RU99072U1

RU99072U1 - TWO STROKE FREE PISTON ENGINE

Info

Publication number: RU99072U1
Application number: RU2010128154/06U
Authority: RU
Inventors: Константин Анатольевич Романчев
Original assignee: Константин Анатольевич Романчев
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2010-11-10

Abstract

Двухтактный свободнопоршневой двигатель, содержащий цилиндр, поршни, насосные камеры, включающие компрессорные полости с впускным и выпускным устройством, снабженным управляемым приводом для открывания и закрывания, гидроаккумуляторы с управляемым клапаном, связанным с датчиком давления, отличающийся тем, что поршни в цилиндре расположены соосно-оппозитно, кроме того, в цилиндре выполнены окна подачи воздуха и выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, окна выхлопа и окна подачи воздуха управляются по команде датчика положения поршня, датчика давления гидрожидкости в гидроаккумуляторе и давлением гидрожидкости в гидромагистрале, насосные камеры расположены со стороны штоков поршней соответственно, впускные и выпускные устройства выполнены в виде вращающихся заслонок с отверстиями, кроме того, двигатель дополнительно снабжен устройством догрузки-разгрузки и устройством контроля положения поршней. Two-stroke free-piston engine containing a cylinder, pistons, pump chambers, including compressor cavities with an inlet and an outlet device equipped with a controlled drive for opening and closing, hydraulic accumulators with a controlled valve associated with a pressure sensor, characterized in that the pistons in the cylinder are coaxially opposed In addition, in the cylinder there are air and exhaust windows, spaced relative to the transverse axis of the cylinder, exhaust windows and air supply windows are controlled by a sensor command the position of the piston, the hydraulic fluid pressure sensor in the accumulator and the hydraulic fluid pressure in the hydraulic line, the pump chambers are located on the side of the piston rods, respectively, the intake and exhaust devices are made in the form of rotating dampers with holes, in addition, the engine is additionally equipped with a loading and unloading device and a piston position monitoring device .

Description

Полезная модель относится к двигателям и может быть использована для малогабаритных устройств, осуществляющих бесступенчатое регулирование производительности во всем диапазоне нагрузок.The utility model relates to engines and can be used for small-sized devices that provide stepless performance control over the entire load range.

Известно двигательно-насосное устройство (двигатель внутреннего сгорания с гидропередачей), содержащее двигательную часть, выполненную в виде оппозитно расположенных соосных силовых цилиндров с установленными в них жестко связанными поршнями, и насосную часть, выполненную в виде гидроцилиндров с размещенными в них плунжерами, жестко связанными с поршнями, причем силовые цилиндры и гидроцилиндры установлены параллельно (патент США №3995427, Кл. 55-595, 1976 г.).A motor-pumping device (internal combustion engine with hydraulic transmission) is known, comprising a motor part made in the form of opposed coaxial power cylinders with rigidly connected pistons installed in them, and a pump part made in the form of hydraulic cylinders with plungers placed in them, rigidly connected with pistons, and the power cylinders and hydraulic cylinders are installed in parallel (US patent No. 3995427, CL. 55-595, 1976).

Данное устройство является недостаточно компактным и имеет большие габариты.This device is not compact enough and has large dimensions.

Известно двигательно-насосное устройство, содержащее двигательную часть, выполненную в виде силовых цилиндров с двигательными поршнями, жестко связанными между собой штоком, и насосную часть, включающую компрессорные полости с впускными и выпускными клапанами и поршнем, связанным со штоком двигательных поршней, отличающееся тем, что насосная часть выполнена в виде гидроцилиндра, установленного соосно с силовым цилиндром, с компрессорными полостями, образованными внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и торцевыми поверхностями поршня, закрепленного на штоке, причем впускные клапаны снабжены управляемым приводом для открывания (патент РФ №RU 2039879, МПК⁶ F02B 71/0,1995)A motor-pumping device is known comprising a motor part made in the form of power cylinders with motor pistons rigidly connected to each other by a rod, and a pump part including compressor cavities with inlet and outlet valves and a piston connected to a motor piston rod, characterized in that the pump part is made in the form of a hydraulic cylinder mounted coaxially with the power cylinder, with compressor cavities formed by the inner surface of the cylinder body and the end surfaces and a piston fixed to the rod, wherein the inlet valves are provided with a controlled drive opening (RF Patent №RU 2039879, IPC ⁶ F02B 71 / 0.1995)

Недостатками данной конструкции является то, что движение поршней происходит одновременно в одном направлении, что приводит к дополнительным ударным нагрузкам, вибрации, двигатель может работать только на малых оборотах.The disadvantages of this design is that the movement of the pistons occurs simultaneously in one direction, which leads to additional shock loads, vibration, the engine can only work at low speeds.

Была поставлена задача, создать конструкцию двигателя, в котором при работе не возникали бы ударные нагрузки и вибрация.The task was to create an engine design in which during operation shock loads and vibration would not occur.

Поставленная задача решается тем, что в двухтактном свободнопоршневом двигателе, содержащем цилиндр, поршни, насосные камеры, включающие компрессорные полости с впускным и выпускным устройством, снабженным управляемым приводом для открывания и закрывания, гидроаккумуляторы с управляемым клапаном, связанным с датчиком давления, поршни в цилиндре расположены соосно-оппозитно, кроме того, в цилиндре выполнены окна подачи воздуха и выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, окна выхлопа и окна подачи воздуха управляются по команде датчика положения поршня, датчика давления гидрожидкости в гидромагистрали, насосные камеры расположены со стороны штоков поршней, соответственно, впускные и выпускные устройства выполнены в виде вращающихся заслонок с отверстиями, кроме того, двигатель дополнительно снабжен устройством догрузки разгрузки и устройством контроля положения поршней.The problem is solved in that in a two-stroke free piston engine containing a cylinder, pistons, pump chambers, including compressor cavities with an inlet and an outlet device equipped with a controlled drive for opening and closing, accumulators with a controlled valve associated with a pressure sensor, the pistons in the cylinder coaxially opposed, in addition, in the cylinder there are air and exhaust windows, spaced relative to the transverse axis of the cylinder, the exhaust and air windows are controlled by about the command of the piston position sensor, the hydraulic fluid pressure sensor in the hydraulic line, the pump chambers are located on the side of the piston rods, respectively, the intake and exhaust devices are made in the form of rotating shutters with holes, in addition, the engine is additionally equipped with an unloading reloading device and a piston position monitoring device.

Новыми признаками является то, что поршни в цилиндре расположены соосно-оппозитно, кроме того, в цилиндре выполнены окна подачи воздуха и выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, окна выхлопа управляется по команде датчика положения поршня, а окна подачи воздуха управляются изменением давления гидрожидкости в гидромагистрали и от датчика давления, насосные камеры расположены со стороны штоков поршней, соответственно, впускные и выпускные устройства выполнены в виде вращающихся заслонок с отверстиями, кроме того, двигатель дополнительно снабжен устройством догрузки разгрузки и устройством контроля положения поршней.New features are that the pistons in the cylinder are coaxially opposed, in addition, the cylinder has air and exhaust windows spaced relative to the transverse axis of the cylinder, the exhaust windows are controlled by a piston position sensor, and the air windows are controlled by changing the fluid pressure hydraulic lines and from the pressure sensor, pump chambers are located on the side of the piston rods, respectively, the inlet and outlet devices are made in the form of rotating dampers with holes, in addition, The company is additionally equipped with a device for loading unloading and a device for monitoring the position of the pistons.

Расположение поршней соосно-оппозитно позволяет им двигаться одновременно навстречу друг другу и наоборот гася собственную инерцию, выполнение впускных и выпускных устройств в виде вращающихся заслонок с отверстиями позволяет исключить ударное воздействие и обеспечивает бесшумность работы и уменьшение сопротивления при открытии, а расположение окон в противоположных основаниях цилиндра, т.е. вне камеры сгорания исключает воздействие на них высоких температур и давления, связь выпускного управляемого клапана с датчиком положения поршня позволяет улучшить процесс газообмена. Устройство догрузки разгрузки, устраняет возможный дисбаланс в ходе поршней в результате воздействия различных факторов. Все перечисленные признаки позволяют сделать работу двигателя значительно экономичней, эффективней, сохраняя при этом небольшие габариты.The arrangement of the pistons coaxially opposite allows them to move simultaneously towards each other and vice versa, quenching their own inertia, the implementation of inlet and outlet devices in the form of rotating dampers with holes eliminates impact and ensures noiseless operation and reduced resistance when opening, and the location of the windows in opposite bases of the cylinder , i.e. Outside the combustion chamber, it eliminates the effect of high temperatures and pressure on them; the connection of the exhaust controlled valve with the piston position sensor improves the gas exchange process. The load unloading device eliminates a possible imbalance during the pistons as a result of various factors. All of these signs allow you to make the engine much more economical, more efficient, while maintaining small dimensions.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.The drawing schematically shows the proposed device.

На чертеже изображен двухтактный свободнопоршневой двигатель, содержащий цилиндр 1 с поршнями 2, насосные камеры 3, расположенные слева и справа от цилиндра 1 со стороны штоков 4 поршней 2 соответственно, включающие компрессорные полости с впускным и выпускным устройством, выполненным в виде вращающихся заслонок и снабженным управляемым гидроприводом 5 для открывания и закрывания, гидроаккумуляторы 6 и 7 с управляемой заслонкой 8. Заслонка 8 управляется гидроприводом 5 связанным с датчиком давления 9. Датчик давления 9, в зависимости от порога срабатывания, подает команду на открытие заслонки 8, а закрывается заслонка 8 в зависимости от давления в гидромагистрали. Поршни 2 в цилиндре 1 расположены соосно-оппозитно. В цилиндре 1 выполнены окна подачи воздуха и окна для выхлопа, разнесенные относительно поперечной оси цилиндра, открываемые и закрываемые по команде датчика положения поршней 10 и датчика давления 9, вращающимися заслонками с отверстиями 11 и 12, связанными с гидроприводом 5. При прямом вращении управляются заслонки 8 и 11, а при обратном - выпускная заслонка 12.The drawing shows a two-stroke free-piston engine containing a cylinder 1 with pistons 2, pump chambers 3 located to the left and right of the cylinder 1 from the side of the rods 4 of the pistons 2, respectively, including compressor cavities with an inlet and an outlet device made in the form of rotating shutters and equipped with a controllable hydraulic actuator 5 for opening and closing, hydraulic accumulators 6 and 7 with a controlled flap 8. The valve 8 is controlled by a hydraulic actuator 5 connected to a pressure sensor 9. Pressure sensor 9, depending on the threshold actuation, gives a command to open the shutter 8, and closes the shutter 8, depending on the pressure in the hydraulic line. Pistons 2 in cylinder 1 are located coaxially opposite. In the cylinder 1 there are made air supply windows and exhaust windows, spaced relative to the transverse axis of the cylinder, opened and closed by the command of the position sensor of the pistons 10 and the pressure sensor 9, by rotating dampers with holes 11 and 12 associated with the hydraulic actuator 5. During direct rotation, the dampers are controlled 8 and 11, and on the contrary - exhaust flap 12.

Устройство контроля 13 положения поршней 2 в нижней мертвой точке (НМТ) связано с датчиком давления 9, устройством 14 догрузки разгрузки поршней, датчиками положения поршня 10, расходным баком гидрожидкости 15. Гидроаккумуляторы 6 и 7 служат для обеспечения циркуляции гидрожидкости за счет разности давления через гидромагистраль, а так же для разгона поршней при обратном ходе по команде от датчика давления 9, торможения поршней 2 при рабочем ходе в НМТ.The control device 13 of the position of the pistons 2 at the bottom dead center (BDC) is connected to a pressure sensor 9, a device 14 for loading piston unloading, sensors for the position of the piston 10, a flow tank of hydraulic fluid 15. Hydraulic accumulators 6 and 7 are used to ensure circulation of the hydraulic fluid due to the pressure difference through the hydraulic line , as well as for the acceleration of the pistons during the reverse stroke at the command of the pressure sensor 9, the braking of the pistons 2 during the working stroke in the BDC.

Устройство контроля положения поршней 13 обеспечивает одновременное положение поршней в нижней мертвой точке при недопустимых протечках гидрожидкости в насосную камеру 3 из гидроаккумуляторов 6 и 7, а также пополняет объем гидрожидкости, находящейся в гидросистеме, до расчетного, из расходного бака 15. Обеспечивает возможность использования различного топлива, работая по алгоритму для каждого вида топлива в совокупности с датчиком давления 9 изменяя его порог срабатывания, а так же управляя устройством 14 догрузки разгрузки, устраняет возможный дисбаланс в ходе поршней в результате воздействия различных факторов, сохраняет одновременное положение поршней в НМТ, управляя датчиком 9.The device for controlling the position of the pistons 13 ensures the simultaneous position of the pistons in the bottom dead center with unacceptable hydraulic fluid leaks into the pump chamber 3 from the hydraulic accumulators 6 and 7, and also replenishes the volume of the hydraulic fluid in the hydraulic system to the calculated one from the supply tank 15. Provides the possibility of using various fuels , working according to the algorithm for each type of fuel in conjunction with a pressure sensor 9 changing its response threshold, as well as controlling the device 14 of the unloading of unloading, eliminates ozhny imbalance in the piston as a result of various factors, maintains simultaneous piston at BDC position controlling sensor 9.

Двигатель работает следующим образом:The engine operates as follows:

В гидроаккумуляторах 6 и 7 имеется необходимое давление гидрожидкости. Поршни 2 находятся в нижней мертвой точке. В цилиндре 1 в пространстве между поршнями 2 находится воздух. Срабатывает датчик давления 9. Гидропривод 5, осуществляя вращение на заданный угол, открывает вращающиеся заслонки 8 гидроаккумулятора 6 и заслонки в дне цилиндра 11, соответственно, и закрывает заслонки в стенках цилиндра 11. В компрессорную полость поступает воздух, вследствие движения поршней, в результате воздействия давления гидрожидкости на штоки 4 в насосных камерах 3. Т.к. насосных камер две и они расположены с двух сторон от цилиндра 1, то происходит одновременное воздействие на поршни 2 и они начинают движение навстречу друг другу, сжимая воздух или топливно-воздушную смесь (способ подачи топлива не рассматривается, так как здесь приемлем любой способ так же как и метод воспламенения топливно-воздушной смеси), которая находится в полости цилиндра 1. Одновременно через открытые окна в дне цилиндра поступает воздух, заполняя вакуум в цилиндре 1 при ходе поршней 2 в верхнюю мертвую точку. В определенный момент происходит воспламенение, торможение поршней и начало их разгона, растет давление в гидромагистрали, срабатывает гидропривод 5 (прямое вращение) закрывая заслонку 8 в гидроаккумуляторе 6 и окна в дне цилиндра заслонкой 11, открывая окна в стенках цилиндра заслонкой 11. Происходит движение поршней в обратном направлении, гидрожидкость вытесняется штоками 4 из насосной камеры 3 в гидроаккумулятор 7 через обратный клапан. По команде датчика положения поршней 10 срабатывает гидропривод 5 (обратное вращение), открывая заслонкой 12 выпускные окна, происходит выхлоп, также телом поршня открываются окна в стенках цилиндра 1, воздух заполняет пространство цилиндра между поршнями 2. Гидропривод 5. продолжая обратное вращение на заданный угол, закрывает окно выхлопа заслонкой 12. Время открытия и закрытия окон выхлопа всегда неизменно. Дальнейшее движение поршней 2 происходит по инерции до нижней мертвой точки. Поршни находятся в покое на время, которое зависит от скорости падения давления гидрожидкости в гидроккумуляторе 7 до порога срабатывания датчика 9, затем весь процесс возобновляется. Возможность использования различного топлива обеспечивается изменением давления порога срабатывания датчика давления 9 и соответствия давления на момент срабатывания в гидроаккумуляторе 6, для этого включается в работу устройство 13 контроля положения поршней.The accumulators 6 and 7 have the necessary fluid pressure. Pistons 2 are at bottom dead center. In the cylinder 1 in the space between the pistons 2 is air. The pressure sensor 9 is activated. The hydraulic actuator 5, rotating by a predetermined angle, opens the rotating shutters 8 of the accumulator 6 and the shutters in the bottom of the cylinder 11, respectively, and closes the shutters in the walls of the cylinder 11. Air enters the compressor cavity due to the movement of the pistons as a result of the action hydraulic fluid pressure on the rods 4 in the pump chambers 3. Since there are two pump chambers and they are located on both sides of the cylinder 1, then the pistons 2 are simultaneously exposed and they begin to move towards each other, compressing the air or the fuel-air mixture (the method of supplying fuel is not considered, since any method is also acceptable here as well as the ignition method of the fuel-air mixture), which is located in the cavity of cylinder 1. At the same time, air enters through the open windows in the bottom of the cylinder, filling the vacuum in cylinder 1 during the course of the pistons 2 to top dead center. At a certain moment, ignition occurs, the pistons slow down and acceleration begins, pressure in the hydraulic line increases, hydraulic actuator 5 (direct rotation) operates, closing the valve 8 in the accumulator 6 and the windows in the bottom of the cylinder with the valve 11, opening the windows in the cylinder walls with the valve 11. The pistons move in the opposite direction, the hydraulic fluid is displaced by the rods 4 from the pump chamber 3 into the accumulator 7 through a check valve. At the command of the piston position sensor 10, the hydraulic actuator 5 (reverse rotation) is triggered, opening the exhaust windows by the shutter 12, the exhaust occurs, the windows in the cylinder walls 1 also open with the piston body, air fills the space of the cylinder between the pistons 2. The hydraulic actuator 5. continuing the reverse rotation by a predetermined angle closes the exhaust window with a shutter 12. The opening and closing times of the exhaust windows are always the same. Further movement of the pistons 2 occurs by inertia to the bottom dead center. The pistons are at rest for a time, which depends on the rate of pressure drop of the hydraulic fluid in the accumulator 7 to the threshold of the sensor 9, then the whole process resumes. The possibility of using various fuels is provided by changing the pressure of the response threshold of the pressure sensor 9 and the correspondence of pressure at the moment of actuation in the accumulator 6, for this the piston position monitoring device 13 is turned on.

Компактное расположение насосных камер с компрессорными полостям, гидроаккумуляторов и цилиндра, а также соосно-оппозитное расположение поршней в цилиндре, наличие в цилиндре окон подачи воздуха и выпускных окон, служащих для впуска и выхлопа, управляемых впускным и выпускным устройством, выполненным в виде вращающихся заслонок с отверстиями и наличие устройства контроля положения поршней позволяет создать конструкцию двигателя с высоким КПД, в котором при работе исключаются ударные нагрузки и вибрация.A compact arrangement of pump chambers with compressor cavities, hydraulic accumulators and a cylinder, as well as a coaxially opposed arrangement of pistons in the cylinder, the presence of air supply and exhaust windows in the cylinder, which serve for intake and exhaust, controlled by an intake and exhaust device made in the form of rotating shutters with holes and the presence of a device for controlling the position of the pistons allows you to create a design of the engine with high efficiency, in which shock loads and vibration are excluded during operation.

Таким образом, техническое решение осуществлено, поставленная задача решена.Thus, the technical solution is implemented, the task is solved.

Двухтактный свободнопоршневой двигатель может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использование современных технологий и материалов.Two-stroke free piston engine can be manufactured on standard equipment using modern technologies and materials.

Claims

Two-stroke free piston engine containing a cylinder, pistons, pump chambers, including compressor cavities with an inlet and an outlet device equipped with a controlled drive for opening and closing, hydraulic accumulators with a controlled valve associated with a pressure sensor, characterized in that the pistons in the cylinder are coaxially opposed in addition, in the cylinder there are air and exhaust windows, spaced relative to the transverse axis of the cylinder, exhaust windows and air supply windows are controlled by a sensor command the position of the piston, the hydraulic fluid pressure sensor in the accumulator and the hydraulic fluid pressure in the hydraulic line, the pump chambers are located on the side of the piston rods, respectively, the intake and exhaust devices are made in the form of rotating dampers with holes, in addition, the engine is additionally equipped with a loading and unloading device and a piston position monitoring device .