Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING MAGNETIC MOTION CONVERSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/088925
Kind Code:
A1
Abstract:
A two-stroke internal combustion engine having magnetic motion conversion, comprising a pair of magnetic converters (8) of reciprocating motion into rotary motion, each of which has a pair of rotors (4) rotating in opposite directions about the same axis, all synchronously moving pistons (9) and rods (3) being rigidly connected to one another, and at least two rotors (4) of different converters (8) being synchronized with one another, in which three cylinders (10, 11) are arranged on the same axis as the rotors (4) and rods (3) of the converters (8), and the compression stroke in the central cylinder (10) corresponds to the expansion stroke in the end cylinders (11). The engine is highly efficient as a result of: the absence of a lateral load from the pistons (9) on the walls of the cylinders (10, 11); the possibility of dispensing with liquid lubricant and piston rings; and the use of high degrees of compression. The engine can therefore be used in generator units, transport vehicles, and electrical power stations.

Inventors:
SUKHAREVSKIY, Vladimir Vladimirovich (Putevoy proezd, 40-2 kvartira, Moscow 0, 127410, RU)
Application Number:
RU2016/000779
Publication Date:
May 17, 2018
Filing Date:
November 14, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SUKHAREVSKIY, Vladimir Vladimirovich (Putevoy proezd, 40-2 kvartira, Moscow 0, 127410, RU)
International Classes:
F02B71/04; F01B11/00; H02K7/06
Foreign References:
FR2580362A11986-10-17
RU2195402C22002-12-27
RU2211932C12003-09-10
RU135729U12013-12-20
RU2293858C22007-02-20
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С МАГНИТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ДВИЖЕНИЯ, ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА, ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с магнитным преобразованием движения, имеющий пару магнитных преобразователей возвратно-поступательного движения во вращательное движение, каждый из которых имеет:

- пару роторов, вращающихся в противоположных направлениях вокруг одной оси, и не имеющих возможности перемещаться вдоль этой оси, с закрепленными на указанных роторах магнитами ротора,

- шток, движущийся возвратно-поступательно вдоль оси вращения ротора, с закрепленным на указанном штоке магнитом штока, с полюсами, обращенными к полюсам магнитов роторов,

- одноименные полюса магнитов роторов, обращенные к штокам, расположены вдоль замкнутых линий, имеющих в направлении оси вращения ротора локальный максимум и локальный минимум,

- форма и размеры указанных замкнутых линий таковы, что при достижении штоком верхней мертвой точки все полюса магнитов штока достигают максимумов указанных линий полюсов магнитов обоих роторов, а при достижении штоком нижней мертвой точки, все полюса магнитов штока достигают минимумов указанных линий полюсов магнитов обоих роторов,

- все поршни и штоки, движущиеся синхронно, жестко соединены, - по крайней мере, два ротора различных указанных преобразователей синхронизированы между собой,

отличающийся тем, что: - имеет три цилиндра, на одной оси со штоками и роторами указанных преобразователей,

- такт сжатия в центральном цилиндре соответствует такту расширения в крайних цилиндрах.

2. Двигатель по п.1 , у которого:

- синхронизация вращения роторов обеспечивается передачей с роторов на общий вал.

3. Двигатель по п.1-2, у которого:

- в центральном цилиндре бесклапанная прямоточная продувка, два встречно-движущихся поршня соединены каждый со штоком разных указанных преобразователей,

- в крайних цилиндрах по одному поршню, каждый из которых соединен со штоком разных указанных преобразователей, клапанно-щелевая или бесклапанная петлевая продувка.

4. Двигатель по п.1 -2, у которого:

- во всех цилиндрах по два встречно-движущихся поршня и прямоточная бесклапанная продувка,

- штоки преобразователей соединены каждый с одним поршнем крайнего цилиндра и с помощью штанг с движущимися с ними синхронно поршнями центрального цилиндра.

5. Двигатель по п. 3, у которого роль клапанов в крайних цилиндрах играет гильзовый газораспределительный механизм.

6. Двигатель по п. 3-4, у которого в центральном цилиндре смесь самовоспламеняется от сжатия, а в крайних цилиндрах поджигается искрой.

7. Двигатель по п. 4, у которого центральный цилиндр имеет вдвое большую площадь сечения, нежели крайние цилиндры.

8. Двигатель по пп. 1-7, у которого:

- боковая поверхность поршня или весь поршень изготовлен из графита, - цилиндры изготовлены из сплава с заданным коэффициентом температурного расширения, равным коэффициенту температурного расширения графита поршня в радиальном направлении.

9. Транспортное средство, использующее двигатель по пп. 1-8.

10. Генераторная установка, использующая двигатель по пп. 1-8.

11. Электростанция, использующая генераторную установку по п.10.

Description:
Описание изобретения

ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С МАГНИТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ДВИЖЕНИЯ

Область техники

Предложенное изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания, использующим их генераторным установкам, транспортным средствам и электростанциям. Может применяться в транспортном машиностроении, при выработке электроэнергии и других областях.

Уровень техники

Известен двухтактный двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с магнитным преобразованием движения, имеющий пару магнитных преобразователей возвратно-поступательного движения во вращательное движение [1]. Каждый преобразователь в [1] содержит вращающийся ротор и два штока, двигающихся возвратно-поступательно в противофазе.

Использование бесконтактного магнитного преобразователя возвратно- поступательного движения во вращательное движение позволяет, как показано в [2], использовать в двигателе на его основе высокие степени сжатия без негативных последствий для узлов и механизмов двигателя.

Однако, в конструкции [1] двигателя с магнитным преобразованием движения имеются следующие недостатки:

- штанги, соединяющие штоки, двигающиеся синхронно, из-за несовпадения осей цилиндров, создают изгибающую силу, действующую на штоки, которая приводит к повышенному трению и возможному заклиниванию штоков,

- магнитная сила, притягивающая магнит штока к магниту ротора в радиальном направлении, не скомпенсирована и передается на направляющие штоков,

- при изменениях температуры двигателя в процессе работы может нарушаться параллельность цилиндров, что также ведет к повышенному трению и возможному заклиниванию штоков и/или поршней.

Известен магнитный бесконтактный преобразователь возвратно- поступательного движения во вращательное движение [3], который содержит:

- пару роторов, вращающихся в противоположных направлениях вокруг одной оси, и не имеющих возможности перемещаться вдоль этой оси, с закрепленными на указанных роторах магнитами ротора,

- шток, движущийся возвратно-поступательно вдоль оси вращения ротора, с закрепленным на указанном штоке магнитом штока, с полюсами, обращенными к полюсам магнитов роторов,

- одноименные полюса магнитов роторов, обращенные к штокам, расположены вдоль замкнутых линий, имеющих в направлении оси вращения ротора локальный максимум и локальный минимум,

- форма и размеры указанных замкнутых линий таковы, что при достижении штоком верхней мертвой точки все полюса магнитов штока достигают максимумов указанных линий полюсов магнитов обоих роторов, а при достижении штоком нижней мертвой точки, все полюса магнитов штока достигают минимумов указанных линий полюсов магнитов обоих роторов.

Симметрия замкнутых линий полюсов магнитов роторов и полюсов штока относительно оси ротора приводит к компенсации вращающих моментов, вектор которых перпендикулярен оси ротора, и соответственно, приводит к уменьшению трения. Также, компенсируются силы магнитного натяжения в направлениях, перпендикулярных оси ротора, что также уменьшает трение в направляющих штока.

Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения заключается в создании двухтактного двигателя внутреннего сгорания с магнитным преобразованием движения.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с магнитным преобразованием движения, имеющий пару магнитных преобразователей возвратно-поступательного движения во вращательное движение, каждый из которых имеет:

- пару роторов, вращающихся в противоположных направлениях вокруг одной оси, и не имеющих возможности перемещаться вдоль этой оси, с закрепленными на указанных роторах магнитами ротора,

- шток, движущийся возвратно-поступательно вдоль оси вращения ротора, с закрепленным на указанном штоке магнитом штока, с полюсами, обращенными к полюсам магнитов роторов,

- одноименные полюса магнитов роторов, обращенные к штокам, расположены вдоль замкнутых линий, имеющих в направлении оси вращения ротора локальный максимум и локальный минимум,

- форма и размеры указанных замкнутых линий таковы, что при достижении штоком верхней мертвой точки все полюса магнитов штока достигают максимумов указанных линий полюсов магнитов обоих роторов, а при достижении штоком нижней мертвой точки, все полюса магнитов штока достигают минимумов указанных линий полюсов магнитов обоих роторов, - все поршни и штоки, движущиеся синхронно, жестко соединены,

- по крайней мере, два ротора различных указанных преобразователей синхронизированы между собой,

отличающийся тем, что:

- имеет три цилиндра, на одной оси со штоками и роторами указанных преобразователей,

- такт сжатия в центральном цилиндре соответствует такту расширения в крайних цилиндрах.

Расположение всех цилиндров на одной оси с роторами и штоками устраняет изгибающие силы в двигателе.

Синхронизация, по крайней мере двух роторов различных преобразователей дает синхронизацию встречно-движущихся поршней, что необходимо для нормальной работы двигателя.

Синхронизация вращения роторов в одном направлении может обеспечиваться, например, ремённой или шестеренчатой или цепной передачей с роторов на общий вал.

Раскрытое выше изобретение может быть изготовлено в различных модификациях.

Модификация 1. Раскрытый выше двигатель, у которого:

- в центральном цилиндре прямоточная бесклапанная продувка и два встречно-движущихся поршня соединены каждый со штоком разных указанных преобразователей,

- в крайних цилиндрах по одному поршню, каждый из которых соединен со штоком разных указанных преобразователей, клапанно-щелевая либо бесклапанная петлевая продувка.

Модификация 2. Раскрытый выше двигатель, у которого:

- во всех цилиндрах по два встречно-движущихся поршня и бесклапанная прямоточная продувка, - штоки преобразователей соединены каждый с одним поршнем крайнего цилиндра и с помощью штанг с движущимися с ними синхронно поршнями центрального цилиндра.

В двигателе по Модификации 1 роль клапанов в крайних цилиндрах может играть гильзовый газораспределительный механизм.

Топливовоздушная смесь в цилиндрах может самовоспламеняться, либо поджигаться искрой. Например, в двигателе по Модификации 1 в центральном цилиндре - самовоспламенение, в крайних цилиндрах - воспламенение искрой.

В двигателе по Модификации 2 центральный цилиндр преимущественно имеет вдвое большую площадь сечения, нежели крайние цилиндры, а в двигателе по Модификации 1 площади сечения всех цилиндров преимущественно одинаковы. Вращающий момент выходного вала в таком случае более равномерный.

Боковая поверхность поршня или весь поршень может быть изготовлен из графита, а цилиндры изготовлены из сплава с заданным коэффициентом температурного расширения, равным коэффициенту температурного расширения графита поршня в радиальном направлении, т.е. в направлении от оси цилиндра к стенкам цилиндра.

Указанный двигатель используется в транспортном средстве, и/или генераторной установке, которая в свою очередь используется в транспортном средстве или для выработки электроэнергии на электростанции .

Генераторная установка, использующая предложенный двигатель, может использовать в качестве электрогенератора, например, синхронную электрическую машину.

Транспортное средство, использующее двигатель с преобразователями по настоящему изобретению или генераторную установку, использующую двигатель по настоящему изобретению, может быть воздушным, водным, сухопутным.

В автомобиле двигатель с предложенным преобразователем благодаря его вытянутой форме можно устанавливать в центральном тоннеле кузова и использовать, например, в составе генераторной установки.

Двигатель, генераторная установка и электростанция, по настоящему изобретению, может использовать различное жидкое или газообразное топливо, преимущественно углеводородное. Краткое описание чертежей

ФИГ.1 Простейший преобразователь по [3] с роторами 4 с магнитами роторов 1 , полюса магнитов роторов 7, обращенные к штоку 3 расположены вдоль линии 5, имеющей один минимум и один максимум в направлении осей штоков 3. Показаны линии 5 по верхнему краю магнитных полюсов 7, с минимумом и максимумом по оси Z, параллельной осям штоков 3 и роторов 4. Магнит штока 2 расположен в средней части штока 3, полюса магнитов штока 6 обращены к полюсам магнитов ротора 7.

ФИГ.2 Вариант изготовления магнитов ротора 1, набираемых из магнитных пластин, с полюсами 7 направленными к оси ротора 4.

ФИГ.З Вариант изготовления ротора 4 с наборным магнитом ротора 1.

ФИГ.4 Вариант изготовления штока 3 с магнитами 2 с полюсами 6.

ФИГ.5 Схема работы магнитной системы преобразователя, шток 3 с магнитами 2 движется возвратно-поступательно, магниты 1 различных роторов вращаются в противоположных направлениях.

ФИГ.6 Схема двигателя по Модификации 1. Двигатель включает два преобразователя 8 возвратно-поступательного движения во вращательное, поршни 9, центральный цилиндр 10, крайние цилиндры 1 1 с клапанами 12. Продувка осуществляется через продувочные окна 13 или клапана 12, выпуск - через выпускные окна 14. Роторы 4 каждого преобразователя 10 вращаются в противоположные стороны. Два ротора 4, вращающихся в одну сторону, ремённой передачей 15 соединены с выходным валом 16.

ФИГ.7 Внутренняя часть варианта изготовления трехцилиндрового двигателя с противоположным движением поршней 9 по Модификации 2. Движущиеся синхронно штоки 3 с поршнями 9 жестко соединены штангами 17. Показана магнитная система преобразователей 8, с замыкающими магнитопроводами ротора 18.

ФИГ.8 Один из возможных вариантов изготовления трехцилиндрового двигателя, с корпусом в виде полого каркаса 19 соединенного с впускными коллекторами 20. Корпуса 21 подшипников роторов соединены с коллекторами 20. На цилиндрах 10, 1 1 установлены выпускные коллекторы 22. Вспомогательные системы двигателя, такие как стартер, продувочный компрессор, форсунки, система управления впрыском, не показаны.

Осуществление изобретения.

На Фиг. 6 представлена схема предложенного двигателя по Модификации 1.

Для пуска двигателя желательно придать валу отбора мощности 16 начальное вращение в необходимом направлении, на тот случай, если штоки 3 находятся в мертвых точках и направление движения роторов 4 при начале их движения не определено. Пуск можно осуществлять подачей сжатого воздуха компрессором попеременно в центральный цилиндр 10 и крайние цилиндры 11 , либо путем вращения выходного вала 16 стартером (на фиг.6- 8 стартер и компрессор не показаны)

Во время хода поршней 9, роторы 4 под действием магнитной силы взаимодействия магнитов штоков 2 и магнитов роторов 1 вращаются. Корпус, топливная система, продувочный компрессор на Фиг.6 не показаны. Изображенный на Фиг.6 вариант двигателя (Модификация 1) наглядно демонстрирует принцип работы предлагаемого двигателя, имеет высокую эффективность, но использует петлевую или клапанно-щелевую продувку. Наличие клапанов 12 предполагает наличие системы газораспределения (на Фиг. 6 не показана), например, электронной, что существенно удорожает конструкцию. При петлевой продувке клапана 12 отсутствуют, а часть выпускных окон 14 в крайних цилиндрах используются как продувочные.

На Фиг.7 показана внутренняя часть трехцилиндрового двигателя с противоположным движением поршней 9 и бесклапанной продувкой всех цилиндров (Модификация 2). Синхронизация движения поршней 9 осуществляется жестко соединенными с поршнями 9 штангами 17. Направляющими штоков 3 являются стенки цилиндров 10, 11 (цилиндры на Фиг.7 не показаны).

Поршни 9 крайних цилиндров 11 жестко соединены с штоками 3 преобразователей 8, состоящих из наборных магнитов 1 роторов 4 (роторы не показаны на Фиг.7), замыкающих магнитопроводов 18, штоков 3 и магнитов 2 штоков. Магнитопроводы 18 повышают эффективность магнитной системы и устраняют помехи для электронных устройств.

При работе по двухтактному циклу необходимо, чтобы в крайних цилиндрах 11 такт расширения происходил одновременно, при этом в центральном цилиндре 10 будет происходить сжатие воздуха или топливо- воздушной смеси.

На Фиг. 8 показан трехцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания с двумя магнитными преобразователями возвратно- поступательного движения во вращательное с противоположно вращающимися роторами 4, синхронизированными ремёнными передачами 15 с двумя валами 16. На цилиндрах 10, 1 1 установлены выпускные коллекторы 22, впускные коллекторы 20. Впускные коллекторы крайних цилиндров соединены с корпусами 21 подшипников роторов и полым корпусом двигателя 19. Полость корпуса 19 используется в качестве продувочного ресивера, продувка осуществляется от компрессора (на Фиг. 8 не показан).

Регулировка мощности производится регулировкой количества топлива, подаваемого в цилиндры 10,11 через форсунки (на Фиг.8 не показаны), путем изменения как продолжительности впрыска, так и количеством задействованных форсунок.

Удары поршней 9 друг о друга исключаются благодаря плоской форме поршней 9 и наличию тормозящей прослойки между ними из топливо- воздушной смеси или воздуха.

Цилиндры двигателя 10, 1 1 разгружены от боковых усилий, поэтому нет необходимости в жидкой смазке. При этом боковая поверхность поршня 9 или весь поршень 9 для снижения трения может быть изготовлен, например, из графита.

При использовании графитовых поршней 9 и цилиндров 10, 11 из сплава с заданным коэффициентом температурного расширения, равным коэффициенту температурного расширения графита поршня в радиальном направлении, можно отказаться от поршневых колец. Зазор между поршнями 9 и стенками цилиндров 10, 1 1 будет минимально возможным и постоянным, и при высоких частотах колебаний поршня 9 практически исключит утечки.

Охлаждение цилиндров 10, 11 может быть воздушным или жидкостным (система охлаждения на Фиг.6-8 не показана).

Высокая эффективность двигателя достигается благодаря отсутствию боковой нагрузки поршней 9 на стенки цилиндров 10, 11, возможности отказаться от жидкой смазки и поршневых колец, а также использованию высоких степеней сжатия. Наилучший вариант выполнения изобретения

Наилучшим вариантом предлагаемого двигателя, является Модификация 1, изображенная схематично на Фиг.6, т.к. в ней можно максимально облегчить движущиеся возвратно-поступательно массы за счет переноса растягивающих сил с соединительных штанг 17 на корпус двигателя 19 (корпус на фиг. 6 не показан). Таким образом, можно повысить частоту колебаний поршня 9 и, соответственно, увеличить удельную мощность двигателя.

Наилучшими вариантами генераторной установки и транспортного средства будут, соответственно, генераторная установка и транспортное средство на основе Модификации 1 двигателя, а наилучший вариант электростанции - на основе наилучшего варианта генераторной установки. Промышленная применимость

В работе [2] построена математическая модель двигателя, аналогичного по рабочему процессу с предлагаемым двигателем. Расчет показал, что двигатель работоспособен и обладает высоким КПД. Литература и ссылки

1. Заявка PCT/RU2014/000825 от 29.10.14, публикация WO/2016/068744 от 06.05.16

2. Сухаревский В. В. Кинематика и динамика двигателя внутреннего

сгорания с магнитным преобразователем возвратно-поступательного движения во вращательное // Современные научные исследования и инновации. 2016 2 [Электронный ресурс]. URL:

http://web.snauka.ru/issues/2016/02/64331 (дата обращения: 25.05.2016)

3. Патент Франции FR2580362 от 10.04.85