RU2042845C1

RU2042845C1 - Free-piston internal combustion engine with hydraulic turbine

Info

Publication number: RU2042845C1
Application number: RU93026021/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Становской
Original assignee: Виктор Владимирович Становской
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: power engineering and transport. SUBSTANCE: engine has piston group 1 comprising two axially coupled pistons 7 and 8. The pistons are received in working cylinders 2 and 3 which define two side combustion chambers 4 and 5. Tank 6 filled with a turbo-liquid is interposed between the working cylinders. The pistons can rotate with respect to each other. Propellers-hydraulic-turbines of double-sided action and provided with oppositely directed blades 9 are secured to each piston inside the tank filled with the turbo-liquid. As a result, the pistons rotates in opposite directions to prevent power losses due to rotation of the turbo- liquid. EFFECT: enhanced efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к свободнопоршневым двигателям (СПД) в теплоэнергических и транспортных установках. The invention relates to internal combustion engines, namely to free piston engines (SPD) in thermal power and transport installations.

Известны двигатели со свободно двигающимися поршнями, содержащие поршневую группу, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания. При сгорании топлива в боковых камерах сгорания поршневая группа содержит возвратно-поступательное движение, обеспечивая сжатие или перемещение рабочего тела, приводящего в движение исполнительные механизмы. Known engines with freely moving pistons containing a piston group, working cylinders forming two side combustion chambers. When fuel is burned in the side combustion chambers, the piston group contains a reciprocating movement, providing compression or movement of the working fluid, which drives the actuators.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршневую группу, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания, размещенный между ними бак с турбожидкостью. Поршневая группа содержит два жестко связанных друг с другом рабочих поршня с гидротурбиной двустороннего действия между ними, на их общей оси. Лопатки гидротурбины установлены с возможностью поворота вокруг своих осей. The closest in technical essence to the proposed one is a free-piston internal combustion engine containing a piston group, working cylinders forming two side combustion chambers, a tank with a turbo-fluid placed between them. The piston group contains two working pistons rigidly connected to each other with a double-acting hydraulic turbine between them, on their common axis. The blades of a hydraulic turbine are mounted rotatably around their axles.

При сгорании топлива в боковых камерах сгорания поршневая группа вместе с гидротурбиной совершает возвратно-поступательное движение. Лопатки гидротурбины, взаимодействуя с турбожидкостью, сообщают турбине и поршням вращательное движение. Причем при возвратно-поступательном движении поршневой группы лопатки под действием сопротивления турбожидкости поворачиваются вокруг своих осей так, что турбина с поршнями вращается в одну и ту же сторону. Однако при этом турбожидкость приобретает противоположное вращение, которое трудно затормозить. В результате отбираемая полезная мощность уменьшается за счет потерь энергии на вращение турбожидкости, уменьшая тем самым КПД двигателя. When fuel is burned in the side combustion chambers, the piston group together with the hydraulic turbine makes a reciprocating motion. Hydroturbine blades, interacting with turbo-fluid, impart rotational motion to the turbine and pistons. Moreover, with the reciprocating movement of the piston group of the blade under the influence of the resistance of the turbo-fluid, they rotate around their axes so that the turbine with pistons rotates in the same direction. However, in this case, the turbo-fluid acquires the opposite rotation, which is difficult to brake. As a result, the usable useful power is reduced due to energy losses due to the rotation of the turbo-fluid, thereby reducing the efficiency of the engine.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предотвратить вращение турбожидкости. The objective of the invention is to prevent rotation of the turbo-fluid.

Для решения этой технической задачи в свободнопоршневом гидротурбинном двигателе внутреннего сгорания, содержащем поршневую группу из двух рабочих поршней с гидротурбиной двустороннего действия между ними, рабочие цилиндры, образующие две боковые камеры сгорания, и размещенный между ними бак с турбожидкостью, рабочие поршни аксиально связаны друг с другом с возможностью вращения друг относительно друга, а гидротурбина выполнена в виде двух пропеллеров с противоположным направлением лопаток, закрепленных на рабочих поршнях. To solve this technical problem in a free-piston hydraulic turbine internal combustion engine containing a piston group of two working pistons with a double-acting hydraulic turbine between them, working cylinders forming two side combustion chambers and a tank with turbo-fluid placed between them, working pistons are axially connected to each other with the possibility of rotation relative to each other, and the turbine is made in the form of two propellers with the opposite direction of the blades mounted on the working pistons.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 турбина из двух пропеллеров с лопатками двустороннего действия с обтекателем; на фиг. 3 подпружиненная поворотная лопатка двустороннего действия с одним из возможных вариантов установки пружин; на фиг. 4 один из возможных вариантов выполнения связи между рабочими поршнями. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed engine; in FIG. 2 turbine of two propellers with double-acting blades with a cowl; in FIG. 3 spring-loaded double-acting rotary blade with one of the possible options for installing springs; in FIG. 4 is one of the possible options for communication between the working pistons.

Свободнопоршневой гидротурбинный двигатель внутреннего сгорания содержит поршневую группу 1, рабочие цилиндры 2 и 3, образующие две боковые камеры 4 и 5 сгорания, и размещенный между ними бак 6 с турбожидкостью, установленный неподвижно на рабочих цилиндрах 2 и 3. Поршневая группа состоит из двух аксиально связанных между собой рабочих поршней 7 и 8 с возможностью вращения друг относительно друга. В месте соединения поршней 7 и 8 на их общей оси расположена гидротурбина двустороннего действия. Она выполнена в виде двух отдельных пропеллеров двустороннего действия с противоположным направлением лопаток 9. Каждый пропеллер закреплен на соответствующем рабочем поршне 7 или 8. The free-piston hydraulic turbine internal combustion engine contains a piston group 1, working cylinders 2 and 3, forming two side combustion chambers 4 and 5, and a turbofluid tank 6 located between them, mounted motionless on working cylinders 2 and 3. The piston group consists of two axially connected between each other the working pistons 7 and 8 with the possibility of rotation relative to each other. At the junction of the pistons 7 and 8, a double-acting hydraulic turbine is located on their common axis. It is made in the form of two separate double-acting propellers with the opposite direction of the blades 9. Each propeller is mounted on the corresponding working piston 7 or 8.

Пропеллер двустороннего действия может быть выполнен либо в виде двухрядных жестких лопаток с обтекателем 10 между ними, как показано на фиг. 2, либо с поворотными подпружиненными лопатками (фиг. 3). Здесь представлен один из возможных вариантов установки пружин 11. Для связи с механизмом отбора мощности поршни 7 и 8 снабжены штоками 12 или как минимум одним, выходящими за пределы камер сгорания. Система топливоподачи может быть выполнена, как и в прототипе, в виде поршневых насосов, связанных с рабочими поршнями (не показаны). The double-acting propeller can be either in the form of double-row rigid blades with a fairing 10 between them, as shown in FIG. 2, or with rotary spring-loaded blades (Fig. 3). Here is one of the possible options for installing the springs 11. For communication with the power take-off mechanism, the pistons 7 and 8 are equipped with rods 12 or at least one that extends beyond the combustion chambers. The fuel supply system can be performed, as in the prototype, in the form of piston pumps associated with working pistons (not shown).

Аксиальная связь рабочих поршней 7 и 8 с возможностью вращения их друг относительно друга может быть реализована с помощью втулки, как показано на фиг. 4. The axial coupling of the working pistons 7 and 8 with the possibility of their rotation relative to each other can be realized using a sleeve, as shown in FIG. 4.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При попеременном сгорании топливно-воздушной смеси в боковых камерах 4 и 5 сгорания рабочие поршни 7 и 8 вместе с закрепленной на их осях гидротурбиной совершают возвратно-поступательное движение в рабочих цилиндрах 2 и 3. При взаимодействии движущейся в аксиальном направлении гидротурбины с турбожидкостью в баке возникает вращательный момент и поршневая группа 1 приобретает вращательное движение. При этом поршень 7 вращается в одну сторону, а поршень 8 в другую. Отбор полезной мощности осуществляется при помощи штоков 12, соединенных с поршнями 7 и 8 и выходящих за пределы камер 4 и 5 сгорания. Благодаря тому, что на разных рабочих циклах гидротурбина вращает рабочие поршни 7 и 8 в противоположных направлениях, не меняя направления этого вращения, турбожидкость в баке 6 не приобретает вращательного движения. При этом уменьшаются потери энергии и повышается КПД двигателя. When the fuel-air mixture is alternately burned in the side combustion chambers 4 and 5, the working pistons 7 and 8, together with the hydraulic turbine fixed on their axes, perform reciprocating motion in the working cylinders 2 and 3. When the axially moving hydraulic turbine interacts with the turbo-fluid in the tank, torque and piston group 1 acquires a rotational movement. In this case, the piston 7 rotates in one direction, and the piston 8 in the other. The selection of useful power is carried out using rods 12 connected to the pistons 7 and 8 and extending beyond the chambers 4 and 5 of combustion. Due to the fact that at different operating cycles the hydraulic turbine rotates the working pistons 7 and 8 in opposite directions, without changing the direction of this rotation, the turbo-fluid in the tank 6 does not acquire rotational motion. At the same time, energy losses are reduced and engine efficiency is increased.

Таким образом, в рамках компактной схемы СПГД реализуются достаточно высокие удельно-весовые показатели двигателя при непосредственной передаче крутящего момента на нагрузку. Thus, in the framework of the compact SPGD scheme, fairly high specific gravity indices of the engine are realized with direct transmission of torque to the load.

СПГД является всеядным двигателем, так как степень сжатия ничем не ограничена. Вращающиеся поршни делаю рабочую смесь более однородной, чем улучшается качество сгорания топлива. Запуск двигателя осуществляется сжатым воздухом или пиропатроном, исключая мощные тяжелые аккумуляторные батареи. Подача топливно-воздушной смеси в камеры сгорания в двухтактном варианте двигателя осуществляется поршневым насосом, поршень которого соединен с штоком двигателя, выходящим за пределы торцовой камеры сгорания. Система зажигания в виде схемы с высоковольтным напряжением не нужна, здесь достаточно термически нагретого стержня, способного при сжатии топливно-воздушной смеси воспламенить ее. При сложении вращающихся энергий двух поршней эти энергии легко перевести из режима отдачи в режим накопления энергии. Удельно-весовые показатели и технические параметры СПГД позволяют перевести на новый качественный уровень создание подвижного транспорта и энергетических установок. SPGD is an omnivorous engine, since the compression ratio is unlimited. Rotating pistons make the working mixture more uniform than improving the quality of fuel combustion. The engine is started by compressed air or a squib, excluding powerful heavy batteries. The fuel-air mixture is supplied to the combustion chambers in the two-stroke version of the engine by a piston pump, the piston of which is connected to the engine rod extending beyond the end combustion chamber. An ignition system in the form of a circuit with a high-voltage voltage is not needed, a thermally heated rod is enough here, capable of igniting it when compressing the fuel-air mixture. When adding the rotating energies of two pistons, these energies can easily be transferred from the recoil mode to the energy storage mode. The specific gravity indicators and technical parameters of the SPGD allow us to transfer the creation of mobile transport and power plants to a new qualitative level.

Claims

A free-piston hydraulic turbine internal combustion engine containing a piston group of two working pistons with a double-acting hydraulic turbine between them, working cylinders forming two side combustion chambers, and a tank with turbo-fluid placed between them, characterized in that the working pistons of the piston group are connected to each other in the axial direction with the possibility of rotation relative to each other, and the turbine is made in the form of two propellers with the opposite direction of the blades.