RU202242U1 - Бесклапанный гибридный двигатель с преобразованием в работу отходящей теплоты двс и дожиганием выхлопных газов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к поршневым гибридным тепловым двигателям внутреннего сгорания и с внешним подводом теплоты без использования механических клапанов газораспределения. Техническим результатом являются увеличение приемистости и удельной мощности двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса. Сущность полезной модели заключается в том, что двигатель, помимо корпуса с механизмом преобразования движения штоков во вращение вала, систем воздухоподачи, топливоподачи, зажиганий, газораспределения и газоотведения, содержит, как минимум, два противофазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя камеру дожигания выхлопных газов и три камеры переменного объема, образованные ступенчатым поршнем, а именно подпоршневую камеру воздушного компрессора, надпоршневую рабочую камеру с подводом теплоты и межпоршневую рабочую камеру внутреннего сгорания, а также разделенные теплоизолятором нагреватель, выполненный в виде внутренней рубашки цилиндра, и холодильник - в виде внешней рубашки, расположенную между нагревателем и холодильником вытеснительную полость, выполненную в виде пустотелой обечайки и связанную тангенциальным каналом с надпоршневой камерой. Каналы отходящих газов из камеры сгорания размещены в теле нагревателя и его днища, образуя камеру дожигания в виде пустотелой обечайки, а каналы подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру сгорания размещены в теле внешней рубашки цилиндра таким образом, что позволяют поршню осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в нем каналов. Введение плазмообразующей энергии в рабочую камеру с подводом теплоты позволит осуществить «активную» регенерацию теплоты сжатия с переносом ее из такта сжатия в такт расширения и улучшить тепловой КПД гибрида. Поршень для улучшения газообмена может содержать аэродинамический клапан подачи воздуха или топливовоздушной смеси в межпоршневую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя. Впускные и выпускные клапаны газораспределения воздушного компрессора выполнены в виде сдвоенного обратного аэродинамического клапана, не имеющего подвижных частей. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к области энергетики - поршневым двигателям внутреннего сгорания и двигателям с внешним и внутренним подводом теплоты без использования механических клапанов газораспределения.

Уровень техники

Известно немало способов повышения энергетической эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) за счет использования «отходящей» теплоты посредством гибридизации с другими устройствами преобразования тепловой энергии в механическую работу, например, «Способ повышения кпд двигателя внутреннего сгорания за счет утилизации тепловой энергии двигателя» патент РФ №2117803 (опубликован 20.08.1998 г.), с испарением воды и расширением пара для получения дополнительной полезной работы.

Недостатком такого гибрида - является замерзание в зимний период воды, из которой получают пар и преобразуют отходящую теплоту ДВС в работу.

Преобразователями отходящей теплоты ДВС в дополнительную полезную работу в гибридах могут быть использованы и двигатели Стирлинга, относящиеся к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ).

Но у «стирлингов», помимо достоинств, имеется и целый ряд недостатков: громоздкость и нетехнологичность нагревателя, необходимость наличия «капризного» регенератора, сложные расчет, проектирование и изготовление.

Из уровня техники известен более простой, свободный от этих недостатков, преобразователь тепловой энергии в механическую работу (прототип) - «Тепловой двигатель с бесклапанным газораспределением», описанный в патенте RU 2576077 (27.02.2016 г.), также относящийся к категории ДВПТ.

Этот двигатель содержит рабочую камеру, образованную цилиндром с головкой и поршнем, вытеснительную полость и газоходные каналы-сопла, связывающие ее с рабочей камерой и образующие газораспределительный механизм, а также нагреватель и холодильник (согласно п. 1 формулы). При этом нагреватель двигателя может для генерации теплоты содержать камеру сгорания (сжигания) топливной смеси, смежную с рабочей камерой ДВПТ.

Реализуя «имплазный» способ работы тепловой машины, то есть пространственно-временной замкнутый цикл «активной» регенерации теплоты сжатия с переносом ее из такта сжатия в такт расширения, а именно: плазменно-вихревую активацию (радикализацией и релаксацией) рабочего газа с переносом теплоты сжатия в такте сжатия из объема рабочей камеры на поверхность стенок камеры с аккумулированием, а затем обратно в такте расширения - двигатель с внешним подводом теплоты, дополнительно содержащий активатор рабочего газа, преобразующий рабочую камеру в плазменный вихревой реактор «plasmoid vortex reactor (PVR)» (согласно п. 10 формулы) - осуществляет меньшее «тепловое загрязнение» окружающей среды благодаря увеличению КПД (коэффициента полезного действия) ДВПТ.

Также наличие активатора (ввода плазмообразующей энергии активации рабочего газа) в плазменной вихревой камере, согласно полезной модели патент РФ №151391 «Тепловой двигатель с плазменно-вихревой камерой», позволит использовать возможность по высвобождению «иной» тепловой энергии и преобразованию ее в дополнительную механическую работу (аналогично осуществляются «холодные» низкоэнергетические ядерные реакции «LENR» (англ. LENR: low-energy nuclear reactions) в PVR-реакторах: с кратным (3-7…100 раз) превышением выделенной энергии над затраченной) и обеспечивать режим бестопливной работы теплового двигателя.

Последние двигатели имеют свои, подлежащие нивелированию, недостатки:

- низкая приемистость двигателя из-за тепловой инерционности нагревателя;

- двигателю с высокой удельной мощностью для теплопитания нагревателя необходим специальный малогабаритный генератор высокопотенциальной высокоплотной тепловой энергии (как то, например, миниатюрный ядерный реактор («ЯР») или радионуклидный источник теплоты («РИТ»), или «зайчик» гелиоконцентратора), а не просто камера сгорания для генерации теплоты сжиганием горючей смеси при атмосферном давлении, имеющая, в этом случае, значительные массовые и габаритные параметры и характеристики.

В целях миниатюризации - необходимо уменьшать камеру сгорания ДВПТ при одновременном повышении величины плотности теплового потока через стенку нагревателя ДВПТ к рабочему телу (газу) ДВПТ посредством сжигания сжатой топливной смеси в ограниченной по объему камере сгорания ДВПТ.

Таким образом, для приготовления сжатой топливной смеси необходимо иметь отдельное устройство, которое будет сжимать воздух, готовить на его основе топливную смесь и подавать ее в камеру сгорания ДВПТ для сжигания.

Причем, если камера сгорания открытого типа - то, предварительно сжатая, горящая топливная смесь факелом будет вылетать из камеры сгорания.

Если камера сгорания ДВПТ закрытого типа - тогда нужны входные и выходные клапаны газораспределения, да еще, желательно, произвести «детандирование» раскаленных продуктов горения. А это устройство есть не что иное как двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Отсюда вытекает техническое решение - использовать камеру ДВС как камеру сгорания ДВПТ.

Новизна и «необычность» этого решения заключаются в том, что в качестве камеры сгорания ДВПТ выступает камера внутреннего сгорания ДВС, при этом стенка нагревателя, отделяющая рабочую камеру ДВПТ от смежной камеры сгорания ДВПТ, становится подвижной и выполняется в виде двухстороннего рабочего поршня, являющегося общим для ДВПТ и для ДВС, а общая внутренняя цилиндрическая поверхность нагревателя за счет возвратно-поступательного движения двухстороннего поршня попеременно становится либо поверхностью рабочей камеры внутреннего сгорания, принимающей теплоту от сгорания топливо-воздушной смеси, либо поверхностью рабочей камеры с подводом теплоты, отдающей ранее полученную теплоту от сгорания горючей смеси расширяющемуся рабочему газу (рабочему телу), производящему дополнительную полезную работу за счет утилизации отходящей теплоты ДВС, то есть разные двигатели становятся единым гибридом: ДВС+ДВПТ, причем, в этом случае, ДВПТ становится не только двигателем с внешним (через стенку нагревателя) подводом теплоты, но и двигателем с внутренним (от стенки нагревателя) подводом теплоты сгоревшей (внутри камеры) топливной смеси посредством организации взаимодействия рабочего тела с внутренней цилиндрической поверхностью нагревателя, например, «вихревым ометанием с прижатием».

Приемистость подобного гибрида ДВС+ДВПТ определяется приемистостью ДВС, нивелирующей тепловую инерционность нагревателя ДВПТ.

Требования же к такому ДВС, как к двигателю, уходят на второй план (нет необходимости в высокой степени сжатия, в излишнем обеднении горючей смеси), а на первый план выдвигается обеспечение «чистой» теплотой ДВПТ.

При этом, в качестве «чистого» топлива для ДВС и одновременно в качестве рабочего тела (газа) для ДВПТ в его плазменно-вихревом варианте может быть использован сжиженный водород (Н₂) или синтез-газ (смесь Н₂+СО), сжиженный природный газ (СПГ) или другие разновидности газомоторных топлив, например, СНГ (сжиженный нефтяной газ) - смесь пропана и бутана.

Сущность полезной модели.

Полезная модель направлена на расширение арсенала тепловых двигателей.

Задачей полезной модели является реализация простого, но высоконадежного (с длительным ресурсом) гибридного двигателя с достаточной приемистостью и повышенным КПД, за счет внутреннего сгорания топливной смеси и утилизации отходящей теплоты, с минимальными весом и габаритами.

Технический результат обеспечит уменьшение потребления топлива и повышение надежности, общей и удельной мощности тепловых двигателей.

Необходимо отметить, если в ранее существующих «подходах к комбинированию» основой гибрида был ДВС, а ДВПТ «приспосабливали» к отбору и преобразованию теплоты отходящих газов и теплоты охлаждения камеры сгорания ДВС- целью и существенной особенностью данной полезной модели является то, что здесь «заглавной фигурой» гибрида является ДВПТ.

Заявленная цель достигается использованием ДВС, имеющего встроенный продувочный воздушный компрессор, не столько в качестве генератора механической энергии, в функционале которого использование теплоты сгорания топливной смеси составляет 25-35%, а еще и - в качестве генератора высокоплотной тепловой энергии, совокупно питающей двигатель с внешним подводом теплоты ДВПТ - теплотой охлаждения цилиндра ДВС и теплотой отходящих газов ДВС, на которые приходятся оставшиеся 65-75% теплоты.

В варианте №1 решение поставленной задачи обеспечивает гибридный двигатель, имеющий системы охлаждения, смазки, воздухоподачи, топливоподачи, зажиганий, газораспределений и газоотведения, корпус-картер, с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение вала, и, согласно полезной модели, содержащий (характеризующийся тем, что содержит), как минимум, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя неизменную по объему камеру дожигания отходящих газов и по три смежных рабочих камеры переменного объема образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня, а также разделенные теплоизолятором нагреватель и холодильник, при этом, холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность узкой части которой, днище и подпоршневая поверхность поршня образуют переменную по объему рабочую камеру воздушного компрессора обеспечивающего подачу воздуха или топливовоздушной смеси для камеры сгорания смежного парафазного цилиндра, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем, в которой головка цилиндра и надпоршневая поверхность поршня образуют заполненную газообразным рабочим телом рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным тангенциальным каналом-соплом с вытеснительной полостью выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя, межпоршневая юбка и межпоршневая поверхность поршня образуют переменную по объему кольцевую рабочую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и его днища, а, как минимум один канал подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра и ее днища таким образом, что позволяют поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня газоходных каналов выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, при этом камера дожигания отходящих газов является частью канала (каналов) отходящих газов размещенного в теле нагревателя и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал отходящих газов, размещенный в теле днища нагревателя, выполнен тангенциальным.

Пропускание «раскаленных» отходящих газов из камеры внутреннего сгорания через канал (каналы) в теле нагревателя, а также использование теплоты «раскаленной» внутренней поверхности камеры сгорания одновременно и в качестве внутренней поверхности рабочей камеры (плазменно-вихревой рабочей камеры) с подводом теплоты для нагрева рабочего газа - позволяют резко улучшить массогабаритные характеристики, уменьшить теплопотери от перетоков теплоты и использовать преимущества приемистого двухтактного ДВС для теплопитания двухтактного ДВПТ.

При этом простое бесклапанное газораспределение для работы камеры внутреннего сгорания обеспечивается газораспределительными каналами, расположенными в теле поршня при его возвратно-поступательном движении.

Из уровня техники так же известно устройство: «Аэродинамический клапан для камеры пульсирующего горения» (SU 459612, публикация 05.02.1975 г.), где использовано соединение коаксиальных цилиндрических камер (полостей) газоходными каналами с радиальной и тангенциальной (т.е. «вихревой», точнее - «вихреобразующей») направленностью, реализующими эффект обратного аэродинамического клапана (газораспределителя), определенные «забытые» особенности которого применены для настоящей полезной модели.

Так, применение, размещенной в объемном теле нагревателя, полости в виде коаксиальной пустотелой обечайки (разделяющей нагреватель на внутреннюю и наружную секции) в качестве объединенной части каналов отходящих газов из камеры внутреннего сгорания с их завихрением посредством тангенциального канала (каналов), расположенного в теле днища нагревателя, и с «ометающим вихревым прижатием» не к внутренней, а к внешней цилиндрической поверхности пустотелой обечайки, являющейся внутренней поверхностью стенки наружной секции нагревателя - позволяет разделить (распределить) протяженную поверхность нагревателя на две части не только конструктивно, но и по температуре: «высокотемпературную» внутреннюю (для увеличения удельной мощности ДВПТ) и «низкотемпературную» наружную для наилучшего отбора теплоты у отходящих газов и максимального понижения их температуры на выходе гибридного двигателя (при этом, начиная рабочий процесс расширения предварительно сжатого рабочего газа с его взаимодействия в вытеснительной полости с поверхностью «низкотемпературной» части нагревателя), и обходиться одним ДВПТ (одной рабочей камерой с подводом теплоты и одним нагревателем). В противном случае, было бы необходимо иметь два ДВПТ: один с высокотемпературным нагревателем для теплопитания расширяющегося рабочего газа с охлаждением стенок камеры сгорания ДВС, другой - с низкотемпературным нагревателем для отбора теплоты у отходящих из камеры сгорания ДВС газов.

Соответственно, возможна температурная инверсия секций нагревателя, т.е. внутренняя - «низкотемпературная», наружная - «высокотемпературная». При этом - температура стенки внутренней секции нагревателя задается из условия оптимальности рабочих процессов в рабочих камерах ДВС и ДВПТ.

А использование в теле нагревателя пустотелой обечайки не только в качестве общего канала отходящих газов с их завихрением, но и в качестве камеры для «дожигания» отработанных газов (с получением дополнительной теплоты и ее преобразованием в полезную работу) - позволяет улучшить «экологию» выхлопа, при этом обратному поступлению выхлопных газов в камеру сгорания при еще не закрытом поршневом канале отходящих газов будет препятствовать эффект их аэродинамического «запирания» завихрением.

То есть, по сути, обретается еще одна камера сгорания - камера постоянного объема с возможностью «дожигания» отходящих газов (содержащих горючие компоненты рабочего газа «просочившиеся» из рабочей камеры с подводом теплоты в такте сжатия рабочего газа в рабочую камеру внутреннего сгорания в ее такте расширения, а также «недогоревшие» компоненты топливовоздушной смеси, в том числе и по причине пропусков зажигания в рабочей камере ДВС) с повышением их температуры для теплопитания наружной секции нагревателя внешним подводом теплоты. Эта камера «дожигания» имеет постоянно открытый газоходный выход в атмосферу через выхлопную систему, а на входе - обратный аэродинамический клапан (с завихрением газа) и поршневое золотниковое запирание газоходного канала.

Для «эффективного дожигания» необходимо организовать подачу в камеру дожигания «свежих порций воздуха» (желательно обогащенного кислородом) через специальный канал - до и/или вместе с выхлопом раскаленных, газов.

В варианте №2 решение поставленной задачи обеспечивает гибридный двигатель, имеющий системы охлаждения, смазки, воздухоподачи, топливоподачи, зажиганий, газораспределений и газоотведения, корпус-картер, с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение вала, и содержащий, как минимум, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя камеру дожигания постоянного объема и по три смежных рабочих камеры переменного объема образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня, а также разделенные теплоизолятором нагреватель и холодильник, при этом, холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность узкой части которой, днище и подпоршневая поверхность поршня образуют рабочую камеру воздушного компрессора обеспечивающего подачу воздуха или топливовоздушной смеси для камеры сгорания смежного парафазного цилиндра, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем, в которой головка цилиндра и надпоршневая поверхность поршня образуют заполненную газообразным рабочим телом рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным тангенциальным (с тангенциальными соплами) каналом с вытеснительной полостью выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя, межпоршневая юбка и межпоршневая поверхность поршня образуют рабочую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и его днища, а, как минимум один канал подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра и ее днища таким образом, что позволяют поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня газоходных каналов выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, камера дожигания является частью канала (каналов) отходящих газов размещенного в теле нагревателя и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал отходящих газов размещенный в теле днища нагревателя выполнен тангенциальным, при этом, согласно полезной модели, газораспределительный механизм двигателя, обеспечивающий работу камеры воздушного компрессора (попеременная отсечка камеры от всасывающего или от нагнетательного каналов), выполнен как сдвоенный совмещенный аэродинамический обратный клапан, расположенный в теле днища внешней рубашки цилиндра, и реализован в виде торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, входным радиальным каналом, проходящим через внутреннюю боковую поверхность торообразной полости и связывающим полость с всасывающим каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом соединяющим камеру воздушного компрессора с торообразной пустотелой полостью через ее внутреннюю и/или внешнюю боковую поверхность, при этом канал вывода сжатого воздуха или топливовоздушной смеси из камеры воздушного компрессора расположен в теле днища внешней рубашки цилиндра и выполнен в виде тангенциального канала выходящего через внешнюю боковую поверхность торообразной пустотелой полости аэродинамического обратного клапана отсечки воздуха или топливовоздушной смеси за ее пределы (в смежный цилиндр, с поршневым золотниковым «запиранием/отпиранием» выходного сечения канала в нем).

Применение в системе газораспределения аэродинамических обратных клапанов, не имеющих подвижных элементов - заметно упрощает конструкцию, увеличивая надежность, моторесурс и долговечность двигателя.

Для усиления «запирающего» эффекта примененных аэродинамических обратных клапанов в каналах газораспределения воздушного компрессора, его система газораспределения, как на «входе», так и на «выходе», может быть дополнена механическими клапанами, выполненными в виде вращающихся золотниковых газораспределителей (дисковых, цилиндрических, конусных) с «окнами» или каналами, либо самодействующими клапанами лепесткового или диафрагменного типа, либо управляемыми клапанами других типов, при этом аэродинамические клапаны будут способствовать «разгрузке» механических клапанов и уменьшению доклапанных и межклапанных («мертвых») объемов во всасывающих и нагнетающих магистралях.

Размещение газораспределительного канала (каналов) подвода в камеру сгорания воздуха или горючей топливовоздушной смеси непосредственно в теле объемного ступенчатого рабочего поршня гибридного двигателя в районе межпоршневой юбки - позволяет применить (для улучшения наполнения двухтактной камеры сгорания горючей смесью/воздухом при уже закрытом канале отходящих из камеры газов после «продувки» камеры сгорания) еще один аэродинамический обратный клапан, размещенный в теле поршня и выполненный в виде коллинеарной или соосной с поршнем торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, приосевым радиальным входящим в полость каналом, связывающим полость с проходящим в теле поршня каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом, выходящим через внешнюю боковую стенку из торообразной полости на боковую поверхность межпоршневой юбки поршня для связи с камерой сгорания и подачи воздуха или топливовоздушной смеси.

Применение данного аэродинамического обратного клапана в поршне, а также канала отходящих газов в теле цилиндрической части нагревателя в виде пустотелой обечайки с завихрением с помощью канала в днище нагревателя - освобождает от необходимости возврата из выхлопной системы обратно в камеру сгорания выброшенной в процессе продувки топливовоздушной смеси, а значит от необходимости делать выхлопную систему резонансной, и, как следствие, отказаться от наличия классических громоздких объемных труб - резонаторов выхлопа для каждого цилиндра двухтактного двигателя (ДВС).

Для повышения надежности и моторесурса двигатель может иметь составной поршень, тело которого в районе газоотходящих каналов межпоршневой юбки выполнено из жаропрочного металлического сплава, керамики, композитных материалов, что позволит избегать «прогара» от температурной деструкции и освободиться от проблем теплонапряженности поршней, присущих двухтактным ДВС, последствием которых является их «растрескивание».

Так же, ступенчатый поршень изнутри может быть выполнен в виде «тепловой трубы», передающей теплоту, отобранную от поверхности стенок газоходного канала отходящих газов, размещенного в поршне, межпоршневой юбки и межпоршневой поверхности поршня - к надпоршневой поверхности поршня, от которой в рабочей камере с подводом теплоты происходит отбор теплоты рабочим газом при расширении с преобразованием ее в полезную работу.

Для эффективной теплопередачи от межпоршневых поверхностей (юбки и поршня) к надпоршневой - пустотелый поршень может быть заполнен легкоплавким металлом, например, натрием, или «эвтектикой» металлов.

Двигатель для «эффективного дожигания» отходящих газов может, согласно полезной модели, содержать дополнительный канал подачи порций воздуха непосредственно в камеру дожигания - минуя камеру сгорания, при этом канал может проходить через дополнительный аэродинамический клапан и поршень, осуществляя охлаждение стенок канала выхлопных газов в поршне.

Полезная модель может быть применена для проектирования в том числе судовых двигателей, содержащих в составе преобразователя движения помимо кривошипно-шатунных (КШМ) еще и крейцкопфные механизмы.

Применение же механизма преобразования возвратно-поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение выходного вала отбора мощности выполненного не крейцкопфным, а, например, по бесшатунной схеме (с эксцентриковыми втулками на «шатунной» шейке коленчатого вала и «направителями», или с планетарно вращающимся коленчатым валом) - имеет свои «плюсы», гак как способствует, с одной стороны, движению поршней по закону близкому к синусоидальному, что исключает вибрации высших порядков двигателя, с другой стороны, увеличивает время «выстоя» - пребывания поршней в крайних мертвых точках, а это ведет к более лучшему сгоранию топливной смеси при постоянном объеме в камере сгорания, а также способствует увеличению времени на «продувку» камеры сгорания, улучшая газообмен.

Применение бесшатунного механизма еще и увеличивает механический КПД двигателя за счет устранения бокового давления поршней на цилиндрические поверхности рабочих камер, что, с одной стороны, способствует уменьшению износа, а значит - увеличению долговечности, с другой стороны -уменьшению трения в парах поршень-цилиндр, а значит обеспечивает возможность их работы при отсутствии смазки маслом и при отсутствии уплотняющих компрессионных колец вовсе, или замене их на композитные.

При этом, максимальную выгоду от бесшатунного механизма можно получить только тогда, когда все элементы механизма поочередно и равномерно участвуют в передаче момента полезной работы в течение полного оборота коленчатого вала. А это возможно только при крестообразной (Х-образной) компоновке цилиндров на таком двигателе, что перспективно для компоновок «авиационных звездообразных» моторов малой и средней авиации, в том числе для беспилотных летающих аппаратов (БПЛА) дальнего действия, а также глиссерных лодок, катеров, яхт и судов на воздушной подушке (СВП).

Учитывая особенности рабочих процессов гибрида ДВС+ДВПТ («сглаженные» ударные механические и температурные «нагрузки» на цилиндро-поршневую группу и механически «разгруженный» от сжатия рабочего газа до 20 МПа коленчатый вал бесшатунного механизма) -появляется возможность при «авиационном исполнении двигателя» применять для изготовления элементов двигателя сплавы из «легких» металлов с микродуговым оксидированием (МДО) поверхностей или с их плазменно-электролитическим оксидированием (ПЭО): так картер-корпус, «холодильник» (внешняя рубашка цилиндра), коленчатый вал, штоки с «направителями» могут быть изготовлены из магниевых сплавов, а «нагреватель» (внутренняя рубашка цилиндра) - из алюминиевого сплава (с жаростойкими гильзами, покрытиями, напылением), по разрабатываемым в поршневом двигателестроении новым технологиям с использованием интерметаллидов и композитных материалов, что резко снизит вес двигателя.

А высокая надежность и длительный моторесурс теплового двигателя с аэродинамическими клапанами обеспечивается его технической «простотой»: в полезной модели единственным движущимся элементом, осуществляющим газораспределение и воздухоподачу - являются ступенчатые рабочие поршни, в отличие, например, от «двухтактного двигателя внутреннего сгорания» по «патенту» (AC) SU №1681613 (приоритет 1988 г), так же - с кольцевой камерой сгорания, в котором, имеющийся топливовоздушный канал в рабочем поршне - содержит малый поршень и обратные клапаны с подвижными элементами.

Техническая «простота», надежность, длительный моторесурс, как элементов всего двигателя, так и входящих в него «расходных» материалов (синтетические ГСМ, фторопластовые, наноуглеродные и композитные уплотнения, надежная электроника управления гибридным двигателем, тугоплавкие электроды свечей зажигания, длительный период полураспада радиоактивных источников ионизирующего излучения, длительный срок электронной эмиссии приборов - источников плазмообразующей микроволновой СВЧ-энергии, «возобновляемость» рабочего газа: метана/водорода/синтез-газа, выработанных в т.ч. из органического сырья с использованием бактерий), возможность осуществления бестопливного режима работы теплового двигателя за счет энергии плазменной активации и использования имплазного способа его работы - наделяют полезную модель возможностью соответствия некоторым критериям «экологичного двигателя».

Перечень фигур чертежей.

Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящей полезной модели раскрыты в нижеследующем подробном ее описании, приводимом со ссылками на чертежи, на которых изображены:

на фиг. 1, 2, представлен общий вид двигателя в продольных сечениях А-А и Б-Б;

на фиг. 3, 4, 5, 6 - поперечные сечения В-В, Г-Г, Д-Д, Е-Е фигуры 2.

Гибридный двигатель содержит корпус-картер 1, с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения спаренных через головку с боковыми ползунами штоков 2 с поршнями во вращательное движение вала 3 на эксцентриковой втулке 4 с «направителями» 5 и 6, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра 7 и 8 с головками 9 и 10, каждый из которых включает в себя неизменную по объему камеру 11 дожигания отходящих газов и по три смежных рабочих камеры переменного объема образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня 12, а также разделенные теплоизолятором 13 нагреватель 14 и холодильник 15, при этом, холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность узкой части которой 16, днище 17 и подпоршневая поверхность поршня 18 образуют переменную по объему кольцевую рабочую камеру 19 воздушного компрессора обеспечивающего подачу воздуха или топливовоздушной смеси для камеры сгорания смежного парафазного цилиндра, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем 20, в которой головка 10 цилиндра и надпоршневая поверхность поршня 21 образуют переменную по объему и заполненную газообразным рабочим телом рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру 22 с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным 23 (тангенциальным) каналом-соплом с вытеснительной полостью 24 выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя (20), межпоршневая юбка 25 и межпоршневая поверхность поршня 26 образуют переменную по объему кольцевую рабочую камеру 27 внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал 28 отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и как минимум один канал 29 размещен в теле его днища, а, как минимум один канал 30 подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра и ее днища таким образом, что позволяют поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня канала 31 отходящих газов и воздушного канала 32 выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, при этом камера дожигания отходящих газов является частью канала (каналов) 28 отходящих газов размещенного в теле нагревателя и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал 29 отходящих газов размещенный в теле днища нагревателя выполнен тангенциальным.

Газораспределительный механизм двигателя, обеспечивающий работу камеры воздушного компрессора (попеременная отсечка камеры от всасывающего или от нагнетательного каналов), выполнен как сдвоенный совмещенный аэродинамический обратный клапан 33, расположенный в теле днища внешней рубашки цилиндра, и реализован в виде торообразной пустотелой полости 34 с, как минимум одним, входным радиальным каналом 35, проходящим через внутреннюю боковую поверхность торообразной полости и связывающим полость с всасывающим каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом 36 соединяющим камеру воздушного компрессора с торообразной пустотелой полостью через ее внутреннюю и/или внешнюю боковую поверхность, при этом канал вывода сжатого воздуха или топливовоздушной смеси из воздушного компрессора расположен в теле днища внешней рубашки цилиндра и выполнен в виде тангенциального канала 37 выходящего через внешнюю боковую поверхность торообразной пустотелой полости аэродинамического обратного клапана отсечки воздуха или топливовоздушной смеси за пределы этой полости (в смежный цилиндр, с поршневым золотниковым «запиранием/отпиранием» выходного сечения канала в нем).

Аэродинамический клапан подачи воздуха или топливовоздушной смеси расположенный в теле поршня и выполненный в виде торообразной пустотелой полости 38 с, как минимум одним, входным радиальным каналом 39, связывающим полость с проходящим в поршне каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом 40 выходящим на боковую поверхность межпоршневой юбки.

Двигатель работает следующим образом.

Работа воздушного компрессора.

При увеличении объема подпоршневой камеры воздушного компрессора происходит наполнение камеры (19) атмосферным воздухом/горючей смесью.

При уменьшении объема - выдавливание воздуха/горючей смеси в камеру сгорания смежного противофазного цилиндра через его поршневой канал.

В случае его использования - совмещенный «сдвоенный» аэродинамический обратный клапан поочередно «отсекающий» камеру воздушного компрессора от всасывающей и нагнетающей магистралей работает следующим образом:

При увеличении объема подпоршневой камеры воздушного компрессора «забортный» воздух беспрепятственно (с некоторым пневматическим сопротивлением) поступает сначала через радиальные и затем через тангенциальные каналы в камеру воздушного компрессора, заполняя ее объем.

При уменьшении объема подпоршневой камеры воздушного компрессора происходит «выдавливание» воздуха из камеры через тангенциальные каналы в торообразную пустотелую полость, где он, «закручиваясь в вихрь», прижимается к ее внешней боковой поверхности и «не может попасть» в радиальные каналы всасывающей магистрали, выходящие на внутреннюю боковую поверхность полости, при этом свободно (по ходу) попадая в другие тангенциальные каналы расположенные на внешней боковой поверхности торообразной полости - каналы нагнетающей магистрали, а по ним, затем, в смежный цилиндр для наполнения камеры сгорания через канал в поршне.

На «входе» и «выходе» камеры воздушного компрессора могут быть установлены самодействующие клапаны и/или вращающийся дисковый золотниковый секторальный клапан, либо газораспределительные клапаны других типов, а также управляемые секторальные диски для корректировки начала и конца фаз впуска, а также секторный диск управления проходным сечением трактов для дросселирования проходящего потока - «акселератор».

На «входе» и «выходе» камеры воздушного компрессора также могут быть установлены ресиверы-аккумуляторы воздуха, карбюраторы, форсунки, датчики массового расхода воздуха (ДМРВ), теплообменники и другое.

Работа камеры с подводом теплоты.

При уменьшении объема надпоршневой (22) рабочей (плазменно-вихревой рабочей) камеры с подводом теплоты изначально наполненной рабочим газом (воздух, гелий, водород, углекислый газ, азот, метан, пропан-бутан, прочие моногазы или смеси), происходит его сжатие и выдавливание через тангенциальные каналы в вытеснительную полость с завихрением. За счет направленности вектора скорости вихревого потока рабочего газа к наружной стенке вытеснительной полости образованной внутренней стенкой холодильника (наружной рубашкой цилиндра) происходит «прижатие» потока рабочего газа к стенке с передачей теплоты сжатия холодильнику в результате взаимодействия. При этом взаимодействие вихревого потока рабочего газа с внутренней стенкой вытеснительной полости (образованной наружной поверхностью нагревателя) не является определяющим. При остановке поршня в мертвой точке - вихревое движение рабочего газа в вытеснительной полости прекращается трением и последующей газодинамикой.

При увеличении объема рабочей (плазменно-вихревой рабочей) камеры с подводом теплоты происходит истекание сжатого рабочего газа из вытеснительной полости через тангенциальные каналы с «обратным» завихрением уже в рабочей камере с отбором теплоты за счет расширения газа как от наружной поверхности нагревателя в вытеснительной полости, так и от внутренней поверхности нагревателя внутри рабочей камеры с совершением полезной работы по перемещению поршня и передачей ее вращающемуся выходному валу. При этом рабочая камера и вытеснительная полость совокупно являются камерой подвода теплоты от поверхностей нагревателя.

При подаче в плазменно-вихревую камеру энергии активации (ионизации, диссоциации) рабочего газа через ввод 41 плазмообразующей энергии (активатор) в такте сжатия рабочего газа - реализуется эффект «активной» регенерации теплоты сжатия с переносом ее из такта сжатия в такт расширения, что способствует уменьшению количества теплоты сжатия, «сбрасываемой» в холодильник, а значит - увеличению теплового КПД как рабочей камеры с подводом теплоты, так и гибридного двигателя в целом.

В качестве плазмообразующего воздействия для активации рабочего газа с его радикализацией и саморелаксацией может быть использован микроволновый (сверхвысокочастотный) СВЧ-разряд, инициатором которого выступает высоковольтный искровой разряд (искра) от свечи зажигания.

Для «питания» плазмообразующего СВЧ-разряда необходима СВЧ-энергия.

Источником СВЧ-энергии могут выступать генераторы микроволновых электромагнитных колебаний с различными по принципу СВЧ-приборами.

Также для плазмообразования в рабочем газе ДВПТ могут быть использованы генераторы высокочастотных (ВЧ) электромагнитных колебаний.

При этом, как представляется автору, наиболее востребованными будут генераторы со следующими, разрешенными для использования на территории Российской Федерации, номинальными частотами: 433,92 МГц, 915 МГц, 2450 МГц, 5800 МГц, генерируемые, в основном, СВЧ приборами - магнетронами.

Пример конструкций устройств плазменного (микроволново-искрового) зажигания для ДВС описан в патенте РФ №2418978 (публикация 20.05.2011 г. ), где использованы магнетроны от бытовых СВЧ-печей с частотой 2450 МГц.

У автора имеются собственные «наработки» конструкций активатора рабочего газа: совмещенных микроволновой и искровой свечей зажигания (СВЧ-искровой сборки) с посадочной резьбой м 18×1,5 и длиной резьбы 12 мм на базе свечи зажигания М8Т, а также в виде простой сборки с безрезьбовой посадкой.

Для гарантированного «зажигания» СВЧ-разряда без (или от) инициирующего высоковольтного искрового разряда в условиях высокой компрессии рабочего газа - дополнительно может быть использован еще и другой, автономный, активатор: «пушка»-контейнер («прожектор подсветки»), расположенный в поршне и выполненный в виде узконаправленного (в сторону СВЧ-ввода) осевого точечного радиоактивного источника ионизирующего излучения (аналогичные источники используются во входных приемных трактах мощных радиолокационных станций дальнего обнаружения (радаров) для защиты приемников от мощных импульсных помех, вызывающих свч-пробой в «ионизированном» участке тракта и гашение/отражение сигнала-зонда или сигнала-помехи на этом «короткозамыкающем» плазмоидном образовании).

Работа камеры внутреннего сгорания.

При уменьшении объема межпоршневой (27) камеры, являющейся кольцевой камерой внутреннего сгорания, происходит сжатие ранее помещенных в нее горючей смеси или воздуха (с впрыском топлива через форсунку 42) и воспламенение от воздействия высоковольтного искрового пробоя на свече зажигания 43. Выделившаяся при этом теплота нагревает сжатую смесь, от чего резко возрастает ее давление на межпоршневую рабочую поверхность поршня и производится полезная работа по перемещению поршня с ее передачей выходному валу и рабочей надпоршневой поверхности поршня для сжатия рабочего газа в рабочей камере с подводом теплоты (22).

При этом, в целях улучшения температурного режима работы форсунок и свечей зажигания, они своими частями корпусов «посажены» (вставлены, ввернуты) в тело внешней рубашки цилиндра (холодильник), но распылителями и искровыми электродами «проникают» в камеру сгорания.

Необходимо также учесть, что, при «авиационном исполнении» гибридного двигателя, форсунки и свечи - должны быть продублированы в каждом цилиндре, при этом возможно их попарное размещение (форсунка + свеча зажигания) в одном «колодце», выполняющем функцию форкамеры.

Воспламенившаяся горючая смесь нагревает внутренние цилиндрические стенки камеры внутреннего сгорания, являющиеся по совокупности внутренней поверхностью нагревателя, а отходящие газы нагревают наружную поверхность нагревателя, являющуюся внутренней поверхностью вытеснительной полости, для чего канал (каналы) отходящих газов проложен в теле днища и стенок нагревателя. При этом, за счет того, что канал отходящих газов проложенный в стенке нагревателя выполнен в виде пустотелой обечайки, а канал, в днище нагревателя выполнен не радиальным, а тангенциальным - происходит завихрение раскаленных отходящих газов с «прижиманием» к наружной поверхности обечайки канала и передачей теплоты «низкотемпературной» поверхности нагревателя (внутренней поверхности вытеснительной полости) для камеры с подводом теплоты. Газоходы 44 на выходе из пустотелой обечайки канала отвода газов служат для выхлопа газов в атмосферу и объединены через выхлопные трубки 45 в единую выхлопную трубу (систему) для каждого и всех цилиндров двигателя.

Далее, при движении поршня и приближении объема камеры сгорания к максимуму - происходит соединение камеры сгорания через канал (каналы) размещенный в поршне с каналом (каналами) отходящих газов размещенным в теле днища и стенки нагревателя и, с некоторой задержкой, соединение каналов подачи воздуха с камерой сгорания. В результате в камере сгорания происходит «продувка» и газообмен с заменой сгоревшей порции газов на новую порцию воздуха или горючей смеси. При обратном движении поршня на уменьшение объема камеры сгорания - происходит отсечение камеры сгорания от каналов подачи воздуха/горючей смеси, затем - отходящих газов.

Вышеописанная «продувка» камеры сгорания имеет существенный недостаток - при одновременно открытых каналах происходит выброс из камеры сгорания части свежей порции воздуха/горючей смеси в канал отходящих газов, заметно снижающий газонаполнение камеры сгорания (в то же время надо отметить, что выброс части свежей порции воздуха в канал отходящих газов, будет способствовать дожиганию отходящих газов с их очищением до «экологических норм» и передачей теплоты в нагреватель).

Для усовершенствования этого момента - в канале подачи воздуха/горючей смеси (взамен или в дополнение) применен аэродинамический обратный клапан, расположенный в теле поршня и выполненный в виде торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, приосевым радиальным входным каналом, связывающим полость с проходящим в поршне каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом, выходящим на боковую поверхность межпоршневой юбки и работающий следующим образом.

При движении поршня на открывание каналов, первым с камерой сгорания соединяется тангенциальный канал (каналы) аэродинамического клапана в поршне, при этом из-за высокого давления отходящие газы из камеры сгорания поступают по тангенциальному каналу (каналам) в торообразную полость аэродинамического клапана и, «закручиваясь» в вихрь, и, прижимаясь к наружной стенке полости - «запираются», и не могут попасть во входной канал (каналы) торообразной полости, т.е. отсекаются от канала подачи воздуха/топливовоздушной горючей смеси проходящего в теле поршня.

Затем, при соединении камеры сгорания с каналом (каналами) отходящих газов, их давление в камере сгорания из-за истечения резко падает, аэродинамический клапан «отпирается», и после закрытия каналов отходящих газов при дальнейшем обратном ходе поршня, через аэродинамический клапан происходит газонаполнение камеры сгорания новой порцией воздуха/горючей топливовоздушной смеси вплоть до «закрытия» (отсечения от камеры сгорания) тангенциального канала (каналов) поршневого аэродинамического клапана, выходящего на боковую поверхность межпоршневой юбки.

При газонаполнении камеры сгорания через тангенциальный канал (каналы) аэродинамического клапана происходит еще и завихрение выходящих потоков для лучшего перемешивания впрыснутой форсункой порции топлива.

Для компрессионного разделения рабочих камер друг от друга - гибридный двигатель (подобно адиабатному двигателю) может иметь несмазываемые (сухие) компрессионные уплотнения поршня, юбки и стенок рабочих камер (сжимные и обжимные кольца), выполненные из композитных материалов, а для отделения камеры воздушного компрессора от внутрикартерного пространства - обычные широко распространенные штоковые уплотнения.

При использовании в качестве как топлива, так и рабочего газа ДВПТ, (газообразных или сжиженных) синтез-газа, метана или пропан-бутановой смеси - при плотно притертых парах: стенка цилиндрического нагревателя - поршень, возможно обойтись без использования поршневых компрессионных колец между камерой с подводом теплоты и камерой внутреннего сгорания.

Поддержание оптимальных температур внутренней стенки камеры внутреннего сгорания и температуры отходящих газов на выходе гибридного двигателя при различных режимах его работы обеспечивается изменением начального (в начале такта сжатия) давления рабочего газа в рабочей камере с подводом теплоты за счет впрыска или стравливания порций рабочего газа (форсунки впрыска рабочего газа, клапаны стравливания и датчики давления рабочего газа - условно не показаны), уровнем подводимой мощности активирующей плазмообразующей энергии, а также регулированием элементов ДВС: управление положением дроссельной заслонки, управление фазами воздухоподачи, а также фазой и количеством впрыска топлива форсункой, управление моментом зажигания, преднаддувом воздуха, реализованным с помощью электронагнетателя или турбокомпрессора.

Дополнение теплового двигателя электрической машиной на валу: стартер/генератор/двигатель + воздухонагнетательный двигатель преднаддува с аккумуляторной и/или конденсаторной батареей - позволит существенно улучшить его эксплуатационные возможности по запуску «холодного» двигателя, по использованию форсажа тяги и торможению с рекуперацией, по повышению удельной и общей мощности, по экономии топлива и экологии.

Электромашина может быть соизмерима по мощности с тепловым гибридом.

Дополнение теплогибридного двигателя электрической машиной на валу так же позволит создавать различные транспортные средства с электрогибридной тягой: тепловой двигатель-электрогенератор-аккумулятор-электропривод.

«Авиационная» электромашина может быть надежной (бесколлекторной) и облегченной - как за счет обмотки «славянка» (Дуюнова), так и намотки проводом из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП), например, производства компании "СуперОкс". ВТСП-провода/ленты работают при температуре минус 250 градусов Цельсия и имеют плотность тока более 500 А/мм², что позволяет передавать без потерь по тонкому сверхпроводнику столько энергии, сколько по медному кабелю с сечением в сотни раз больше.

Для предохлаждения сверхпроводника может быть использован охлажденный азот, который останется после разделения воздуха на азот и кислород, используемый для дожигания отходящих газов в камере дожигания гибридного двигателя, а также для обогащения кислородом горючей топливной смеси в камере сгорания, при дополнении данной полезной модели - криогенной установкой разделения воздуха на жидкий азот и кислород.

То есть гибридный двигатель может дополнительно содержать тепловую машину, работающую по обратному термодинамическому циклу -холодильную/криогенную машину, что позволит вырабатывать «холод», в том числе, для поддержания в жидком состоянии топлива - сжиженных водорода или природного газа (метана) при их использовании и в качестве рабочего газа; криостатирования электроники опций (с целью снижения уровня шумов, повышения чувствительности и помехоустойчивости): радаров, навигаторов, головок наведения, «матриц» приборов ночного видения, тепловизоров и др.

Криомашина может быть как вращающейся (встроенной непосредственно в ротор) для криостатирования ротора электромашины с ВТСП, так и неподвижной (с приводом от вала гибрида) и выполняться, как и прототип данной полезной модели: «Тепловой двигатель с бесклапанным газораспределением», описанный в патенте RU 2576077 (27.02.2016 г.), относящийся к категории ДВПТ, с той лишь разницей, что при принудительном вращении вала с поршнями, отсутствии подводов теплоты к нагревателю и плазмообразующей энергии активации рабочего газа (гелия) в цилиндр - температура нагревателя будет опускаться до криогенных величин.

Техническим результатом полезной модели является совершенствование газораспределительных механизмов, увеличение приемистости и удельной мощности гибридного двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса, а также улучшение экологических параметров по качеству выхлопных газов и уменьшению теплового загрязнения окружающей среды.

Claims (12)

1. Двигатель, имеющий системы смазки, охлаждения, воздухоподачи, топливоподачи, зажигания, газораспределения и газоотведения, корпус-картер с расположенным в нем механизмом преобразования поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение вала, характеризующийся тем, что содержит, как минимум, два смежных парафазных ступенчатых цилиндра с головками, каждый из которых включает в себя камеру дожигания постоянного объема и по три смежных рабочих камеры переменного объема, образованных с участием поверхностей ступенчатого поршня, а также разделенные теплоизолятором нагреватель и холодильник, при этом холодильник выполнен в виде внешней ступенчатой рубашки цилиндра с днищем, внутренняя цилиндрическая поверхность части которой, днище и подпоршневая поверхность поршня образуют рабочую камеру воздушного компрессора, нагреватель выполнен в виде объемной внутренней рубашки цилиндра с объемным днищем, в которой головка цилиндра и надпоршневая поверхность поршня образуют заполненную газообразным рабочим телом надпоршневую рабочую или плазменно-вихревую с вводом плазмообразующей энергии рабочую камеру с подводом теплоты, связанную, как минимум одним, газоходным тангенциальным каналом с вытеснительной полостью, выполненной в виде пустотелой обечайки и расположенной между нагревателем и холодильником, а днище нагревателя, межпоршневая юбка и межпоршневая поверхность поршня образуют рабочую камеру внутреннего сгорания, имеющую со смежной надпоршневой камерой общую внутреннюю цилиндрическую поверхность нагревателя, как минимум один канал отходящих газов из камеры внутреннего сгорания размещен в теле нагревателя и его днища, а как минимум один канал подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру внутреннего сгорания размещен в теле внешней рубашки цилиндра таким образом, что позволяет поршню при возвратно-поступательном движении осуществлять золотниковое газораспределение с помощью расположенных в теле поршня газоходных каналов, выходящих на боковую поверхность межпоршневой юбки для связи камеры сгорания с каналами в нагревателе и в холодильнике, камера дожигания является частью канала отходящих газов, размещенного в теле нагревателя, и выполнена в виде пустотелой обечайки, а канал отходящих газов, размещенный в теле днища нагревателя, выполнен тангенциальным.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит аэродинамический обратный клапан подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру сгорания, расположенный в теле поршня и выполненный в виде торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, входным радиальным каналом, связывающим полость с проходящим в поршне каналом для подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру сгорания, и, как минимум одним, тангенциальным каналом, выходящим на боковую поверхность межпоршневой юбки.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газораспределительный механизм двигателя, обеспечивающий работу камеры воздушного компрессора, выполнен как совмещенный сдвоенный аэродинамический обратный клапан, расположенный в теле днища внешней рубашки цилиндра, и реализован в виде торообразной пустотелой полости с, как минимум одним, входным радиальным каналом, проходящим через внутреннюю боковую поверхность торообразной полости и связывающим полость с всасывающим каналом подачи воздуха или топливовоздушной смеси, и, как минимум одним, тангенциальным каналом, соединяющим камеру воздушного компрессора с торообразной пустотелой полостью через ее внутреннюю и/или внешнюю боковую поверхность, при этом канал вывода сжатого воздуха или топливовоздушной смеси из камеры воздушного компрессора расположен в теле днища внешней рубашки цилиндра и выполнен в виде тангенциального канала, выходящего через внешнюю боковую поверхность торообразной пустотелой полости за ее пределы.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газораспределительный механизм двигателя, обеспечивающий работу камеры воздушного компрессора, содержит механические клапаны газораспределения.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршень двигателя является составным, при этом его тело в районе межпоршневой юбки выполнено из жаропрочного металлического сплава, и/или керамики, и/или композитного материала.

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршень двигателя выполнен в виде тепловой трубы.

7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршень двигателя выполнен полым и заполнен легкоплавким металлом или сплавом металлов.

8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что ввод плазмообразующей энергии активации рабочего газа выполнен в виде сборки: СВЧ-ввода микроволновой энергии с встроенной в него искровой свечой зажигания.

9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит ввод плазмообразующей энергии активации рабочего газа, размещенный в поршне и выполненный в виде источника ионизирующего излучения.

10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что механизм преобразования поступательного движения штоков с поршнями во вращательное движение вала выполнен по бесшатунной схеме.

11. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит, как минимум одну, электрическую машину.

12. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит, как минимум одну, холодильную машину.

Images