter-piston skirt and operating as follows.

При движении поршня на открывание каналов, первым с камерой сгорания соединяется тангенциальный канал (каналы) аэродинамического клапана в поршне, при этом из-за высокого давления отходящие газы из камеры сгорания поступают по тангенциальному каналу (каналам) в торообразную полость аэродинамического клапана и, «закручиваясь» в вихрь, и, прижимаясь к наружной стенке полости - «запираются», и не могут попасть во входной канал (каналы) торообразной полости, т.е. отсекаются от канала подачи воздуха/топливовоздушной горючей смеси проходящего в теле поршня.When the piston moves to open the channels, the tangential channel (channels) of the aerodynamic valve in the piston is first connected to the combustion chamber, while, due to the high pressure, the exhaust gases from the combustion chamber enter through the tangential channel (channels) into the toroidal cavity of the aerodynamic valve and, "twisting "Into the vortex, and, pressing against the outer wall of the cavity, they are" locked "and cannot enter the inlet channel (channels) of the toroidal cavity, ie cut off from the air / air-fuel mixture supply channel passing in the piston body.

Затем, при соединении камеры сгорания с каналом (каналами) отходящих газов, их давление в камере сгорания из-за истечения резко падает, аэродинамический клапан «отпирается», и после закрытия каналов отходящих газов при дальнейшем обратном ходе поршня, через аэродинамический клапан происходит газонаполнение камеры сгорания новой порцией воздуха/горючей топливовоздушной смеси вплоть до «закрытия» (отсечения от камеры сгорания) тангенциального канала (каналов) поршневого аэродинамического клапана, выходящего на боковую поверхность межпоршневой юбки.Then, when the combustion chamber is connected to the exhaust gas channel (s), their pressure in the combustion chamber drops sharply due to the outflow, the aerodynamic valve is "unlocked", and after the exhaust gas channels are closed during the further reverse stroke of the piston, gas filling of the chamber occurs through the aerodynamic valve combustion with a new portion of air / combustible air-fuel mixture up to the "closure" (cut off from the combustion chamber) of the tangential channel (s) of the piston aerodynamic valve, which emerges on the side surface of the inter-piston skirt.

При газонаполнении камеры сгорания через тангенциальный канал (каналы) аэродинамического клапана происходит еще и завихрение выходящих потоков для лучшего перемешивания впрыснутой форсункой порции топлива.When gas-filling the combustion chamber through the tangential channel (channels) of the aerodynamic valve, the outgoing flows are also swirled for better mixing of the portion of fuel injected by the nozzle.

Для компрессионного разделения рабочих камер друг от друга - гибридный двигатель (подобно адиабатному двигателю) может иметь несмазываемые (сухие) компрессионные уплотнения поршня, юбки и стенок рабочих камер (сжимные и обжимные кольца), выполненные из композитных материалов, а для отделения камеры воздушного компрессора от внутрикартерного пространства - обычные широко распространенные штоковые уплотнения.For the compression separation of the working chambers from each other - a hybrid engine (like an adiabatic engine) can have non-lubricated (dry) compression seals of the piston, skirt and walls of the working chambers (compression and compression rings) made of composite materials, and to separate the air compressor chamber from inside the crankcase - the usual widespread rod seals.

При использовании в качестве как топлива, так и рабочего газа ДВПТ, (газообразных или сжиженных) синтез-газа, метана или пропан-бутановой смеси - при плотно притертых парах: стенка цилиндрического нагревателя - поршень, возможно обойтись без использования поршневых компрессионных колец между камерой с подводом теплоты и камерой внутреннего сгорания.When used as fuel and working gas DVPT, (gaseous or liquefied) synthesis gas, methane or propane-butane mixture - with densely ground vapors: the wall of the cylindrical heater - the piston, it is possible to do without using piston compression rings between the chamber with heat supply and internal combustion chamber.

Поддержание оптимальных температур внутренней стенки камеры внутреннего сгорания и температуры отходящих газов на выходе гибридного двигателя при различных режимах его работы обеспечивается изменением начального (в начале такта сжатия) давления рабочего газа в рабочей камере с подводом теплоты за счет впрыска или стравливания порций рабочего газа (форсунки впрыска рабочего газа, клапаны стравливания и датчики давления рабочего газа - условно не показаны), уровнем подводимой мощности активирующей плазмообразующей энергии, а также регулированием элементов ДВС: управление положением дроссельной заслонки, управление фазами воздухоподачи, а также фазой и количеством впрыска топлива форсункой, управление моментом зажигания, преднаддувом воздуха, реализованным с помощью электронагнетателя или турбокомпрессора.Maintaining the optimum temperatures of the inner wall of the internal combustion chamber and the temperature of the exhaust gases at the outlet of the hybrid engine under various operating modes is ensured by changing the initial (at the beginning of the compression stroke) pressure of the working gas in the working chamber with heat supply due to the injection or bleeding of portions of the working gas (injection nozzles working gas, bleed valves and working gas pressure sensors - conventionally not shown), the level of the input power of the activating plasma-forming energy, as well as the regulation of the internal combustion engine elements: control of the throttle position, control of the air supply phases, as well as the phase and quantity of fuel injection by the injector, control of the ignition timing , air pre-charging, implemented using an electric blower or a turbocharger.

Дополнение теплового двигателя электрической машиной на валу: стартер/генератор/двигатель + воздухонагнетательный двигатель преднаддува с аккумуляторной и/или конденсаторной батареей - позволит существенно улучшить его эксплуатационные возможности по запуску «холодного» двигателя, по использованию форсажа тяги и торможению с рекуперацией, по повышению удельной и общей мощности, по экономии топлива и экологии.Supplementing the heat engine with an electric machine on the shaft: starter / generator / engine + air-blowing pre-charging engine with a storage and / or capacitor battery - will significantly improve its operational capabilities for starting a "cold" engine, for using traction afterburner and braking with recuperation, to increase the specific and overall power, fuel economy and environmental protection.

Электромашина может быть соизмерима по мощности с тепловым гибридом.An electric machine can be comparable in power to a thermal hybrid.

Дополнение теплогибридного двигателя электрической машиной на валу так же позволит создавать различные транспортные средства с электрогибридной тягой: тепловой двигатель-электрогенератор-аккумулятор-электропривод.The addition of a heat-hybrid engine with an electric machine on a shaft will also make it possible to create various vehicles with electric-hybrid traction: heat engine-electric generator-battery-electric drive.

«Авиационная» электромашина может быть надежной (бесколлекторной) и облегченной - как за счет обмотки «славянка» (Дуюнова), так и намотки проводом из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП), например, производства компании "СуперОкс". ВТСП-провода/ленты работают при температуре минус 250 градусов Цельсия и имеют плотность тока более 500 А/мм², что позволяет передавать без потерь по тонкому сверхпроводнику столько энергии, сколько по медному кабелю с сечением в сотни раз больше."Aviation" electric machine can be reliable (brushless) and lightweight - both due to the winding "Slavianka" (Duyunova), and winding with a wire from a high-temperature superconductor (HTSC), for example, produced by the company "SuperOx". HTSC wires / tapes operate at a temperature of minus 250 degrees Celsius and have a current density of more than 500 A / mm ² , which makes it possible to transfer without loss through a thin superconductor as much energy as through a copper cable with a cross section hundreds of times greater.

Для предохлаждения сверхпроводника может быть использован охлажденный азот, который останется после разделения воздуха на азот и кислород, используемый для дожигания отходящих газов в камере дожигания гибридного двигателя, а также для обогащения кислородом горючей топливной смеси в камере сгорания, при дополнении данной полезной модели - криогенной установкой разделения воздуха на жидкий азот и кислород.For precooling the superconductor, cooled nitrogen can be used, which remains after the separation of air into nitrogen and oxygen, used for afterburning off gases in the afterburner of a hybrid engine, as well as for enriching the combustible fuel mixture with oxygen in the combustion chamber, with the addition of a cryogenic plant separation of air into liquid nitrogen and oxygen.

То есть гибридный двигатель может дополнительно содержать тепловую машину, работающую по обратному термодинамическому циклу -холодильную/криогенную машину, что позволит вырабатывать «холод», в том числе, для поддержания в жидком состоянии топлива - сжиженных водорода или природного газа (метана) при их использовании и в качестве рабочего газа; криостатирования электроники опций (с целью снижения уровня шумов, повышения чувствительности и помехоустойчивости): радаров, навигаторов, головок наведения, «матриц» приборов ночного видения, тепловизоров и др.That is, the hybrid engine may additionally contain a heat engine operating according to the reverse thermodynamic cycle - a refrigeration / cryogenic engine, which will make it possible to generate "cold", including for maintaining the fuel in a liquid state - liquefied hydrogen or natural gas (methane) when they are used and as a working gas; cryostatting of electronics options (in order to reduce the noise level, increase sensitivity and noise immunity): radars, navigators, guidance heads, "matrices" of night vision devices, thermal imagers, etc.

Криомашина может быть как вращающейся (встроенной непосредственно в ротор) для криостатирования ротора электромашины с ВТСП, так и неподвижной (с приводом от вала гибрида) и выполняться, как и прототип данной полезной модели: «Тепловой двигатель с бесклапанным газораспределением», описанный в патенте RU 2576077 (27.02.2016 г.), относящийся к категории ДВПТ, с той лишь разницей, что при принудительном вращении вала с поршнями, отсутствии подводов теплоты к нагревателю и плазмообразующей энергии активации рабочего газа (гелия) в цилиндр - температура нагревателя будет опускаться до криогенных величин.The cryomachine can be either rotating (built directly into the rotor) for cryostatting the rotor of an electric machine with HTSC, or stationary (driven by the hybrid shaft) and can be executed like the prototype of this utility model: "Heat engine with valveless gas distribution", described in patent RU 2576077 (02/27/2016), belonging to the DVPT category, with the only difference that when the shaft with pistons rotates forcibly, there is no heat supply to the heater and the plasma-forming activation energy of the working gas (helium) into the cylinder, the heater temperature will drop to cryogenic quantities.

Техническим результатом полезной модели является совершенствование газораспределительных механизмов, увеличение приемистости и удельной мощности гибридного двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса, а также улучшение экологических параметров по качеству выхлопных газов и уменьшению теплового загрязнения окружающей среды.The technical result of the utility model is to improve the gas distribution mechanisms, increase the throttle response and power density of the hybrid engine, increase the efficiency, reliability and service life, as well as improve the environmental parameters for the quality of exhaust gases and reduce thermal pollution of the environment.

Claims

1. An engine with lubrication, cooling, air supply, fuel supply, ignition, gas distribution and gas discharge systems, a crankcase with a mechanism for converting the translational motion of piston rods into rotary shaft motion, characterized by the fact that it contains at least two adjacent paraphase stepped cylinders with heads, each of which includes a constant volume afterburner and three adjacent working chambers of variable volume formed with the participation of stepped piston surfaces, as well as a heater and a refrigerator separated by a heat insulator, while the refrigerator is made in the form of an external stepped cylinder jacket with a bottom, the inner cylindrical surface of a part of which, the bottom and the piston surface of the piston form the working chamber of the air compressor, the heater is made in the form of a volumetric inner cylinder jacket with a volumetric bottom, in which the cylinder head and the piston above the piston surface form a filled gaseous working fluid above-piston working or plasma-vortex with the input of plasma-forming energy working chamber with heat supply, connected by at least one gas-duct tangential channel with a displacement cavity made in the form of a hollow shell and located between the heater and refrigerator, and the bottom of the heater, interpiston the skirt and the inter-piston surface of the piston form a working internal combustion chamber that has a common inner cylindrical surface of the heater with the adjacent above-piston chamber, at least one channel of exhaust gases from the internal combustion chamber is located in the body of the heater and its bottom, and at least one channel for supplying air or air-fuel mixture into the internal combustion chamber is placed in the body of the outer jacket of the cylinder in such a way that allows the piston, during the reciprocating movement, to carry out the slide valve timing using gas ducts located in the body of the piston that exit to the side surface A piston skirt for connecting the combustion chamber with channels in the heater and in the refrigerator, the afterburner is part of the exhaust gas channel located in the heater body and is made in the form of a hollow shell, and the exhaust gas channel located in the heater bottom body is tangential.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it further comprises an aerodynamic check valve for supplying air or fuel-air mixture to the combustion chamber, located in the piston body and made in the form of a toroidal hollow cavity with at least one radial inlet channel connecting the cavity with a channel running in the piston for supplying air or a fuel-air mixture to the combustion chamber, and at least one tangential channel extending onto the side surface of the inter-piston skirt.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the gas distribution mechanism of the engine, which ensures the operation of the air compressor chamber, is made as a combined double aerodynamic check valve located in the body of the bottom of the outer jacket of the cylinder, and is implemented as a torus-shaped hollow cavity with at least one , an inlet radial channel passing through the inner side surface of the torus-shaped cavity and connecting the cavity with the suction channel for supplying air or fuel-air mixture, and at least one tangential channel connecting the air compressor chamber with the toroidal hollow cavity through its inner and / or outer side surface in this case, the channel for withdrawing compressed air or air-fuel mixture from the air compressor chamber is located in the body of the bottom of the outer jacket of the cylinder and is made in the form of a tangential channel extending through the outer side surface of the torus-shaped hollow cavity beyond its limits.

4. The engine according to claim. 1, characterized in that the engine gas distribution mechanism, which ensures the operation of the air compressor chamber, contains mechanical gas distribution valves.

5. An engine according to claim 1, characterized in that the engine piston is composite, and its body in the area of the inter-piston skirt is made of a heat-resistant metal alloy and / or ceramics and / or composite material.

6. The engine of claim. 1, characterized in that the engine piston is made in the form of a heat pipe.

7. The engine according to claim. 1, characterized in that the engine piston is hollow and filled with low-melting metal or metal alloy.

8. The engine according to claim 1, characterized in that the input of the plasma-forming activation energy of the working gas is made in the form of an assembly: microwave input of microwave energy with a built-in spark plug.

9. The engine of claim. 1, characterized in that it further comprises an input of the plasma-forming activation energy of the working gas, located in the piston and made in the form of a source of ionizing radiation.

10. The engine according to claim. 1, characterized in that the mechanism for converting the translational movement of the rods with pistons into the rotational movement of the shaft is made according to the connecting rod scheme.

11. The engine of claim. 1, characterized in that it further comprises at least one electric machine.

12. The engine of claim. 1, characterized in that it further comprises at least one refrigeration machine.