Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
FREE-PISTON ENGINE/HYDRAULIC PUMP OPERATING METHOD AND FREE-PISTON ENGINE/HYDRAULIC PUMP (EMBODIMENTS)
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/075737
Kind Code:
A1
Abstract:
At the centre of this group of inventions is a method for operating a free-piston engine/hydraulic pump with at least one working volume (1), according to which the engine is started by supplying to the working mechanisms, for example a hydraulic engine (10), a hydraulic fluid held under pressure in at least one reserve volume (9), after which the fluid is injected into a hydraulic part of the working volume (1) and a piston (4) moves independently in each working volume (1) until a set fluid level is reached, whereupon an exhaust valve (3) is closed and the hydraulic fluid is displaced back to the reserve volume (9) and subsequently supplied to the working mechanisms as the piston (4) moves in the reverse direction, the exhaust valve (3) being opened once a given minimum fluid content in the working volume is reached and when the pressure has decreased to a set level, after which the hydraulic fluid is again injected into the working volume (1) to the set maximum level and the cycle is repeated. Also disclosed are two free-piston engines/hydraulic pumps, one of which operates by igniting fuel in the upper part of a working volume (1), and the other of which operates by supplying gases to the upper part of a working volume (1), said gases being held under pressure in a gas pressurizing source (24).

Inventors:
HORSHKOV SERGII PETROVYCH (UA)
Application Number:
PCT/UA2022/000013
Publication Date:
May 04, 2023
Filing Date:
March 24, 2022
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HORSHKOV SERGII PETROVYCH (UA)
International Classes:
F02B71/04; F02B71/00
Foreign References:
US3560115A1971-02-02
GB1511423A1978-05-17
RU2050449C11995-12-20
CN100419214C2008-09-17
CN101372913A2009-02-25
UA92483U2014-08-26
US4205638A1980-06-03
JPH07279683A1995-10-27
FR2585769A11987-02-06
DE102007029347A12008-06-05
US3119230A1964-01-28
GB1511423A1978-05-17
US3560115A1971-02-02
RU2379531C12010-01-20
UA92483C22010-11-10
RU173896U12017-09-18
RU2105174C11998-02-20
Other References:
P.A. SHELEST: "Bezvalnyye generatory gasov", M..: MASHGIZ, 1960, pages 302 - 305
Attorney, Agent or Firm:
SOKLAKOV, Anton Aleksandrovich (UA)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, как минимум с одной рабочей емкостью с впускным и выпускным клапанами, через которые перетекают воздух и отработанные газы, входным и выходным гидравлическими клапанами и свободным поршнем, включает осуществление пуска работы двигателя-гидронасоса, нагнетание гидравлической жидкости, которая приводит в движение свободный поршень, закрытие выпускного клапана, пуск рабочего процесса в рабочей емкости, закрытие впускного клапана, возникновение в рабочей емкости давления газов, давление газов на свободный поршень, осуществление движения поршня в обратном направлении, открытие выпускного и открытие впускного клапана, отличающийся тем, что пуск работы двигателя-гидронасоса осуществляют путем подачи к рабочим механизмам гидравлической жидкости, которая находится под давлением как минимум в одной накопительной емкости и которую, после осуществления работы, нагнетают в гидравлическую часть рабочей емкости, при этом движение поршня осуществляют независимо в каждой отдельной рабочей емкости до момента достижения заданного уровня жидкости, после достижения которого, закрывают выпускной клапан, кроме этого, при движении поршня в обратном направлении, гидравлическую жидкость вытесняют обратно в накопительную емкость и подают в рабочие механизмы, а открытие выпускного клапана осуществляют после достижения определенного минимального содержания жидкости в рабочей емкости и в момент снижения давления до заданного уровня, что приводит к снижению давления в рабочей емкости й гидравлическую жидкость снова нагнетают в рабочую емкость до заданного максимального уровня и выполняют повторение цикла.

2. Свободнопоршневой двигатель-гидронасос, содержащий по меньшей мере одну рабочую емкость с впускным и выпускным клапанами, свободным поршнем, системой впрыска и зажигания, входным и выходным гидравлическими клапанами, трубопровод, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одну накопительную емкость с гидравлической жидкостью, которая под давлением поступает к рабочим механизмам, редуктор, запорно-регулирующий клапан, турбокомпрессор, входной и выходной воздушные каналы, кроме этого, свободный поршень разделяет рабочую емкость на газовую и гидравлическую части изменяемого объема, а выпускной клапан содержит выступ, контакт пуска, элемент регулирования и устройство компенсации давления, которое соединено каналом с рабочей емкостью.

3. Свободнопоршневой двигатель-гидронасос, содержащий по меньшей мере одну рабочую емкость с впускным и выпускным клапанами, свободным поршнем и входным и выходным гидравлическими клапанами, трубопровод, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одну накопительную емкость с гидравлической жидкостью, которая под давлением поступает к рабочим механизмам, редуктор, запорно-регулирующий клапан, выходной воздушный канал и входной воздушный канал, который соединен с источником давления газов, причем рабочая емкость оснащена датчиками контроля максимального и минимального содержания жидкости, а свободный поршень разделяет рабочую емкость на газовую и гидравлическую части изменяемого объема, кроме этого, впускной и выпускной клапаны оснащены элементами регулировки.

ИЗМЕНЁННАЯ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ получена Международным бюро 20 октября 2022 (20.10.2022)

1. Способ пуска и работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, как минимум с одной рабочей емкостью, с впускным и выпускным клапанами, через которые перетекают воздух и отработанные газы, входным и выходным гидравлическими клапанами и свободным поршнем, включает осуществление пуска работы двигателя-гидронасоса, нагнетание гидравлической жидкости, которая приводит в движение свободный поршень, закрытие выпускного клапана, пуск рабочего процесса в рабочей емкости, закрытие впускного клапана, возникновение в рабочей емкости давления газов, давление газов на свободный поршень, осуществление движения поршня в обратном направлении, открытие выпускного клапана и открытие впускного клапана, отличающийся тем, что пуск работы двигателя- гидронасоса осуществляют путем подачи к гидравлическим механизмам гидравлической жидкости, которая находится под давлением как минимум в одной накопительной емкости высокого давления, после чего осуществляется пуск двигателя-гидронасоса благодаря нагнетанию этой гидравлической жидкости, которая уже исполнила полезную работу, в гидравлическую часть рабочей емкости двигателя-гидронасоса, что приведет к движению свободного поршня в рабочей емкости с открытым выпускным клапаном, до установленного максимального уровня гидравлической жидкости, после чего осуществляется закрытие выпускного клапана и пуск рабочего процесса в рабочей емкости, кроме этого, при движении поршня в обратном направлении, гидравлическую жидкость вытесняют снова в накопительную емкость высокого давления и подают в гидравлические механизмы, а открытие выпускного клапана осуществляют после достижения заданного минимального содержания жидкости в рабочей емкости или в момент снижения давления до заданного уровня, что приводит к сбрасыванию давления в рабочей емкости и гидравлическую жидкость снова нагнетают в рабочую емкость до заданного максимального уровня и выполняют

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19) повторение цикла.

2. Свободнопоршневой двигатель-гидронасос, содержащий по меньшей мере одну рабочую емкость с впускным и выпускным клапанами, свободным поршнем, системой впрыска и зажигания, входным и выходным гидравлическими клапанами, трубопровод, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одну накопительную емкость высокого давления, редуктор, запорно-регулирующий клапан, турбокомпрессор, входной и выходной воздушные каналы, кроме этого, свободный поршень разделяет рабочую емкость на газовую и гидравлическую части изменяемого объема, а выпускной клапан содержит выступ, контакт пуска, элемент регулирования и устройство компенсации давления, которое соединено каналом с рабочей емкостью.

3. Свободнопоршневой двигатель-гидронасос, содержащий по меньшей мере одну рабочую емкость с впускным и выпускным клапанами, свободным поршнем и входным и выходным гидравлическими клапанами, трубопровод, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одну накопительную емкость высокого давления и накопительную емкость низкого давления, редуктор, запорно-регулирующий клапан, выходной воздушный канал и входной воздушный канал, который соединен с источником давления газов, причем рабочая емкость оснащена датчиками давления или контроля максимального и минимального содержания жидкости, а свободный поршень разделяет рабочую емкость на газовую и гидравлическую части изменяемого объема, кроме этого, впускной и выпускной клапаны оснащены элементами регулировки.

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19)

Description:
Способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса и свободнопоршневой двигатель-гидронасос (варианты)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в силовых установках транспортных средств, таких как катера, корабли, легковые и грузовые автомобили, автобусы, самолеты и прочее, а также в мобильных и стационарных устройствах, производящих энергию и/или осуществляющих работу (бензогенераторы, компрессоры, насосы и ДР-)-

Известный способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса (патент № RU 2379531 от 20.01.2010), согласно которому наполняют воздухом рабочую емкость, содержащую два противоположно движущихся поршня, осуществляют сжатие воздуха этими поршнями, после чего, впрыскивают топливо и происходит горение смеси с последующим её расширением. В известном способе перемещение поршней осуществляют смещенными между собой на определенный угол поворота коленчатого вала, а начало горения выполняют при определенном заданном положении поршней. Таким образом, данный способ имеет сложную систему регулирования и синхронизацию движения поршней.

Важным условием надежного функционирования свободнопоршневого двигателя является синхронное движение поршней на протяжении всего рабочего цикла.

Известный способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса (П.А. Шелест "Безвальные генераторы газов", М.: Машгиз, 1960, с.302-305), согласно которому синхронизацию движения поршней реализуют механическим способом, таким как, рычажные или шестернева-рейковые механизмы. Эти механизмы соединяют поршни таким образом, что когда один из них движется в одну сторону в рабочей емкости, другой движется в противоположную. Основной недостаток механического способа синхронизации движения поршней является его сложность, наличие существенной массы синхронизатора и потери энергии на его привод, что отрицательно сказывается на мощности двигателя.

Наиболее близким к заявленному способу является способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса (патент № UA 92483 от 26.08.2014), который выбран в качестве прототипа. Известный способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, состоящего из четырех рабочих емкостей, каждая из которых содержит свободный поршень, впускной и выпускной клапаны, входной и выходной гидравлические клапаны, включает осуществление пуска работы двигателя-гидронасоса с помощью подключения пускового устройства, нагнетание гидравлической жидкости, которая приводит в движение свободный поршень, закрытие выпускного клапана, пуск рабочего процесса в рабочей емкости, закрытие впускного клапана, возникновение в рабочей емкости давления газов, давление газов на свободный поршень, осуществление движения поршня в обратном направлении, открытие выпускного и открытие впускного клапана, работа которых осуществляется с помощью распределительного вала.

В известном способе осуществление пуска работы двигателя- гидронасоса происходит с помощью дополнительной пусковой системы, которая имеет сложную конфигурацию и требует большого количества дополнительного оборудования. Это значительно усложняет пуск и работу двигателя. При этом, работа двигателя не зависит от гидравлических механизмов. Кроме того, способ, выбранный за прототип, включает принудительную регулировку движения поршней и их синхронизацию на протяжении всей работы двигателя. Такая синхронизация движения поршней реализована путем того, что свободные поршни соединены попарно гидравлическим соединением. Таким образом, данный способ имеет сложную систему пуска работы двигателя и требует наличия системы регулирования и синхронизации движения свободных поршней в течение всего рабочего цикла.

В основу изобретения поставлена задача упрощения пуска работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса и исключение процесса регулирования и синхронизации движения свободных поршней.

Поставленная задача изобретения решена способом работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, что патентуется. Способ работы свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, как минимум с одной рабочей емкостью с впускным и выпускным клапанами, через которые перетекают воздух и отработанные газы, входным и выходным гидравлическими клапанами и свободным поршнем, включает осуществление пуска работы двигателя-гидронасоса, нагнетание гидравлической жидкости, которая приводит в движение свободный поршень, закрытие выпускного клапана, пуск рабочего процесса в рабочей емкости, закрытие впускного клапана, возникновение в рабочей емкости давления газов, давление газов на свободный поршень, осуществление движения поршня в обратном направлении, открытие выпускного и открытие впускного клапана. При этом, пуск работы двигателя-гидронасоса осуществляют путем подачи к рабочим механизмам гидравлической жидкости, находящейся под давлением в как минимум одной накопительной емкости и которую, после осуществления работы, нагнетают в гидравлическую часть рабочей емкости. Причем, движение поршня осуществляют независимо в каждой отдельной рабочей емкости до момента достижения заданного уровня жидкости, после достижения которого, закрывают выпускной клапан. Кроме этого, при движении поршня в обратном направлении, гидравлическую жидкость вытесняют обратно в накопительную емкость и подают к рабочим механизмам, а открытие выпускного клапана осуществляют после достижения определенного минимального содержания жидкости в рабочей емкости и в момент снижения давления до заданного уровня, что приводит к снижению давления в рабочей емкости и гидравлическую жидкость снова нагнетают в рабочую емкость до заданного максимального уровня и выполняют повторение цикла.

Упрощение пуска работы двигателя, в способе, что патентуется, происходит за счет того, что пуск начинают благодаря наличию гидравлической жидкости в накопительной емкости, которая поступает в рабочие механизмы и приводит в движение свободный поршень, заполняет рабочую емкость до её максимального уровня, а при осуществлении рабочего процесса в рабочей емкости и с помощью последовательной регулировки работы впускного и выпускного клапанов, снова возвращается в накопительную емкость и цикл работы повторяется. Таким образом, запуск рабочего процесса в каждой отдельной рабочей емкости зависит от максимального заполнения гидравлической жидкостью этой емкости. Кроме того, в заявляемом способе, каждый поршень работает независимо в своей рабочей емкости и не связан с работой других поршней в других рабочих емкостях. Таким образом, в предлагаемом способе отпадает необходимость в регулировке и синхронизации движения поршней.

Известный свободнопоршневой двигатель-гидронасос (патент № RU 173896 от 18.09.2017) содержит рабочую емкость со свободным поршнем, который жестко соединен штоком с плунжером, что размещен в рабочей камере с гидравлической жидкостью. При этом, свободный поршень разделяет рабочую емкость на две части, в одной из которых размещены форсунки для впрыска топлива. Кроме того, известный свободнопоршневой двигатель-гидронасос содержит напорный и нагнетательный трубопровод, а также впускной и выпускной клапаны, оси которых перпендикулярны продольной оси плунжера. Однако, такой двигатель имеет сложности процесса газообмена и сложную конструкцию.

Известный другой свободнопоршневой двигатель -гидронасос (патент № RU 2105174 от 20.02.1998), содержащий рабочую емкость с двумя свободными поршнями, устройство для подачи топлива и гидравлическую часть, состоящую из плунжеров, связанных с поршнями, которые перемещаются в движущихся корпусах. Кроме того, каждый свободный поршень оснащенный входным и выходным клапанами и топливоподающим устройством. В данном свободнопоршневом двигателе-гидронасосе устранен несовершенный процесс газообмена. Однако, параллельное расположение двух свободных поршней усложняет конструкцию двигателя. Кроме того, в конструкции известного двигателя свободные поршни кинематически связаны и допускают их относительное движение с плунжерами, а также имеют возможность не только возвратно-поступательного перемещения в корпусах, но и возможность вращательного движения вокруг оси. Такое конструктивное исполнение значительно снижает надежность работы двигателя и затрудняет синхронизацию движения поршней.

Наиболее близким к заявленным вариантам свободнопоршневого двигателя-гидронасоса является известный свободнопоршневой двигатель- гидронасос (патент UA 92483 от 26.08.2014), который выбран в качестве прототипа. Свободнопоршневой двигатель-гидронасос содержит рабочие емкости с впускными и выпускными клапанами, через которые перетекает воздух и отработанные газы, форсунки для впрыска топлива в рабочие емкости, свободные поршни со штоками и плунжерами, имеющие гидравлический механизм синхронизации, систему гидравлических клапанов, цилиндры синхронизации пусковой системы, трубопроводы, поршневой гидронасос с впускными и выпускными клапанами, через которые жидкость поступает в магистраль высокого давления гидравлической машины. Пусковая система известного свободнопоршневого двигателя-гидронасоса состоит из стартера с упругой и зубчатой муфтами, рычага соединения зубчатой муфты с приводной шестерней, коленчатого вала, шестерней привода газораспределения, механизмов и систем свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, поршней, плунжеров и гильз. Таким образом, пуск работы двигателя, выбранного за прототип, полностью зависит от пусковой системы, которая имеет сложную конфигурацию и содержит большое количество узлов и механизмов. Это может приводить к сложностям в процессе пуска двигателя. Кроме того, известный двигатель дополнительно оборудован гидравлической системой синхронизации движения свободных поршней в рабочих емкостях.

В основу изобретения поставлена задача создания свободнопоршневого двигателя-гидронасоса с упрощенным пуском работы и независимым движением свободных поршней.

Поставленная задача решена конструкцией первого варианта свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, что патентуется. Свободнопоршневой двигатель-гидронасос содержит как минимум одну рабочую емкость с впускным и выпускным клапанами, свободным поршнем, системой впрыска и зажигания, входным и выходным гидравлическими клапанами, трубопровод. При этом, предлагаемый двигатель-гидронасос дополнительно содержит как минимум одну накопительную емкость с гидравлической жидкостью, которая под давлением поступает к рабочим механизмам, редуктор, запорно-регулирующий клапан, турбокомпрессор, входной и выходной воздушные каналы. Кроме этого, свободный поршень разделяет рабочую емкость на газовую и гидравлическую части переменного объема, а выпускной клапан содержит выступ, контакт пуска, элемент регулирования и устройство компенсации давления, которое соединено каналом с рабочей емкостью.

Другим вариантом достижения поставленной задачи изобретения является свободнопоршневой двигатель-гидронасос, содержащий как минимум одну рабочую емкость с впускным и выпускным клапанами, свободным поршнем и входным и выходным гидравлическими клапанами, трубопровод. При этом, предлагаемый свободнопоршневой двигатель- гидронасос дополнительно содержит как минимум одну накопительную емкость с гидравлической жидкостью, которая под давлением поступает к рабочим механизмам, редуктор, запорно-регулирующий клапан, выходной воздушный канал и входной воздушный канал, который соединен с источником давления газов. При этом, рабочая емкость оснащена датчиками контроля максимального и минимального содержания жидкости, а свободный поршень разделяет рабочую емкость на газовую и гидравлическую части изменяемого объема. Кроме этого, впускной и выпускной клапаны оснащены элементом регулировки.

В наилучшем исполнении второго варианта двигателя, элемент регулировки выполнен в виде электромагнита. В таком случае открытие и закрытие выпускного клапана зависит от срабатывания датчиков контроля верхнего и нижнего положения свободного поршня, которые запускают электромагниты.

В обоих заявленных вариантах свободнопоршневого двигателя- гидронасоса благодаря наличию гидравлической жидкости, находящейся под давлением в накопительной емкости, приводятся в действие рабочие механизмы и начинается пуск работы двигателя. Разделение рабочей емкости свободным поршнем на две части изменяемого объема — газовую и гидравлическую, позволяет газовую часть в момент пуска продувать сжатым воздухом, а в то же время, гидравлическую часть рабочей емкости заполнять гидравлической жидкостью из накопительной емкости, поступающей от рабочих механизмов. Предлагаемая система выпускного и впускного клапанов, обоих вариантов двигателя, также работает в зависимости от уровня и давления гидравлической жидкости. После заполнения гидравлической части рабочей емкости жидкостью, движение свободного поршня происходит до момента достижения необходимого уровня жидкости в этой емкости. А после запуска рабочего процесса в рабочей емкости и возникновения давления газов в газовой части рабочей емкости, свободный поршень начинает давить на гидравлическую жидкость и вытеснять её обратно в накопительную емкость, откуда через редуктор и запорнорегулировочный клапан гидравлическая жидкость снова будет поступать к рабочим механизмам и цикл повторяется. Частота повторения цикла происходит автоматически и зависит от скорости заполнения отработанной жидкостью рабочих емкостей. В связи с этим, каждый поршень в своей рабочей емкости работает независимо и не связан с работой других поршней в других рабочих емкостях, поэтому исключается необходимость в их регулировании.

Причем, предлагаемые варианты свободнопоршневого двигателя- гидронасоса позволяют использовать неограниченное количество рабочих емкостей, а также создавать модульные двигатели с возможностью увеличения мощности уже существующего двигателя. Такая реализация возможна за счет добавления дополнительных рабочих емкостей и применение накопительной емкости с более высоким давлением.

Кроме того, предложенная конструкция обоих вариантов свободнопоршневого двигателя-гидронасоса упрощает процесс газообмена в газовой части рабочей емкости во время работы. Также, благодаря снижению давления, гидравлическая жидкость снова заполняет пространство под поршнем, поднимая поршень до точки пуска, таким образом, смазывая стенки рабочей емкости, что снижает трение поршневых колец.

В случае использования в свободнопоршневом двигателе одной рабочей емкости, рабочие механизмы могут быть подключены ко второй накопительной емкости, которая является емкостью с более низким давлением, чем давление в первой накопительной емкости, и которая, в свою очередь, соединена с входным отверстием рабочей емкости. После снижения давления в рабочей емкости, гидравлическая жидкость из второй накопительной емкости с низким давлением будет заполнять гидравлическую часть рабочей емкости. Или, при использовании более одной рабочей емкости, гидравлическая жидкость от рабочих механизмов, направляется к каждой рабочей емкости, что приводит к заполнению гидравлической части тех рабочих емкостей, в которых еще нет максимального заполнения и открытый выпускной клапан.

Таким образом, оба варианта свободнопоршневого двигателя- гидронасоса, что патентуются, благодаря предложенному конструктивному исполнению имеют упрощенный пуск рабочего процесса и независимое движение поршней, которые не требуют дополнительной регулировки. Момент пуска двигателя не зависит от вспомогательных факторов и повторяется автоматически при каждом заданном максимальном наполнении рабочей емкости гидравлической жидкостью.

Техническая сущность изобретения представлена фигурами и примерами конкретного исполнения. Приведенные варианты свободнопоршневого двигателя-гидронасоса, их конструкция и принцип работы, также раскрывают и суть способа, который заявляется.

На фиг.1 представлена принципиальная схема свободнопоршневого двигателя-гидронасоса с тремя рабочими емкостями и выпускным клапаном, который оснащен выступом, контактом пуска, элементом регулирования и устройством компенсации давления, которое соединено каналом с рабочей емкостью.

На фиг.2 изображена принципиальная схема свободнопоршневого двигателя-гидронасоса с одной рабочей емкостью, содержащей датчики контроля максимального и минимального содержания жидкости.

Представленные примеры не должны рассматриваться как такие, что ограничивают изобретение.

Свободнопоршневой двигатель-гидронасос (см. фиг.1) состоит из трех рабочих емкостей 1, каждая из которых имеет впускной 2 и выпускной 3 клапаны, свободный поршень 4, форсунку 5 для впрыска топлива и входной 6 и выходной гидравлический 7 клапаны. Также двигатель-гидронасос содержит трубопровод 8, одну накопительную емкость 9 с гидравлической жидкостью, которая соединена трубопроводом 8 с рабочими емкостями 1, рабочий механизм 10, выполненный в виде гидродвигателя, соединенного с накопительной емкостью 9 через редуктор 11 и запорно-регулировочный клапан 12, турбокомпрессор 13. При этом свободный поршень 4 разделяет рабочую емкость 1 на газовую и гидравлическую части. Газовая часть содержит форсунку 5 для впрыска топлива, устройство зажигания 14, впускной 2 и выпускной 3 клапана. Гидравлическая часть содержит входной 6 и выходной 7 гидравлические клапаны. Кроме того, выпускной клапан 3 оснащен выступом 15, который находится на стороне газовой части рабочей емкости 1, а также элементом регулирования 16, который выполнен в виде пружины, устройством компенсации давления 17, которое выполнено в виде пневмоцилиндра и контактом пуска 18. Причем, пневмоцилиндр 17 соединен каналом 19 с газовой частью рабочей емкости 1. Турбокомпрессор 13 соединен с рабочими емкостями входным 20 и выходным 21 каналами. Кроме этого, гидродвигатель 10 оснащен входным 22 и выходным отверстиями 23.

Свободнопоршневой двигатель-гидронасос (по фиг.1) работает следующим образом. Работу двигателя-гидронасоса начинают благодаря подаче гидравлической жидкости, находящейся под давлением в накопительной емкости 9, которая через редуктор 11 и запорно- регулирующий клапан 12 подается во входное отверстие 22 гидродвигателя 10, где гидравлическая энергия жидкости преобразуется в механическую энергию. Передав энергию, гидравлическая жидкость выходит через выходное отверстие 23 гидродвигателя 10 по трубопроводу 8 к входным гидравлическим клапанам 6 трех рабочих емкостей 1. Пока выпускной клапан 3 находится в открытом положении, газы, находящиеся в газовой части рабочей емкости, свободно выходят до тех пор, пока рабочая жидкость не поднимет поршень 4 в такое положение, при котором поршень давит на выступ 15 выпускного клапана 3, закрывая его. Момент закрытия выпускного клапана 3 зависит от толкания свободным поршнем 4 выступа 15 на выпускном клапане. Это приводит к замыканию контакта пуска 18 в той рабочей емкости 1, которая достигла своего максимального заполнения. При замыкании контакта пуска 18 срабатывает форсунка 5, впрыскивая топливо. После чего, срабатывает устройство зажигания 14, которое выполнено в виде свечи зажигания и зажигает топливную смесь. Энергия расширенных газов влияет на поршень 4, который оказывает давление на гидравлическую жидкость. Гидравлическая жидкость через выходной 7 гидравлический клапан и трубопровод 8 поступает обратно в накопительную емкость 9. Также давление гидравлической жидкости перекрывает входной 6 гидравлический клапан рабочей емкости 1, в которой сработал запуск рабочего процесса и таким образом, гидравлическая жидкость от рабочих механизмов поступает через входной 6 гидравлический клапан только в незаполненные рабочие емкости 1. Также, возникшее давление газов закрывает впускной 2 клапан и выпускной 3 клапан, на который также влияет давление пневмоцилиндра 17, который через канал 19 соединен с газовой частью рабочей емкости. Канал 19, соединяющий рабочую емкость с пневмоцилиндром 17 выпускного клапана, уравновешивает давление таким образом, что сила давления на закрытый выпускной клапан 3 из рабочей емкости приближена к силе давления пневмоцилиндра 17 на клапан с внешней стороны. Таким образом, сила давления на выпускной клапан 3 изнутри частично уравновешена с давлением на клапан 3 извне. Благодаря этому, когда уровень давления в рабочей емкости 1, в которой произошло зажигание (например, на фиг.1 в рабочей емкости 1, расположенной слева), снизиться до заданного уровня, элемент регулирования 16 открывает выпускной клапан 3 и отработанные газы поступают через выходной канал 21 к турбокомпрессору 13, который нагнетает воздух через входной канал 20. Это приводит к открытию входного клапана 2 и к продуванию газовой части в рабочих емкостях 1, которые еще не достигли максимального заполнения. Благодаря снижению давления в рабочей емкости 1 (расположенной слева на фиг.1), гидравлическая жидкость от рабочих механизмов снова заполняет гидравлическую часть рабочей емкости 1 через входной гидравлический 6 клапан, поднимая поршень 4 до точки срабатывания. Таким образом, каждая рабочая емкость 1 срабатывает только тогда, когда её гидравлическая часть максимально заполнена гидравлической жидкостью независимо от других рабочих емкостей. Частота повторения цикла зависит от скорости расходования гидравлической жидкости рабочими механизмами из накопительной емкости 9 и последующего заполнения всех трех рабочих емкостей 1. Момент пуска автоматически повторяется при каждом заданном максимальном наполнении рабочей емкости 1 гидравлической жидкостью, а каждый поршень 4 в своей отдельной рабочей емкости 1 работает независимо от других поршней 4 в других рабочих емкостях, поэтому отпадает необходимость в их синхронизации.

Следует отметить, что при добавлении к предлагаемому двигателю- гидронасосу (см. фиг.1) дополнительных трубопроводов и гидрораспределителя (на фиг.1 не показаны), который подключен к рабочим емкостям 1, возможно реализовать и обратное действие. В таком случае, вращательное движение гидродвигателя 10 вызывает возвратно- поступательное движение свободного поршня 4 в рабочей емкости 1, приводя к сжатию воздуха в газовой части рабочей емкости. Это позволяет заявленному двигателю работать как пневматический насос высокого давления, что дает возможность рекуперации энергии при использовании, например, в автомобилях.

Свободнопоршневой двигатель-гидронасос (см. фиг.2) состоит из одной рабочей емкости 1 с впускным 2 и выпускным 3 клапанами, каждый из которых имеет элемент регулирования в виде электромагнита (на фиг.2 не показан), свободным поршнем 4, источником давления газов 24, который выполнен в виде баллона высокого давления и входным 6 и выходным 7 гидравлическими клапанами. Также двигатель-гидронасос содержит трубопровод 8, две накопительные емкости 9 с гидравлической жидкостью, одна из которых является накопительной емкостью низкого давления (изображена слева на фиг.2), а другая — накопительной емкостью высокого давления (изображена справа на фиг.2). Обе накопительные емкости 9 соединены с рабочей емкостью 1 трубопроводом 8. Причем, двигатель- гидронасос содержит рабочий механизм 10, который выполнен в виде гидродвигателя, который соединен с накопительной емкостью 9 через редуктор 11 и запорно-регулировочный клапан 12. Гидродвигатель 10 оснащен входным отверстием 22 и выходным 23 отверстием и соединен трубопроводом 8 с входным гидравлическим клапаном 6 и емкостью низкого давления 9. При этом, свободный поршень 4 разделяет рабочую емкость 1 на газовую и гидравлическую части. Газовая часть содержит впускной 2 и выпускной 3 клапан с элементом регулирования в виде электромагнита. Гидравлическая часть содержит входной 6 и выходной 7 гидравлические клапаны. Кроме того, рабочая емкость 1 содержит датчик контроля 25 верхнего положения и датчик 26 контроля нижнего положения свободного поршня.

Свободнопоршневой двигатель -гидронасос (по фиг.2) работает следующим образом. Работу двигателя-гидронасоса начинают благодаря подаче гидравлической жидкости, находящейся под давлением в накопительной емкости 9 низкого давления, которая через редуктор 11 и запорно-регулировочный клапан 12 подается под давлением во входное отверстие 22 гидродвигателя 10, где гидравлическая энергия жидкости превращается в механическую энергию. Передав энергию, жидкость выходит через выходное отверстие 23 по трубопроводу 8 к входному гидравлическому клапану 6 рабочей емкости 1. Пока выпускной клапан 3 находится в открытом положении, воздух, находящийся в газовой части рабочей емкости свободно выходит до тех пор, пока гидравлическая жидкость не поднимет свободный поршень 4 до необходимого максимального уровня. В момент достижения заданного максимального уровня жидкости срабатывает датчик контроля 25 верхнего положения поршня 4, который запускает электромагнит, закрывающий выпускной клапан 3 и открывающий, на определенное время, впускной клапан 2. В газовую часть рабочей емкости 1 поступает сжатый воздух от источника давления газов 24. Сжатый воздух действует давлением на свободный поршень 4, который воздействует на гидравлическую жидкость. Жидкость через выходной гидравлический клапан 7 и трубопровод 8 поступает в накопительную емкость 9 высокого давления. Также, давление гидравлической жидкости перекрывает входной 6 гидравлический клапан рабочей емкости 1. Таким образом, гидравлическая жидкость, поступающая от гидродвигателя 10 по трубопроводу 8, попадает в накопительную емкость 9 низкого давления. В момент, когда свободный поршень 4 достигает необходимого заданного нижнего уровня, срабатывает датчик контроля 26 нижнего положения, который запускает электромагнит и открывает выпускной клапан 3 и отработанные газы выходят через выходной канал 21. Благодаря снижению давления в рабочей емкости 1, гидравлическая жидкость с накопительной емкости 9 низкого давления заполняет гидравлическую часть рабочей емкости 1 через входной гидравлический клапан 6, снова поднимая поршень 4 до точки срабатывания. Частота повторения цикла зависит от скорости расходования гидравлической жидкости рабочими механизмами из накопительной емкости 9 высокого давления и заполнения рабочей емкости 1. Момент пуска работы двигателя автоматически повторяется при каждом заданном максимальном наполнении рабочей емкости 1 гидравлической жидкостью. В этом случае, заявляемый двигатель работает как пневмодвигатель.

Если вместо сжатого воздуха в газовую часть рабочей емкости 1 подавать разогретый пар, то предложенный двигатель-гидронасос можно использовать как двигатель внешнего сгорания. Таким образом, предложенные отличительные особенности двух вариантов свободнопоршневого двигателя-гидронасоса и способа их работы значительно упрощают пуск двигателя и устраняют необходимость процесса регулирования и синхронизации движения свободных поршней.