RU2199672C2 - Power plant - Google Patents
Power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2199672C2 RU2199672C2 RU2001113219/06A RU2001113219A RU2199672C2 RU 2199672 C2 RU2199672 C2 RU 2199672C2 RU 2001113219/06 A RU2001113219/06 A RU 2001113219/06A RU 2001113219 A RU2001113219 A RU 2001113219A RU 2199672 C2 RU2199672 C2 RU 2199672C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- cavity
- troughs
- installation according
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в силовых приводах различных стационарных и самоходных машин. The invention relates to mechanical engineering and can be used in power drives of various stationary and self-propelled machines.
Известен силовой привод, содержащий механизм с колеблющимся звеном, выполненный в виде свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), поршни которого одновременно являются поршнями гидроцилиндров и гидромашины. Блок поршней, воспринимая давление рабочих газов, совершает возвратно-поступательное движение, при этом текучая среда вытесняется поршнем из одного гидроцилиндра и с помощью распределительных устройств и обратных клапанов, размещенных в магистралях, направляется в гидромашину, вращает ее ротор и направляется в другой гидроцилиндр, при этом также используются распределители и обратные клапаны, аналогично протекает и другой такт. Циклы повторяются, а направления движения текучей среды в магистралях не изменяются (см. описание к патенту США 4966000 от 30.10.90 г.). Однако значительные гидравлические сопротивления и объемные потери в управляющих устройствах резко снижают кпд привода и нарушают жесткую кинематическую связь между подвижными звеньями механизмов. A known power drive containing a mechanism with an oscillating link, made in the form of a free piston internal combustion engine (ICE), the pistons of which are simultaneously the pistons of hydraulic cylinders and hydraulic machines. The piston block, perceiving the pressure of the working gases, makes a reciprocating motion, while the fluid is displaced by the piston from one hydraulic cylinder and, with the help of distribution devices and check valves located in the mains, is sent to the hydraulic machine, rotates its rotor and goes to another hydraulic cylinder, Distributors and check valves are also used for this, and a different cycle proceeds similarly. The cycles are repeated, and the directions of the fluid in the lines do not change (see the description of US patent 4966000 from 10.30.90). However, significant hydraulic resistances and volume losses in control devices sharply reduce the drive efficiency and violate the rigid kinematic connection between the moving parts of the mechanisms.
Известен обратимый гидравлический преобразователь движения (описание к авт. св. СССР 158187, опубл. 1963 г., бюл. 20), содержащий двухсторонний симметричный гидроцилиндр и коловратную гидромашину, объединенные общей гидропередачей в виде каналов с текучей средой без распределительных устройств. Устройство не предназначено для использования в силовых установках, т.к. при движении вращающегося звена на большем участке его пути колеблющееся звено перемещаться не может, кинематической связи между звеньями в этот период нет. Known reversible hydraulic motion converter (description to ed. St. USSR 158187, publ. 1963, bull. 20), containing a double-sided symmetrical hydraulic cylinder and a rotary hydraulic machine, combined by a common hydraulic transmission in the form of channels with a fluid without distribution devices. The device is not intended for use in power plants, as when a rotating link moves over a larger portion of its path, the oscillating link cannot move, there is no kinematic connection between the links during this period.
Известна силовая установка, которая включает в себя двухцилиндровый свободнопоршневой ДВС с четырьмя блоками поршней и шиберную гидравлическую машину, в статоре которой размещены разделительные устройства с шиберами. Гидромашина и гидроцилиндры объединены магистралями с текучей средой и без распределительных устройств (описание выложенной заявки ФРГ 1650630, опубл. 20.08.1970 г.). A power plant is known, which includes a two-cylinder free-piston engine with four piston blocks and a hydraulic hydraulic machine, in the stator of which there are separation devices with gates. The hydraulic machine and hydraulic cylinders are connected by highways with a fluid and without switchgears (description of the laid-out application of Germany 1650630, publ. 08.20.1970).
В известном устройстве отсутствует жесткая кинематическая связь между вращающимся и колеблющимся звеньями при такте развода поршней ДВС, что в значительной мере затрудняет запуск в работу ДВС и обуславливает его нестабильную работу. Не предусмотрено также выравнивание объемов текучей среды в левой и правой полостях гидроцилиндров, которое нарушается вследствие неплотного прилегания шиберов к образующей ротора при большой частоте его вращения, в результате чего нарушается жесткая связь между подвижными звеньями и нарушается работоспособность установки. In the known device there is no rigid kinematic connection between the rotating and oscillating links during the stroke of the separation of the internal combustion engine pistons, which greatly complicates the start of the internal combustion engine and causes its unstable operation. Equalization of fluid volumes in the left and right cavities of hydraulic cylinders is also not provided, which is violated due to a loose fit of the gates to the rotor generatrix at a high rotation frequency, as a result of which the rigid connection between the movable links is broken and the installation is inoperative.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение коэффициента полезного действия силовой установки. The problem solved by the invention is to increase the efficiency of the power plant.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является обеспечение жесткой кинематической связи между подвижными звеньями механизмов, при которой каждому перемещению одного из подвижных звеньев устанавливается пропорциональное ему перемещение другого звена на протяжении всего времени работы установки, обеспечение возможности выравнивания объемов текучей среды, находящихся по разные стороны шибера, постепенное включение в работу цилиндров ДВС по мере возрастания нагрузки на вал гидромашины и отключение их при снижении нагрузки, изменение частоты вращения вала гидромашины и величины крутящего момента на валу гидромашины без изменения частоты колебания блоков поршней ДВС и без применения шестеренных коробок перемены передач, накопление кинетической энергии, достаточной для совершения вспомогательных тактов поршнями ДВС. The technical result achieved by solving the problem is to provide a rigid kinematic connection between the moving parts of the mechanisms, in which each movement of one of the moving parts is set proportionally to the movement of the other part throughout the entire operation of the installation, providing the ability to equalize the volume of fluid located at different sides of the gate, the gradual inclusion in the operation of the engine cylinder as the load on the shaft of the hydraulic machine increases and turn off their reduction under load, a change in the frequency of rotation of the shaft of the hydraulic machine and the magnitude of the torque on the shaft of the hydraulic machine without changing the frequency of oscillation of the engine piston blocks and without the use of gear boxes for changing gears, the accumulation of kinetic energy sufficient to make auxiliary strokes by the internal combustion engine pistons.
Указанный технический результат достигается тем, что в силовой установке, включающей механизм с колеблющимися звеньями, выполненный в виде цилиндров свободнопоршневых ДВС, каждый поршень которого жестко связан с поршнем, размещенным в двухстороннем симметричном гидроцилиндре, и механизм с вращающимся звеном, выполненным в виде статора с каналами подвода и отвода текучей среды, разделяемыми шиберами разделительных устройств и роторов, снабженных, по меньшей мере, двумя впадинами, при этом впадины ротора и статор образуют рабочие полости механизма с вращающимся звеном, расположенные с возможностью соединения с каналами статора, при этом объем каждой рабочей полости равен объему совместно работающего симметричного гидроцилиндра, расстояние между шиберами разделительных устройств и соседними впадинами ротора выбрано равным длине хорды, измеренной по средней линии впадины. The specified technical result is achieved by the fact that in a power plant including a mechanism with oscillating links, made in the form of cylinders of a free piston ICE, each piston of which is rigidly connected to a piston placed in a double-sided symmetric hydraulic cylinder, and a mechanism with a rotating link made in the form of a stator with channels fluid inlet and outlet, shared by the gates of separation devices and rotors, equipped with at least two cavities, while the rotor cavities and the stator form the working cavity and a mechanism with a rotating link, located with the possibility of connecting with the stator channels, while the volume of each working cavity is equal to the volume of a symmetrical hydraulic cylinder working together, the distance between the gate valves of the separating devices and adjacent rotor cavities is chosen equal to the length of the chord measured along the midline of the cavity.
Кроме того
- каждая впадина выполнена в виде сектора кругового кольца, при этом профили входа во впадину и выхода из нее одинаковы;
- шиберы смонтированы с возможностью фиксации их в нерабочем положении;
- на статоре посредством валов смонтированы коромысла, установленные с возможностью контактирования с двумя соседними шиберами;
- впускные и выпускные каналы статора снабжены перепускными каналами с регулируемыми обратными клапанами;
- на валу коромысла смонтированы устройства для синхронной подачи топлива и энергии для поджога горючей смеси в цилиндрах механизма с колеблющимися звеньями;
- вал коромысла установлен с возможностью перемещения в радиальном или осевом или тангенциальном направлении;
- на общем валу механизма с вращающимся звеном смонтированы роторы с разным количеством впадин, при этом на каждом роторе геометрические размеры впадин одинаковы, а геометрические размеры впадин одного ротора отличаются от геометрических впадин другого ротора при условии соблюдения равенства объемов каждой впадины и совместно работающего с ней гидроцилиндра;
- на общем валу механизма с вращающимся звеном смонтированы роторы с одинаковым количеством впадин, при этом на каждом роторе геометрические размеры впадин одинаковы, а геометрические размеры впадин одного ротора отличаются от геометрических впадин другого ротора при условии соблюдения равенства объемов каждой впадины и совместно работающего с ней симметричного гидроцилиндра;
- каждый из гидроцилиндров соединен магистралями с каналами статора, обеспечивающими работу нескольких роторов.Moreover
- each cavity is made in the form of a sector of a circular ring, while the profiles of the entrance to and exit from the cavity are the same;
- the gates are mounted with the possibility of fixing them in the idle position;
- rockers mounted on the stator by means of shafts, mounted with the possibility of contacting with two adjacent gates;
- the inlet and outlet channels of the stator are equipped with bypass channels with adjustable check valves;
- devices for synchronous supply of fuel and energy for burning the combustible mixture in the cylinders of the mechanism with oscillating links are mounted on the rocker shaft;
- the rocker shaft is mounted with the possibility of movement in the radial or axial or tangential direction;
- rotors with different number of cavities are mounted on a common shaft of a mechanism with a rotating link, while on each rotor the geometric dimensions of the cavities are the same, and the geometric dimensions of the cavities of one rotor differ from the geometric cavities of the other rotor, provided that the volumes of each cavity and the hydraulic cylinder working with it are equal ;
- rotors with the same number of troughs are mounted on a common shaft of a mechanism with a rotating link, while on each rotor the geometrical dimensions of the troughs are the same, and the geometrical sizes of the troughs of one rotor are different from the geometrical troughs of the other rotor, provided that the equal volumes of each trough and the symmetrical joint working with it hydraulic cylinder;
- each of the hydraulic cylinders is connected by highways to the stator channels, ensuring the operation of several rotors.
Силовая установка иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена схема, поясняющая принцип работы силовой установки, на фиг.2 - схема соединений гидроцилиндров с механизмом с вращающимся звеном. The power plant is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a diagram explaining the principle of operation of the power plant, and Fig. 2 is a diagram of the connections of hydraulic cylinders with a rotating link mechanism.
Силовая установка включает (фиг.1) механизм 1 с колеблющимися звеньями, выполненный, например, в виде ДВС, у которого в каждом цилиндре 2 для сжигания топлива размещен поршень 3, жестко связанный с поршнем 4 двухстороннего симметричного гидроцилиндра 5. Механизм 6 с вращающимся звеном содержит статор 7 с каналами впуска 8 и выпуска 9, соединенные перепускным каналом 10 с регулируемым обратным клапаном 11. На статоре размещены разделительные устройства 12 с шиберами 13, оснащенными пружинами 14, на статоре смонтированы при помощи валов 15 коромысла 16 и устройство 17 (например, соленоид) для вывода коромысел 16 из зоны контакта с шиберами, при этом на валах коромысел 16 закреплены устройства 18 для синхронной подачи топлива в цилиндры ДВС и для подачи энергии для поджига горючей смеси. На валу 19 механизма с вращающимся звеном смонтированы роторы 20 с различным или одинаковым количеством впадин 21, образующих совместно со статором рабочие полости 22, на этом же валу закреплен маховик 23. The power plant includes (Fig. 1) a mechanism 1 with oscillating links, made, for example, in the form of an internal combustion engine, in which a piston 3 is placed in each cylinder 2 for fuel combustion, which is rigidly connected to the piston 4 of a double-sided symmetrical hydraulic cylinder 5. The mechanism 6 with a rotating link contains a stator 7 with inlet channels 8 and outlet 9, connected bypass channel 10 with an adjustable non-return valve 11. On the stator there are separation devices 12 with gates 13 equipped with springs 14, mounted on the stator using shafts 15 of the rocker arm 16 and a device 17 (for example, a solenoid) for withdrawing the rocker arm 16 from the gate contact area, while devices 18 are mounted on the shafts of the rocker arm 16 for synchronously supplying fuel to the ICE cylinders and for supplying energy for igniting the combustible mixture. On the shaft 19 of the rotating link mechanism, rotors 20 are mounted with different or equal numbers of troughs 21, which form working cavities 22 together with the stator, and a flywheel 23 is fixed on the same shaft.
Объем каждой рабочей полости 22 механизма с вращающимся звеном равен рабочему объему гидроцилиндра 5, а расстояние между шиберами 13 разделительных устройств 12 и соседними впадинами 21 установлено равным длине "а" хорды, измеренной по средней линии впадины 21 ротора 20, при этом впадины 21 выполнены в виде сектора кругового кольца, а профильные поверхности 24 входа во впадину 21 и выхода из нее одинаковы и служат для привода шиберов 13 разделительных устройств 12. Обратный клапан 11 отрегулирован на давление, равное давлению сжатия горючей смеси. Рабочие полости механизма с качающимися звеньями объединены магистралями 25. The volume of each working cavity 22 of the rotating link mechanism is equal to the working volume of the hydraulic cylinder 5, and the distance between the sliders 13 of the separation devices 12 and adjacent cavities 21 is set equal to the length "a" of the chord measured along the midline of the cavity 21 of the rotor 20, while the cavities 21 are made in in the form of a sector of a circular ring, and the profile surfaces 24 of the entrance to the cavity 21 and the exit from it are the same and serve to drive the gates 13 of the separation devices 12. The check valve 11 is adjusted to a pressure equal to the compression pressure of the combustible mixture. The working cavity of the mechanism with swinging links are connected by
Силовая установка работает следующим образом. В исходном положении все шиберы 13 разделительных устройств 12 удерживаются пружинами 14 в нерабочем положении, при этом коромысла 16 не взаимодействуют с шиберами 13. С помощью одного из известных устройств, например электростартера, приводится во вращение вал 19 механизма 6 с вращающимся звеном и одновременно с помощью известного устройства 17, например, соленоида осуществляется контакт одного из коромысел 16 с шиберами 13, в результате которого последние будут поочередно копировать поверхность впадин 21, размещенных на одном из роторов 20, вытесняя текучую среду из полости 22 по каналу 9, а далее в одну из магистралей 25 и одну из полостей гидроцилиндра 5, при этом из другой полости этого же гидроцилиндра 5 текучая среда вытесняется по другой магистрали 25 и каналу 8 в эту же рабочую полость 22 гидромашины, при выходе одного из шиберов 13 из впадины он, перемещаясь от воздействия профильной поверхности 24, через коромысло 16 перемещает во впадину другой шибер 13, который вытесняет текучую среду из рабочей полости 22 механизма 6 в другую полость гидроцилиндра 5, генерируя, таким образом, колебания поршней гидроцилиндров, а значит и поршней ДВС. После запуска в работу одного из цилиндров ДВС используется энергия сгорания топлива в одном цилиндре, при этом такт сжатия осуществляется за счет кинетической энергии, накопленной маховиком 23. При увеличении нагрузки на вал механизма с вращающимся звеном включается в работу необходимое количество цилиндров 5 путем воздействия коромысел 16 на шиберы 13, при этом наличие нескольких роторов 20 с различным числом впадин 21 позволяет максимально увеличить крутящий момент на валу механизма 6 путем вращения одного ротора с большим числом впадин всеми цилиндрами ДВС, таким образом, количество воздействий на ротор за один оборот будет зависеть от количества цилиндров механизма с колеблющимся звеном (возможны и многие другие варианты воздействий с целью изменения величины крутящего момента и частоты оборотов вала гидромашины). The power plant operates as follows. In the initial position, all the gates 13 of the separating devices 12 are held by the springs 14 in the idle position, while the rocker arms 16 do not interact with the gates 13. Using one of the known devices, for example, an electric starter, the shaft 19 of the mechanism 6 is rotated with a rotating link and simultaneously with of a known device 17, for example, a solenoid, one of the rocker arms 16 is in contact with the sliders 13, as a result of which the latter will alternately copy the surface of the depressions 21 located on one of the rotors 20, removing fluid from the cavity 22 through the channel 9, and then into one of the
Таким образом, в результате решения поставленной задачи может быть создано качественно новое устройство - силовая установка с новым потребительскими свойствами, такими, как увеличенный кпд за счет использования энергии второго периода горения топлива и исключения ударных нагрузок и трения, обусловленных кривошипно-шатунным механизмом в существующих ДВС, кроме того, возможно наиболее рациональное использование энергии ДВС при частичных нагрузках и отказаться от применения шестеренных передач, включая и КПП. Упрощается автоматическое управление работой силового агрегата. Thus, as a result of solving the problem, a qualitatively new device can be created - a power plant with new consumer properties, such as increased efficiency due to the use of energy from the second period of fuel combustion and the elimination of shock loads and friction due to the crank mechanism in existing ICEs In addition, it is possible the most rational use of ICE energy at partial loads and abandon the use of gear transmissions, including gearboxes. Simplified automatic control of the power unit.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001113219/06A RU2199672C2 (en) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | Power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001113219/06A RU2199672C2 (en) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | Power plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001113219A RU2001113219A (en) | 2003-02-20 |
| RU2199672C2 true RU2199672C2 (en) | 2003-02-27 |
Family
ID=20249628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001113219/06A RU2199672C2 (en) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | Power plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2199672C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476698C1 (en) * | 2011-06-24 | 2013-02-27 | Касьянов Вадим Вадимович | Free-piston internal combustion engine |
| EA019095B1 (en) * | 2011-03-12 | 2014-01-30 | Виктор Николаевич Таргонский | Combined internal combustion engine |
-
2001
- 2001-05-14 RU RU2001113219/06A patent/RU2199672C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA019095B1 (en) * | 2011-03-12 | 2014-01-30 | Виктор Николаевич Таргонский | Combined internal combustion engine |
| RU2476698C1 (en) * | 2011-06-24 | 2013-02-27 | Касьянов Вадим Вадимович | Free-piston internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2518418C (en) | Internal combustion engine and method | |
| CA1206887A (en) | Engine with rotating cylinder wall | |
| RU2002115066A (en) | A device using oscillating rotary pistons | |
| WO2013077776A2 (en) | Six-stroke rotary engine and operating method thereof | |
| WO1998032959A1 (en) | Rotary-linear power device | |
| CN102588088A (en) | Thread rotor engine | |
| CN101205812A (en) | Four-piston cylinder engine | |
| RU2199672C2 (en) | Power plant | |
| RU2455509C2 (en) | Internal combustion engine | |
| RU22316U1 (en) | POWER INSTALLATION AND FREE PISTON ENGINE (OPTIONS) | |
| RU2240432C1 (en) | Internal combustion engine | |
| PL180814B1 (en) | Work performing machine in particular a cat-and-mouse engine | |
| RU2476698C1 (en) | Free-piston internal combustion engine | |
| RU2163973C1 (en) | Piston machine | |
| RU2787435C1 (en) | Free piston internal combustion engine | |
| RU2196237C1 (en) | Rodless internal combustion engine (versions) | |
| RU2167321C2 (en) | Axial internal combustion engine | |
| RU2160843C1 (en) | Axial internal combustion engine | |
| RU2374454C2 (en) | Design of piston machine and method of designing its working chamber for thermodynamic cycle | |
| RU2080453C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2206759C2 (en) | Double-rotor multichamber internal combustion engine | |
| AU621650B2 (en) | Radial cylinder machine | |
| RU2478794C2 (en) | Two-shaft piston engine with two-sided working strokes | |
| RU2134357C1 (en) | Rotary internal combustion engine | |
| RU2386815C2 (en) | Rotary engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050515 |