СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F02B47/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к двигателестроению, а именно к силовым установкам, использующим в качестве рабочего тела парогазовую смесь.

Цель изобретения - повышение эффективности путем снижения весогабаритных показателей и расширения диапазона применения.

На фиг. 1 изображена схема описываемой установки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2.

Силовая установка содержит корпус 1, раздельные части которого (верхняя и нижняя) скреплены болтами 2. В центральной части корпуса установлены подшипники 3, создающие опору валу 4, на котором установлен наклонный разъемный диск 5. По периметру диска выполнена канавка, в которой могут свободно катиться шары 6 с отверстиями. В отверстии каждого шара свободно вставлен палец 7, а его противоположный конец жестко закреплен на штоке 8.

На концах штока установлены поршни 9, которые разделяют полость цилиндра 10 на две части и совершают возвратно-поступательное движение. Цилиндры закрыты крышкой 11 и закреплены по периметру корпуса 1. Ниже средней части каждого цилиндра на его стенке выполнен впускной канал 12, который закрыт крышкой 13 с обратным клапаном 14 и подпружинен пружиной 15. Выше по стенке цилиндра выполнены выхлопные окна 16, а на противоположной стенке выполнены продольные канавки 17, причем в верхней части канавки выполнены в виде косого наклона. На каждом поршне, прилегающем к продольным канавкам, выполнен косой срез 18. На стенке каждого цилиндра выполнен газоотводящий канал 19, который закрыт заслонкой 20. В заслонке выполнено отверстие, закрытое газоотводящим клапаном 21, заслонка закрыта крышкой 22, свободное пространство между заслонкой и крышкой имеет канал в емкость 23, выполненную в виде соединенных труб с предохранительным клапаном 24, а выпускная труба перекрыта краном 25. На хвостовой части газоотводящего клапана 21 установлен колпак 26, подпружиненный пружиной 27, которая закрыта крышкой 28. В крышке установлен упор 29, один конец которого выведен в отверстие крышки, другой конец при сжатом состоянии пружины может упираться на колпак. Упор поджимается эксцентриком, который выполнен цельным и вместе с блоком образует блок-эксцентрик 30.

Блок-эксцентрик подвижно установлен на оси 31 и подпружинен пружиной 32. С двух сторон от разъемного диска на валу жестко установлены втулки 33, каждая с кулачком 34. На корпусе жестко установлены топливные насосы 35 высокого давления (один насос для каждого цилиндра), которые приводятся в действие посредством толкателя 36 с колесиком 37. Толкатель подвижно установлен на оси 38, а его колесико контактирует с поверхностью втулки 33. В верхней части каждого цилиндра установлены форсунка 39 для впрыска топлива и форсунка 40 для впрыска воды. Крышка 41 скреплена с корпусом, закрывает подшипники, предотвращает осевое смещение поворотной втулки 42, фиксирует неподвижный конец пружины 43, поджимающей поворотную втулку. В верхней части крышки установлена втулка 44, способная поворачиваться, которая от осевого смещения зафиксирована кольцом 45, с внутренней стороны крышки жестко установлены водяные насосы 46 высокого давления. Каждый водяной насос смещен в плоскости на α градусов по отношению к топливному насосу высокого давления по ходу вала (фиг. 2). От оси вала насосы одинаково удалены. Толкатель 47 установлен подвижно на оси 48, его опорная часть имеет складную ножку 49 с колесиком 50 и подпружинена пружиной 51.

Складная ножка под усилием пружины способна занять осевое положение по отношению к насосу, упираясь упором 52 на выступ толкателя. Максимальный ход толкателя ограничен упором 53. На поворотной втулке 42 выполнены окна 54, через эти окна проходят складные ножки с колесиком, которые способны контактировать с поверхностью втулки 33. Поворотная втулка 42 поднимает ножку толкателя, на ней закреплен канат 55 (фиг. 1), другой конец которого посредством блоков 56 выведен на вытяжной шток 57 и закреплен.

Шток зафиксирован штифтом 58. Подвижная часть устройства закрыта кожухом 59, на ее стенке установлен винтовой механизм 60, который по направляющим стойкам 61 перемещает планку 62. На планке закреплены канаты 63, каждый противоположный конец его посредством блока 64 и отверстия 65 (фиг. 3) в корпусе выведен, намотан и закреплен на втулке 44 (фиг. 1). На этой втулке выше закреплены и намотаны канаты 66, противоположные концы которых посредством блоков (блоки на чертежах не показаны) выведены и намотаны каждый на свой блок-эксцентрик 30.

Силовая установка работает следующим образом.

При принудительном вращении вала 4, установленного на подшипниках 3, вместе с валом вращается наклонно установленный разъемный диск 5, при этом шары 6 свободно катятся в канавках разъемного диска, а свободно вставленный в шар палец 7 передает усилие на шток 8, который с установленными на концах поршнями 9 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндрах 10, т. е. вращательное движение вала преобразуется в возвратно-поступательное движение штоков и поршней, и наоборот. При движении поршня вверх в цилиндре под поршнем образуется разрежение, обратный клапан 14 открывается и объем под поршнем заполняется воздухом (фиг. 4). При движении поршня вниз обратный клапан закрывается. В начале движения поршня вниз воздух под поршнем будет сжиматься, а затем над поршнем откроются выхлопные окна 16 и продольные канавки 17, сжатый воздух из-под поршня по продольным канавкам устремится в объем над поршнем. Причем в результате косого среза 18, выполненного на поршне, и косого наклона на выходе продольных канавок в цилиндре сжатая струя воздуха устремится направленно в верхнюю часть объема над поршнем, а имеющиеся газы в объеме выдуваются в выхлопные окна в атмосферу. При движении поршня вверх поршень перекроет выхлопные окна и продольные канавки, воздух начнет сжиматься в цилиндре над поршнем. Усилие пружины 27 газоотводящего клапана 21 должно быть больше давления на клапан в момент сжатия воздуха в данной точке поршня.

При достижении поршнем верхней точки кулачок 34 на втулке 33 набежит на колесико 37 толкателя 36, который приведет в действие топливный насос 35 высокого давления и одновременно сработает форсунка 39 для впрыска топлива, которая впрыснет топливо в сжатую среду над поршнем. Горючее воспламенится, образуется газовое давление, под напором которого поршень совершит рабочий ход вниз до выхлопных окон 16.

Отработавшие газы устремятся в атмосферу. Дальнейшее движение поршня произойдет за счет разъемного диска и работы других поршней. Поршни, закрепленные на разных концах одного штока, работают в противофазе, а поршни, расположенные против верхней и нижней частей разъемного диска, работают синхронно, создают пару сил, вращая вал. Вращение вала повторяет циклы работ в каждом цилиндре, создавая суммарный крутящий момент на валу. Разъемный диск одновременно является и маховиком, сглаживает момент вращения вала. Когда двигатель прогреется, для образования парогазового давления необходимо включить в работу водяной насос 46 высокого давления. Для этого надо вытащить штифт 58, шток 57 переместится влево до упора, канат 55 натянется, втулка 42 под усилием пружины 43 повернется в исходную позицию, откроются окна 54. Под усилием пружины 51 складная ножка 49 толкателя 47 выпрямится и упрется упором 52 на выступ толкателя, а колесико 50, набегая на кулачок 34 втулки 33, приведет в работу водяной насос 46 высокого давления, одновременно сработает форсунка 40 для впрыска воды, которая впрыснет порцию воды в камеру над поршнем. В горячей газовой среде пылевидная вода испаряется, превращаясь в пар. Впрыснутая в камеру вода, испаряясь, создает дополнительное давление на поршень, при этом температура сжатой среды дополнительно снижается на парообразование. При впрыскивании воды в камеру поршень совершает рабочий ход при более высоком среднем давлении, чем без воды, а в атмосферу уходит остаток давления при меньшей температуре.

Для перевода работы силовой установки в режим двигателя - генератора парогазового давления или в режим генератора парогазового давления необходимо винтовым механизмом 60 переместить планку 62 вправо от стенки кожуха 59. Закрепленный на планке канат 63 другим концом наматывается на втулку 44. На этой втулке канаты 66, разматываясь, наматываются каждый на свой блок-эксцентрик 30. Усилие для наматывания каната создает каждая пружина 32, поворачивающая блок-эксцентрик на оси 31. Упор 29 под действием пружины 27 переместится в сторону эксцентрика. При этом газоотводящий клапан 21 посредством колпака 26 пожимается только пружиной 27. При выполнении этих требований двигатель начинает работать в режиме генератора парогазового давления. Происходит это следующим образом.

В цилиндре сохраняется последовательность работ как при режиме работы двигателя при впрыскивании воды в цилиндр, но теперь по прохождении поршнем начала канала 19 давлением парогаза открывается газоотводящий клапан 21 и газы устремляются в емкость 23. Значительная часть газов уходит в емкость 23, по ходу поршня объем увеличивается, давление над поршнем падает, пружина 27 закрывает отсечной клапан. Оставшиеся газы перемещают поршень дальше вниз, открываются выхлопные окна 16 и газы удаляются в атмосферу. При этом часть энергии газов, перепущенных в емкость 23, может расходоваться на вспомогательные работы устройства, например на сжатие воздуха, работу насосов и т. д. Перемещая винтовым механизмом 60 планку 62 влево или вправо, поворачиваем синхронно блоки-эксцентрики 30, т. е. посредством упора 29 регулируется распределение давления в цилиндре и емкости. (56) Авторское свидетельство СССР N 1330343, кл. F 02 B 27/08, 1987.

Сущность изобретения: силовая установка содержит объединенные в блок штокопоршневые цилиндры, размещенные по периметру корпуса, приводимые в возвратно-поступательное движение посредством вала с наклонным разборным диском. Топливные и водяные насосы, установленные лучеобразно на одном расстоянии от оси вала, питают свои форсунки в цилиндрах посредством кулачка на приводном валу, а надпоршневые полости цилиндра содержат газоотводящий канал в емкость с клапаном, подпружиненным пружиной регулируемой жесткости посредством эксцентрика, который управляется канатом, связанным с винтовым механизмом. Силовая установка дополнительно содержит механизм отключения подачи воды в цилиндры, выполненный в виде толкателей углообразной формы с подпружиненной складной ножкой с роликом, где складная ножка поджимается поворотной подпружиненной втулкой в корпусе, управляемой посредством каната и вытяжного штока с фиксацией последнего. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая вертикальный вал с закрепленным на нем наклонным диском, снабженным кольцевой канавкой, шары с отверстиями, размещенными в канавке, цилиндры, в каждом из которых установлен шток с поршнями на его концах, разделяющими нижнюю и верхнюю части цилиндров на надпоршневые и подпоршневые полости, причем днища поршней выполнены с косыми срезами, каждая из надпоршневых полостей снабжена выпускным каналом, каждая из подпоршневых полостей - впускным каналом с подпружиненным клапаном, каждая из верхних и нижних частей цилиндров снабжена перепускным каналом, выполненным в стенке цилиндра и соединяющим надпоршневую и подпоршневую полости, в отверстиях шаров установлены пальцы, сочленные со штоками, а в надпоршневых полостях установлены форсунки для впрыска воды и топлива, соединенные соответственно с насосами подачи воды и с топливными насосами, кинематически связанными с кулачковым валом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения веса-габаритных показателей и расширения диапазона применения, установка дополнительно содержит газоотводящие клапаны, снабженные пружинами регулируемой жесткости и эксцентриками, вытяжной шток, винтовой механизм и управляющие канаты, причем цилиндры объединены в блок цилиндрической формы и размещены по его периметру, топливные насосы и насосы подачи воды установлены на одном расстоянии от оси блока, а надпоршневые полости выполнены с газоотводящими каналами, в каждом из каналов размещен газоотводящий клапан и эксцентрик этого клапана при помощи управляющего каната связан с винтовым механизмом. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит механизм отключения подачи воды в цилиндры, выполненный в виде толкателей углообразной формы, роликов и подпружиненных втулок, каждый из роликов установлен на одном из концов толкателя и кинематически связан с кулачковым валом, торец толкателя, противоположный ролику, примыкает к подпружиненной втулке, которая управляется канатом, связанным с вытяжным штоком.