МОТОКОМПРЕССОР-ГЕНЕРАТОР Российский патент 1995 года по МПК F02B71/04 

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания, приспособленным для определенных целей, комбинированных с приводимыми устройствами, а именно к мотокомпрессорам-генераторам для получения сжатого воздуха и электричества.

Целью изобретения является повышение эффективности такого рода устройств.

Известны мотокомпрессоры-генераторы, содержащие ДВС с поршнем, жестко связанным с выходным штоком, цилиндром, форсункой, впускными и выпускными клапанами, генератором электрического тока с обмотками статора и якорем в виде постоянного магнита, компрессором с всасывающими и нагнетательными клапанами, поршнем, цилиндром и баллоном для сжатого воздуха [1]
Указанный мотокомпрессор-генератор наиболее близок к предлагаемому изобретению по технической сущности и совокупности существенных признаков.

Недостатками известного мотокопрессора-генератора являются: громоздкость и большая масса из-за продольной компоновки вдоль оси выходного штока элементов генератора, компрессора и др. трудности с эффективным охлаждением.

В предлагаемом мотокомпрессоре-генераторе эти недостатки устранены за счет поперечной компоновки, при которой поршень ДВС неподвижен, а поршень компрессора выполнен с цилиндрической соосной с ним полостью, образующей цилиндр ДВС, который при работе совершает возвратно-поступательные движения, в поршне ДВС размещены форсунка и клапаны газораспределительного механизма, выполнены газораспределительные каналы, а якорь генератора имеет кольцевую форму и закреплен на поршне компрессора. Баллон для сжатого воздуха является внутренней полостью и располагается на цилиндре компрессора, а его дно образует крышку цилиндpа компрессора и имеет соосную цилиндрическую выемку, в которой размещена возвратная пружина и внутри и нее всасывающий клапан. Воздушный фильтр размещен над баллоном сжатого воздуха также внутри корпуса, который имеет цилиндрическую форму с топливным баком в верхнем отсеке и нижним отсеком, в котором размещены дозатор топлива и механизм управления клапанами. Данная компоновка позволяет разместить внутри корпуса практически все необходимые для работы элементы конструкции и достигнуть малой массы и компактных габаритных размеров и формы, обязательных для переносных и силовых установок.

Эффективное охлаждение достигается принудительной продувкой сжатым воздухом поршня ДВС по воздухоподводящим каналам, а также поршня компрессора, который является единым целым с цилиндром ДВС. При этом теплообмен происходит между большой площадью цилиндра ДВС, являющегося поршнем компрессора, и сжимаемой воздушной средой. Необходимо отметить, что воздух, принудительно нагнетаемый в камеру сгорания ДВС, нагревается в компрессоре, получая теплоту от поршня, охлаждает поршень ДВС, проходя через воздухоподводящие каналы, и, поступая в камеру сгорания с повышенным давлением и высокой температурой, обеспечивает качественное сгорание топлива. Сжатый воздух, находящийся в баллоне, получив теплоту от поршня компрессора, охлаждается посредством теплообмена с окружающей средой через радиатор и корпус.

Сопоставление аналогов и прототипа с предлагаемым изобретением показывает, что последнее обладает новизной и отвечает критерию "изобретательский уровень", поскольку совокупность характеризующих его существенных признаков не следует явным образом из техники совpеменного уровня. Промышленная применимость доказывается нижеследующим описанием.

На чертеже изображен предлагаемый мотокомпрессор-генератор, общий вид.

Мотокомпрессор-генератор содержит неподвижный поршень 1 ДВС, цилиндр 2 ДВС, форсунку 3, топливный бак 4, дозатор топлива 5, впускной клапан 6, выпускной клапан 7, механизм 8 привода клапанов, корпус 9 мотокомпрессора-генератора, обмотки 10 статора, якорь (кольцевой постоянный магнит) 11, всасывающий клапан 12, нагнетающий клапан 13, поршень 14 компрессора, цилиндр 15 компрессора, баллон 16 для сжатого воздуха, центральную выемку 17, возвратную пружину 18, верхний отсек 19, нижний отсек 20, фильтрующий элемент (воздушный фильтр) 21, воздухозаборные отверстия 22, воздухоподводящие каналы 23, газоотводящие каналы 24, топливоподводящую трубку 25, воздухоподводящую трубку 26, глушитель 27, выхлопную трубу 28, ребристый радиатор 29 охлаждения сжатого воздуха.

Мотокомпрессор-генератор имеет корпус 9, внутри которого размещены все основные части конструкции, в т.ч. в верхнем отсеке 19 расположен топливный бак 4, фильтрующий элемент воздушного фильтра 21, сообщающийся через воздухозаборные отверстия 22 с атмосферой, а через всасывающий клапан 12 с рабочей камерой компрессора 15. Баллон сжатого воздуха 16 сообщается нагнетательными клапанами 13 с камерой 15 и отводящей трубкой с потребителем (на чертеже не показана). Нижняя стенка (дно) баллона, образующая крышку цилиндра компрессора, имеет центральную цилиндрическую выемку, соосную с поршнем, в которой размещена возвратная пружина 18, опирающаяся на поршень 14 компрессора. В поршне 14 выполнена соосная с ним полость, образующая цилиндр ДВС 2. Поршень 1 ДВС неподвижно закреплен на корпусе 9 мотокомпрессора, в нем установлены форсунка 3, впускные 6 и выпускные 7 клапаны, а также выполнены воздухоподводящие 23 и газоотводящие 24 каналы. Каналы 23 трубкой 26 сообщены с баллоном 16, а каналы 24 с глушителем 27 и выхлопной трубой 28. На корпусе 9 закреплены обмотки статора 10 генератора, а на поршне 14 компрессора якорь 11 генератора, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита. В нижнем отсеке 20 установлены дозатор топлива 5, механизм 8 привода клапанов 6 и 7, а также глушитель 27. Механизм 8 связан механически с поршнем 14 компрессора. Дозатор 5 подводящей трубкой 25 соединен с баком 4, а отводящей трубкой с форсункой 3.

Мотокомпрессор-генератор работает следующим образом.

После взрыва топливовоздушной смеси в камере сгорания ДВС, расположенной в верхней части цилиндра 2, поршень 14 компрессора под действием давления газов в цилиндре 2 перемещается вверх, сжимая воздух, находящийся в цилиндре компрессора 15. В конце рабочего хода открываются нагнетательные клапаны 13 и сжатый воздух поступает в баллон 16, где охлаждается. Одновременно открываются выпускные клапаны 7 и происходит истечение выхлопных газов (через 24, 27, 28). Давление в цилиндре 2 падает, поршень 14 под действием сжатой пружины начинает движение вниз, при этом открываются клапаны 6 и сжатый воздух из баллона 16 через трубку 26, каналы 23 и клапаны 6 поступает в цилиндр 2, вытесняя продукты сгорания и охлаждения ДВС. Далее клапаны 7 закрываются, в цилиндре 2 создается избыточное давление воздуха, равное давлению в баллоне 16. Клапаны 6 закрываются, воздух в цилиндре сжимается под действием возвратной пружины 18. При этом открывается всасывающий клапан 12 компрессора, воздух из атмосферы через отверстия 22 и фильтр 21 поступает в цилиндр компрессора 15 (при закрытых клапанах 13). В конце такта сжатия через форсунку 3 впрыскивается топливо, которое воспламеняется теплотой сжатого воздуха и повторяется цикл рабочего хода ДВС, работающего в двухтактном режиме. В процессе возвратно-поступательного движения поршня 14 закрепленный на нем магнит-якорь 11 наводит в обмотках статора 10 ЭДС. Электрический ток с клейм генератора (на чертеже не показаны) поступает потребителю.

Описанный двухтактный двигатель может работать с любыми известными топливными системами, дозатор топлива может быть любой известной конструкции по принципу действия.

Мотокомпрессор-генератор предлагаемой конструкции также, как и прототип, не имеет сложной передачи на вал, подшипников, поэтому он прост в производстве и надежен в эксплуатации. В отличие от прототипа, поршень ДВС неподвижен и может эффективно охлаждаться воздухом, протекающим по каналам 23, а цилиндр ДВС отводом тепла в тело поршня 14 компрессора, имеющего большую площадь для теплообмена с сжимаемым воздухом. Неподвижность поршня позволяет применять и жидкостную систему охлаждения последнего. Расположение всасываюшего клапана 12 внутри пружины 18 уменьшает нагрузку на клапан, так как при максимальном давлении в цилиндре компрессора витки пружины сомкнуты и клапан изолирован. По сравнению с прототипом масса движущихся частей у данной конструкции меньше более чем в два раза при прочих одинаковых условиях за счет совмещения в единое целое поршня компрессора и подвижного цилиндра ДВС, а также размещения на поршне компрессора якоря генератора в виде кольцевого магнита, что позволило исключить силовой шток и уменьшить длину корпуса более чем в два раза по сравнению с прототипом при одинаковой мощности. Использование свободных полостей внутри компактного корпуса для размещения воздушного фильтра, баллона для сжатого воздуха и других необходимых элементов конструкции позволило получить конструкцию малой массы, габаритов и, следовательно, высокой удельной мощностью (приходящейся на единицу веса).

Использование: мотокомпрессор-генератор предназначен для выработки сжатого воздуха и электрического тока и может использоваться в полевых условиях военного дела, сельского хозяйства, в качестве силовой установки на карьерных самосвалах, имеющих электропривод, и других транспортных средствах. Сущность изобретения: мотокомпрессор-генератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), генератор электрического тока и поршневой компрессор. Поршень 1 ДВС неподвижен и в нем размещены форсунка 3, клапаны 6 и 7 и газовые полости в виде каналов для отвода выхлопных газов и подвода воздуха. Поршень компрессора 14 конструктивно совмещен с подвижным цилиндром ДВС, функции последнего выполняет полость, соосная с поршнем компрессора. Корпус мотокомпрессора-генератора 9 имеет цилиндрическую форму при выгодном соотношении высоты и диаметра, внутри корпуса контактно размещены топливный бак 4, воздушный фильтр 21, баллон для сжатого воздуха 16 с реберным радиатором для охлаждения воздуха и ДВС, глушитель 27, все элементы генератора электрического тока. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. МОТОКОМПРЕССОР-ГЕНЕРАТОР, содержащий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с поршнем, цилиндром, форсункой, соединенным с топливным баком дозатором топлива, впускными и выпускными клапанами, механизмом привода клапанов, генератор электрического тока с обмотками статора и якорем в виде постоянного магнита, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и компрессор с всасывающим и нагнетательными клапанами, поршнем, цилиндром, баллоном для сжатого воздуха и воздушным фильтром с фильтрующим элементом, возвратную пружину, отличающийся тем, что поршень компрессора выполнен с цилиндрической соосной с ним полостью, образующей цилиндр ДВС, поршень ДВС неподвижно закреплен на корпусе мотокомпрессора и в нем установлены форсунка, впускные и выпускные клапаны, выполнены газоотводящие и воздухоподводящие каналы, последние из которых сообщены с баллоном для сжатого воздуха, а якорь генератора имеет кольцеобразную форму и закреплен на поршне компрессора. 2. Мотокомпрессор-генератор по п. 1, отличающийся тем, что баллон для сжатого воздуха установлен на цилиндре компрессора, а его стенка, образующая крышку цилиндра, имеет центральную выемку, компрессор снабжен установленной в выемке возвратной пружиной, а всасывающий клапан расположен внутри пружины. 3. Мотокомпрессор-генератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что его корпус имеет компактную цилиндрическую форму, высота которого не более чем в 1,5 раза превышает диаметр, с топливным баком в верхней части и дозатором топлива и механизмом привода клапанов в нижней части, при этом воздушный фильтр и баллон для сжатого воздуха расположены внутри корпуса мотокомпрессора-генератора.