RU98482U1

RU98482U1 - TWO-STROKE HYDROTURBINE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU98482U1
Application number: RU2010122103/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Арсентьевич Четкарёв; Александр Александрович Четкарёв
Original assignee: Александр Арсентьевич Четкарёв
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2010-10-20

Abstract

1. Двухтактный гидротурбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с гидротурбиной, один или несколько цилиндров с поршнями, жестко соединенными штоком между собой, отличающийся тем, что цилиндр двигателя состоит из двух камер: рабочей камеры и насосной камеры, при этом двигатель выполнен с пневматическим приводом системы газораспределения и изменяемым объемом рабочей камеры, а также регулируемой степенью сжатия. ! 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что верхняя камера цилиндра с поршнем выполнены из термостойкого материала, например керамики. 1. Two-stroke hydraulic turbine internal combustion engine comprising a housing with a hydraulic turbine, one or more cylinders with pistons rigidly connected by a rod to each other, characterized in that the cylinder of the engine consists of two chambers: a working chamber and a pump chamber, while the engine is made with a pneumatic drive gas distribution systems and a variable volume of the working chamber, as well as an adjustable compression ratio. ! 2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the upper chamber of the cylinder with a piston is made of heat-resistant material, such as ceramic.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к гидротурбинным двигателям, и предназначена для широкого использования во всех устройствах, приводимых в движение или выполняющих другую работу с помощью двигателя внутреннего сгорания, в частности в машинах и механизмах, а также в бытовых и промышленных установках.The utility model relates to the field of engineering, in particular to turbine engines, and is intended for widespread use in all devices that are driven or perform other work using an internal combustion engine, in particular in machines and mechanisms, as well as in domestic and industrial installations.

Известны различные конструкции гидротурбинных двигателей внутреннего сгорания, использующие энергию сгоревшего в цилиндрах горючего, преобразующие возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах во вращательное движение рабочего вала с помощью бесшатунного силового механизма.There are various designs of hydraulic turbine internal combustion engines that use the energy of fuel burned in the cylinders, converting the reciprocating motion of the pistons in the cylinders into the rotational movement of the working shaft using a rodless mechanism.

Известен двухтактный свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания (RU патент 2013602, F02B 71/04, 1991 г.), содержащий корпус с оппозитными цилиндрами и размещенными в них поршнями, снабженный турбинами, магистралями и клапанами, управляющими потоком рабочего тела.Known two-stroke free piston internal combustion engine (RU patent 2013602, F02B 71/04, 1991), comprising a housing with opposed cylinders and placed in them pistons, equipped with turbines, highways and valves that control the flow of the working fluid.

К недостаткам известного двигателя относятся сложность конструкции оппозитных цилиндров, двух турбин, что усложняет конструкцию двигателя, снижает надежность в процессе эксплуатации, отсутствует возможность изменять в двигателе рабочий объем цилиндра и степень сжатия.The disadvantages of the known engine include the complexity of the design of the opposed cylinders, two turbines, which complicates the design of the engine, reduces reliability during operation, it is not possible to change the cylinder displacement and compression ratio in the engine.

Известен, принятый за прототип, двигатель внутреннего сгорания (SU авторское свидетельство, 11278, F02G/02, 1929 г.), состоящий из поршневого бесшатунного ДВС, турбины приводимой во вращение жидкостью, перегоняемой назад и вперед поршнями, при этом ДВС содержит две пары поршней расположенных в цилиндрах, образующих камеры сгорания и каждая пара поршней на общем штоке имеет третий поршень, приводящий в движение рабочее тело (жидкость).Famous, adopted for the prototype, is an internal combustion engine (SU copyright certificate, 11278, F02G / 02, 1929), consisting of a piston rodless internal combustion engine, a turbine driven into rotation by a fluid driven back and forth by pistons, while the internal combustion engine contains two pairs of pistons located in the cylinders, forming a combustion chamber and each pair of pistons on a common rod has a third piston, which drives the working fluid (liquid).

К недостатку известного двигателя следует отнести достаточно высокую сложность конструкции камер сгорания, наличие трех поршней, что значительно усложняет конструкцию двигателя в целом и снижает надежность в процессе эксплуатации, а также невозможно изменять рабочий объем цилиндра и степень сжатия.The disadvantage of the known engine is the rather high complexity of the design of the combustion chambers, the presence of three pistons, which greatly complicates the design of the engine as a whole and reduces reliability during operation, and it is also impossible to change the working volume of the cylinder and the compression ratio.

Задачей полезной модели является упрощение конструкций гидротурбинного двигателя, разработка пневматического привода системы газораспределения и системы изменяемого рабочего объема цилиндра и степени сжатия, что значительно повышает надежность двигателя, увеличивает его долговечность и улучшает эксплуатационные характеристики двигателя.The objective of the utility model is to simplify the design of a hydraulic turbine engine, to develop a pneumatic drive for a gas distribution system and a variable cylinder displacement system and compression ratio, which significantly increases engine reliability, increases its durability and improves engine performance.

Поставленная задача достигается тем, что двухтактный гидротурбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с гидротурбиной, один или несколько цилиндров с поршнями, жестко соединенными штоком между собой, при этом цилиндр двигателя состоит из двух камер: рабочей камеры и насосной камеры, при этом двигатель выполнен с пневматическим приводом системы газораспределения и изменяемым объемом рабочей камеры, а также регулируемой степенью сжатия, а верхняя камера цилиндра с поршнем выполнены из термостойкого материала, например, керамики.The problem is achieved in that the two-stroke hydraulic turbine internal combustion engine contains a housing with a hydraulic turbine, one or more cylinders with pistons rigidly connected by a rod to each other, while the cylinder of the engine consists of two chambers: a working chamber and a pump chamber, while the engine is made with pneumatic a gas distribution system drive and a variable volume of the working chamber, as well as an adjustable compression ratio, and the upper chamber of the cylinder with a piston is made of heat-resistant material, for example, ker Amiki.

Заявляемая конструкция двухтактного гидротурбинного двигателя внутреннего сгорания проста в изготовлении, надежна в работе, отличается от аналогов и прототипа отсутствием системы смазки и системы охлаждения, а также наличием системы регулировки степени сжатия в рабочей камере.The inventive design of a two-stroke hydraulic turbine internal combustion engine is simple to manufacture, reliable in operation, differs from analogues and prototype in the absence of a lubrication system and cooling system, as well as the presence of a compression ratio adjustment system in the working chamber.

На чертеже показан заявляемый двухтактный гидротурбинный двигатель в разрезе.The drawing shows the inventive two-stroke hydraulic turbine engine in section.

Двигатель состоит из цилиндра 1, содержащего две камеры 2, 3 с поршнями 4, 5 и пневматической системой газораспределения. Пневматическая система газораспределения состоит из воздуховодов 6, 7 с клапанами для наддува воздуха 8, 9 в рабочую камеру 2, клапанами забора атмосферного воздуха 10, воздуховодов с поршнями 11, 12 и клапанами для подачи топлива 13 и отвода отработавших газов 14. Верхняя рабочая камера 2 изготавливается из термостойкого материала (керамики, стекла или металлокерамики). В рабочей камере 2 совершает возвратно-поступательные движения поршень 4, жестко соединенный штоком 15 с поршнем 5 в насосной камере 3. Камеры 2, 3 отделены уплотнительным устройством 16, (например сальником). Верхний поршень 4 изготавливается наборным с чередованием частей из жаростойкого материала (стекла, керамики и т.д.) и термостойкой прокладки большей по размеру, при этом края прокладки служат уплотнителем в цилиндре. Количеством чередующихся слоев поршня достигается необходимая плотность в цилиндре. Нижний поршень 5 в насосной камере 3 изготавливается из полимерных материалов с уплотнительными кольцами. Насосная камера 3 изготавливается совместно с корпусом двигателя 17, изготовление которого возможно из полимерных материалов. В корпусе 17 на подшипниках 18 установлена крыльчатка гидротурбины 19, при этом подшипники 18 закрыты сальниками от протечек 20. Корпус заполнен рабочим телом (незамерзающей жидкостью). Корпус также выполнен совместно с каналом подачи жидкости 21 к следующему цилиндру или цилиндрам в зависимости от конструкции двигателя. На корпусе двигателя и соединенным с ним канале установлен резервный бак 22. За счет перекачки рабочего тела в резервный бак 22 увеличивается рабочий объем насосной камеры 3, тем самым, увеличивая рабочий ход поршня и давления рабочего тела на крыльчатку гидротурбины. Регулировка степени сжатия осуществляется за счет изменения верхнего уровня рабочего тела.The engine consists of a cylinder 1, containing two chambers 2, 3 with pistons 4, 5 and a pneumatic gas distribution system. The pneumatic gas distribution system consists of air ducts 6, 7 with valves for pressurizing air 8, 9 into the working chamber 2, air intake valves 10, air ducts with pistons 11, 12 and valves for supplying fuel 13 and exhaust gas 14. The upper working chamber 2 made of heat-resistant material (ceramics, glass or cermets). In the working chamber 2, the piston 4 is reciprocating, rigidly connected by the rod 15 to the piston 5 in the pump chamber 3. The chambers 2, 3 are separated by a sealing device 16 (for example, an oil seal). The upper piston 4 is made inlaid with alternating parts from a heat-resistant material (glass, ceramics, etc.) and a heat-resistant gasket larger in size, while the edges of the gasket serve as a seal in the cylinder. The number of alternating layers of the piston achieves the required density in the cylinder. The lower piston 5 in the pump chamber 3 is made of polymer materials with o-rings. The pump chamber 3 is manufactured in conjunction with the motor housing 17, the manufacture of which is possible from polymeric materials. In the housing 17, the impellers of the hydraulic turbine 19 are installed on the bearings 18, while the bearings 18 are sealed against leaks 20. The housing is filled with a working fluid (non-freezing liquid). The housing is also made in conjunction with the fluid supply channel 21 to the next cylinder or cylinders, depending on the design of the engine. A backup tank 22 is installed on the engine casing and the channel connected to it. By pumping the working fluid into the backup tank 22, the working volume of the pump chamber 3 is increased, thereby increasing the piston stroke and the pressure of the working fluid on the turbine impeller. The compression ratio is adjusted by changing the upper level of the working fluid.

Работа предлагаемого гидротурбинного двигателя происходит следующим образом.The work of the proposed hydraulic turbine engine is as follows.

Пуск двигателя производится сжатым воздухом, подаваемым в надпоршневое пространство рабочей камеры 2. Давление сжатого воздуха, действуя на поршень 4 рабочей камеры 2, заставляет его двигаться вниз. Воздействуя на рабочее тело (незамерзающую жидкость) через соединительный шток 15, нижний поршень насосной камеры 5, перемещаясь, вращает лопасти гидротурбины 19. Одновременно рабочее тело по передающему каналу 21 поступает в следующий цилиндр (или цилиндры, в зависимости от конструкции двигателя), где поворачивает лопасти гидротурбины и давит на нижний поршень 5 насосной камеры 3 другого цилиндра. Поступательное движение через шток передается на поршень рабочей камеры, который совершает такт сжатия. Одновременно сжимаемый воздух в насосной камере поступает в воздуховод 12, действует на поршень, который оказывает воздействие на клапанный механизм и открывает подачу топлива в рабочую камеру. Также воздух поступает в воздуховод 7, в котором через клапан поступает как наддув в рабочую камеру 2. Возрастающее давление воздуха закрывает клапан забора атмосферного воздуха 10. При дальнейшем движении поршня вверх воздуховоды перекрываются поршнем, прерывая подачу топлива и наддува в рабочую камеру. В рабочей камере 2 цилиндра 1 в подпоршневом пространстве создается разряженный воздух, который открывает клапан забора атмосферного воздуха 10. Далее происходит сжатие топливной смеси, воспламенение и рабочий ход поршня. В подпоршневом пространстве рабочей камеры возрастает давление воздуха, закрывая клапан забора атмосферного воздуха 10. В воздуховоде 11 поступающий воздух воздействует на поршень, который через клапанный механизм открывает выпускной клапан 14. Воздух, двигаясь через воздуховод 7, через клапанный механизм поступает в рабочую камеру 2, где осуществляет продувку камеры от выхлопных газов. Далее процессы повторяются, и двигатель работает по замкнутому циклу. Изменяя длину резьбового штока 15, производится регулировка степени сжатия рабочей камеры 2.The engine is started with compressed air supplied to the over-piston space of the working chamber 2. The compressed air pressure acting on the piston 4 of the working chamber 2 makes it move down. Acting on the working fluid (non-freezing fluid) through the connecting rod 15, the lower piston of the pump chamber 5, moving, rotates the blades of the hydraulic turbine 19. At the same time, the working fluid enters the next cylinder (or cylinders, depending on the engine design) through the transfer channel 21, where it turns turbine blades and presses on the lower piston 5 of the pump chamber 3 of another cylinder. The translational movement through the rod is transmitted to the piston of the working chamber, which performs a compression stroke. At the same time, the compressed air in the pump chamber enters the duct 12, acts on the piston, which affects the valve mechanism and opens the fuel supply to the working chamber. Also, air enters the air duct 7, in which through the valve it enters as a pressurization into the working chamber 2. The increasing air pressure closes the atmospheric air intake valve 10. With a further upward movement of the piston, the air ducts are blocked by the piston, interrupting the supply of fuel and boost to the working chamber. Discharged air is created in the working chamber 2 of the cylinder 1 in the sub-piston space, which opens the atmospheric air intake valve 10. Then, the fuel mixture is compressed, ignited, and the piston travels. In the under-piston space of the working chamber, the air pressure increases, closing the atmospheric air intake valve 10. In the duct 11, the incoming air acts on the piston, which opens the exhaust valve through the valve mechanism 14. Air moving through the duct 7, through the valve mechanism enters the working chamber 2, where it purges the chamber from exhaust gases. Further, the processes are repeated, and the engine operates in a closed cycle. By changing the length of the threaded rod 15, the compression ratio of the working chamber 2 is adjusted.

При разогреве двигателя возможно чередование подачи топлива с подачей воды в рабочую камеру. Вода, нагреваясь, превращается в пар. Пар, расширяясь, давит на поршень 4, который через поршень 5 воздействует на рабочее тело, заставляя вращаться крыльчатку турбины.When the engine warms up, it is possible to alternate the fuel supply with the water supply to the working chamber. Water, heating, turns into steam. The steam, expanding, presses on the piston 4, which through the piston 5 acts on the working fluid, forcing the impeller of the turbine to rotate.

Заявляемый двигатель работает без вибрации, экономичен, может работать на любом виде топлива с чередованием подачи воды, обладает уменьшенной шумностью работы, не требует использования маховика, двигатель возможно изготовить методом штамповки из легких и недорогих материалов.The inventive engine operates without vibration, is economical, can operate on any type of fuel with alternating water supply, has a reduced noise level, does not require the use of a flywheel, the engine can be manufactured by stamping from light and inexpensive materials.

Claims

1. Two-stroke hydraulic turbine internal combustion engine comprising a housing with a hydraulic turbine, one or more cylinders with pistons rigidly connected by a rod to each other, characterized in that the cylinder of the engine consists of two chambers: a working chamber and a pump chamber, while the engine is made with a pneumatic drive gas distribution systems and a variable volume of the working chamber, as well as an adjustable compression ratio.

2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the upper chamber of the cylinder with a piston is made of heat-resistant material, such as ceramic.