Двигатель внутреннего сгорания с гидроприводом (двухтактный)

 

Использование: энергетика и транспорт. Сущность изобретения: в схему двигателя внутреннего сгорания с гидравлической передачей энергии включена гидродинамическая труба с встроенной в нее рабочей турбиной, снабженной гребными винтами, вращающими выходной вал отбора мощности. В гидродинамической трубе посредством исполнительных турбин создается циркулирующий поток рабочей жидкости. Последний взаимодействует с потоком жидкости, циркулирующей по цилиндрам силовых гидронососов двигателя. Результатом такого взаимодействия является возможность отказа от использования обратных клапанов в гидравлической схеме и повышение быстроходности рабочей турбины. 3 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве двигателя для различных транспортных средств и механизмов.

Известные двигатели внутреннего сгорания с гидравлическим приводом обладают сравнительно невысокой работоспособностью и удельной мощностью.

Это происходит потому, что у этих двигателей в системах гидроприводов имеется большое количество трубопроводов с обратными клапанами, которые, увеличивая излишнее гидравлическое сопротивление, снижают мощность и эффективность работы двигателей.

Невысокая удельная мощность таких двигателей обусловлена также небольшими скоростями вращения рабочих турбин гидроприводов.

Отрицательное влияние на работоспособность двигателей внутреннего сгорания с гидравлическим приводом оказывают такие недостатки, как наличие подтекания рабочей жидкости через зазоры в компрессионных элементах цилиндро-поршневых групп в камеры сгорания во время простоев двигателей после их остановов, что может привести к гидроударам при повторном запуске этих двигателей и их поломкам.

Вышеизложенные недостатки двигателей внутреннего сгорания с гидроприводами ограничивают их использование в технике.

Известны также технические решения, в которых стабильность и надежность работы двигателя внутреннего сгорания с гидравлическим приводом, являющегося прототипом предложенного двигателя, увеличивается за счет использования гидромоторов, связанных между собой общим валом, при этом каждый цилиндр двигателя снабжен насосом-форсункой с исполнительной плунжерной парой, где каждая гидравлическая полость гильзы связана каналом с исполнительной плунжерной парой насоса-форсунки одного из цилиндров и с плунжерной парой выпускных клапанов другого цилиндра одной пары, а полости гильзы сообщены между собой перепускным каналом с гидроаккумулятором, причем напорная и сливная магистрали каждого гидромотора сообщены между собой перепускной магистралью с регулирующим органом.

Это повышает стабильность и надежность работы двигателя, но не повышает его удельную мощность и не устраняет недостатков, присущих всем известным двигателям внутреннего сгорания с гидроприводом.

Целью настоящего изобретения является существенное увеличение удельной мощности двигателя с обеспечением надежности его работы.

Эта цель достигается с помощью встроенного в гидропривод механизма, позволяющего увеличить скорость вращения рабочей турбины гидропривода, и устранения обратных клапанов из герметично замкнутой системы гидропривода. При этом поток рабочей жидкости, образуемый гидронасосами силовых блоков двигателя, движется в одном направлении через гидродинамическую трубу, в которой встроена рабочая турбина гидропривода. В гидродинамической трубе двигателя при помощи гребных винтов исполнительных турбин происходит ускорение движения потока рабочей жидкости по замкнутому внутреннему контуру этой трубы, приводящего во вращение рабочую турбину гидропривода, которая в свою очередь ускоряет собственное вращение в гидродинамическом потоке при помощи встроенных в нее движителей, снабженных гребными винтами и приводимых во вращение с помощью механизмов двигателя.

На фиг.1 схематично изображен двигатель внутреннего сгорания с гидроприводом; на фиг.2-6 сечение исполнительных механизмов.

Двигатель имеет, как минимум, два силовых блока, каждый из которых имеет цилиндр 1, поршень 2, головку цилиндра 3, свечи зажигания 4, образующие цилиндро-поршневую группу силового блока с камерой сгорания.

Цилиндр 1 снабжен карбюратором 5. Поршень 2 соединен с плунжером 6 посредством штока 7, проходящего сквозь поворотный стакан 8 и корпус цилиндра гидронасоса 9, упирающегося консольным концом в плечо двуплечей качалки 10.

Поворотный стакан 8 снабжен торцовыми дисками 11.

Цилиндр гидронасоса 9 также имеет торцовые диски 12.

Шток 7 проходит непосредственно сквозь диски 11 поворотного стакана 8 и диски 12 цилиндра гидронасоса 9.

Между торцовыми дисками 11 поворотного стакана 8 и торцовыми дисками 12 цилиндра гидронасоса 9 посредством их сопряжения между собой образуются компенсирующие полости 13 и гидродинамические пазы 14, изображенные на фиг.3, 5. Каждый торцовый диск 12 цилиндра гидронасоса 9 имеет отверстие малого сечения 15, проходящее от поверхности, составляющей сторону компенсирующей полости 13, к поверхности, составляющей сторону гидродинамического паза 14, сквозь тело диска.

Поворотный стакан 8 закреплен в корпусе цилиндра гидронасоса 9 с помощью шариков 16 и имеет в нем свободное вращение в пределах ограничений, образованных сопряжениями торцовых дисков 11 и 12.

Юбка поворотного стакана 8 и цилиндр гидронасоса 9 имеют совместную систему сообщающихся 17, сливных 18 и напорных 19 отверстий, соединенных с гидроприводом. (Соединение системы отверстий с гидроприводом не показано).

Шток 7 имеет две проточки 20, предназначенные для перетекания рабочей жидкости из подплунжерного и надплунжерного пространства цилиндра гидронасоса 9 в гидродинамические пазы 14 при соответствующем верхнем или нижнем положении плунжера 6 в поворотном стакане 8 с последующим истечением в сливные отверстия малого сечения 21.

На фиг. 2 изображено продольное сечение гидродинамической трубы 22, которая встроена в двигатель.

Основными рабочими органами гидродинамической трубы 22 являются рабочая турбина 23 двигателя с выходным валом 24 отбора мощности, имеющая гребные винты 25 движителя 26, приводимые в движение посредством редуктора 27, а также исполнительные турбины 28 с гребными винтами 29 и направляющими лопатками 30.

Механическая часть двигателя, изображенная на фиг.1, имеет сектор 31, передающий вращение коленчатому валу 32 через коленчатый вал 33 и шатун 34, идущие от двуплечей качалки 10.

С коленчатым валом 32 соединен династартер-генератор постоянного тока 35 и магнето зажигания 36.

Коленчатый вал 32 через муфту сцепления 37 соединен с осью 38, которая через зубчатое колесо 39 и шестерню 40 передает момент вращения коленчатого вала 32 осям исполнительных турбин 28, а зубчатое колесо 41 через шестерню 42 передает момент коленчатого вала 32 редуктору 27, приводящему во вращение гребные винты 25 движителя 26 рабочей турбины 23.

Двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом работает следующим образом.

Запуск двигателя осуществляется с помощью династартера-генератора постоянного тока 35, раскручивающего коленчатый вал 32 при выключенной муфте сцепления 37. Вращение коленчатого вала 32 через шатун 34, коленчатый вал 33 и сектор 31 преобразуется в возвратно-поступательное движение двуплечей качалки 10, которая перемещает через штоки 7 поршни 2 в цилиндрах 1. При этом происходит перемещение плунжеров 6 в поворотных стаканах 8 и свободное перетекание рабочей жидкости из одного силового блока в другой через гидродинамическую трубу 22, осуществляемое под действием плунжеров 6. Работа силовых блоков двигателя осуществляется синхронно по отношению друг к другу. В каждом из силовых блоков возвратно-поступательное движение поршня 2 в цилиндре 1 через карбюратор 5 обеспечивает засасывание топливной смеси в камеры сгорания, где она воспламеняется свечами зажигания 4 при положении поршня в верхней мертвой точке своего положения. После воспламенения топливной смеси поршень 2, перемещаясь к нижней мертвой точке своего положения в цилиндре 1 под действием давления газов сгоревшей топливной смеси, через шток 7 передает усилие газов на плунжер 6, который, перемещаясь вниз, выталкивает рабочую жидкость из поворотного стакана 8.

Рабочая жидкость из поворотного стакана 8 одного силового блока через сливное отверстие 18 перетекает в напорный канал 43 гидродинамической трубы 22, пополняя расход рабочей жидкости в ней, и, пройдя по внутреннему каналу гидродинамической трубы 22 через сливной канал 44, сообщающийся с напорным отверстием 19 другого силового блока, перетекает в подплунжерное пространство поворотного стакана 8 другого силового блока, обеспечивая в нем перемещение плунжера 6 вверх.

Перетекание рабочей жидкости из надплунжерного пространства поворотного стакана 8 одного силового блока в надплунжерное пространство поворотного стакана 8 другого силового блока происходит по прямому трубопроводному сообщению (не показано) через сообщающиеся отверстия 17 цилиндров гидронасосов 9 обоих силовых блоков.

После запуска двигателя муфта сцепления 37 включается.

При перемещении плунжера 6 к нижней мертвой точке в определенном нижнем положении плунжера 6 в поворотном стакане 8 происходит перекрытие сливного отверстия 18 в стенке поворотного стакана 8 юбкой плунжера 6. При дальнейшем перемещении плунжера 6 к нижней мертвой точке своего положения в поворотном стакане 8 происходит его торможение, образованное истечением рабочей жидкости через проточку 20 в штоке 7 в гидродинамический паз 14 между нижним торцовым диском 11 поворотного стакана 8 и нижним торцовым диском 12 цилиндра гидронасоса 9 с последующим истечением в сливное отверстие малого сечения 21. Под действием гидростатического давления рабочей жидкости на стенки гидростатического паза 14 происходит перемещение стенки этого паза, образованной боковой стороной проточки торцового диска 11 поворотного стакана 8 с соответствующим поворотом этого стакана внутри цилиндра гидронасоса 9 на оси штока 7. Поворот стакана 8 происходит до того момента, пока перемещающаяся стенка гидродинамического паза 14 не достигнет сливного отверстия малого сечения 21 в цилиндре гидронасоса 9, а стенка компенсирующей полости 13, являющаяся боковой стороной проточки в поверхности торцового диска 11 поворотного стакана 8, не соприкоснется с другой стенкой этой полости, являющейся боковой стороной проточки в поверхности торцового диска 12 цилиндра гидронасоса 9.

Рабочая жидкость, находившаяся в компенсирующей полости 13, при повороте стакана 8 через отверстие малого сечения 15 в торцовом диске 12 цилиндра гидронасоса перетекает в расширяющийся гидродинамический паз 14.

При завершении поворота стакана 8 в цилиндре гидронасоса 9 сливное отверстие 18 поворотного стакана 8 перекрывается стенкой цилиндра гидронасоса 9 (см. фиг.6), а напорное отверстие 19 этого стакана совмещается с отверстием сливного канала 44 гидродинамической трубы 22.

Наполнение подплунжерного пространства поворотного стакана 8 рабочей жидкостью в начале движения плунжера 6 из верхней или нижней мертвой точки обеспечивается системой отверстий в юбке плунжера 6 и в юбке поворотного стакана 8 (не показано).

Положение поворотного стакана 8 относительно цилиндра гидронасоса 9 не меняется до достижения плунжером 6 верхней или нижней мертвой точки своего положения в поворотном стакане 8.

При движении плунжера 6 в верхней зоне поворотного стакана 8 к верхней мертвой точке происходит обратный процесс поворота стакана 8 в цилиндре гидронасоса 9, осуществляемый в противоположную сторону при участии в этом процессе верхнего торцового диска 11 поворотного стакана 8 и верхнего торцового диска 12 цилиндра гидронасоса 9.

В этом случае происходит перекрытие напорного отверстия 19 поворотного стакана 8 стенкой цилиндра гидронасоса 9 и совмещение сливного отверстия 18 поворотного стакана 8 с отверстием напорного канала 43 гидродинамической трубы 22, как показано на фиг.4.

Рабочая жидкость, перемещаясь по внутреннему контуру гидродинамической трубы 22 от напорного канала 43 к сливному каналу 44 этой трубы, расходует только объем поступающей рабочей жидкости из подплунжерных пространств поворотных стаканов 8 цилиндров гидронасосов 9 работающих в этот момент силовых блоков.

Постоянная часть объема рабочей жидкости циркулирует в гидродинамической трубе 22 по замкнутому контуру, приводя во вращение рабочую турбину 23.

Исполнительные турбины 28 вращением гребных винтов 29 ускоряют движение циркулирующего потока рабочей жидкости внутри гидродинамической трубы 22, раскручивая этот поток по замкнутому контуру с определенной скоростью, обеспечивая тем самым ускоренное вращение рабочей турбины 23, рабочие органы которой находятся в этом потоке. Направляющие лопатки 30 спрямляют поток рабочей жидкости, повышая эффективность использования его движения.

Гребные винты 25 движителей 26 рабочей турбины 23 двигателя, вращаясь, еще больше ускоряют ее вращение в гидродинамической трубе 22, потому что скорость поступательного движения рабочих органов рабочей турбины 22 относительно скорости движения циркулирующего потока рабочей жидкости будет иметь большее значение, чем значение скорости движения циркулирующего потока рабочей жидкости в гидродинамической трубе 22.

Этим обеспечивается необходимая скорость вращения рабочей турбины 23 двигателя для достижения повышения удельной мощности двигателя внутреннего сгорания с гидравлическим приводом.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГИДРОПРИВОДОМ (ДВУХТАКТНЫЙ), содержащий рабочие цилиндры, поршни, штоки, плунжеры и гидроцилиндры, образующие два одинаковых гидросиловых блока с камерами сгорания, к которым присоединен гидропривод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидродинамическую трубу с встроенной в нее рабочей турбиной.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что его гидроцилиндры снабжены поворотными стаканами, которые совместно с сопрягаемыми гидроцилиндрами содержат гидростатические каналы и компенсационные полости для автоматического управления потоком рабочей жидкости, образованные между боковыми сторонами проточек в торцевых дисках гидроцилиндров и поворотных стаканов, причем поворотные стаканы и сопрягаемые с ними гидроцилиндры имеют совместную систему сливных и напорных отверстий, соединенных трубопроводами с гидроприводом.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что гидродинамическая труба снабжена исполнительными турбинами, которые соединены с механическим приводом двигателя и имеют гребные винты и направляющие лопатки.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что его рабочая турбина снабжена движителями, которые соединены с механическим приводом двигателя и имеют гребные винты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6