МОТОКОМПРЕССОР Российский патент 1997 года по МПК F04B35/00 F01B23/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к установкам, содержащим двигательную и компрессорную части, и может быть использовано на передвижных компрессорных установках и в компоновке с реактивно-поршневым двигателем.

Известны свободнопоршневые двигатели-мотокомпрессоры [1, 2] (а.с. N 928050, кл. F О2 В 71/00, N 985363, кл. F О2 В 71/00), которые имеют двигательную часть, состоящую из двигателя внутреннего сгорания со свободнодвижущимися поршнями и компрессорную часть, состоящую из компрессорных цилиндров.

Поршни двигательные и компрессорные жестко соединены между собой. Каждая группа поршней соединена между собой с помощью механизма синхронизации, который состоит из коромысла и рычагов, шарнирно связанных с рабочими поршнями.

Двигатели со свободнодвижущимися поршнями работают по принципу двухтактного двигателя, который преобразует энергию сгорания топлива в энергию сжатого воздуха с помощью компрессорных цилиндров. Возврат рабочих поршней на сжатие осуществляется сжатым воздухом буферных цилиндров, в результате чего скорость поршней снижается и количество ходов уменьшается, следовательно, снижается расход сжатого воздуха.

Передача энергии от рабочих поршней к компрессорным производится напрямую с минимальными потерями на трение между поршневыми кольцами и цилиндрами, благодаря чему КПД этих двигателей достигает 0,38-0,43.

Недостатком этих мотокомпрессоров является малая цикличность ходов (в пределах 800-1200 ходов/мин), обусловленная отсутствием вращательного движения и наличием тяжелых движущихся масс поршней.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является поршневая машина, содержащая корпус, на котором оппозитно расположены цилиндры с поршнями. Причем с одной стороны корпуса расположены рабочие, а с другой стороны компрессорные. Машина содержит реечно-шестеренчатый механизм синхронизации поршней [3]
Известная машина работает по принципу двухтактного двигателя, рабочие цилиндры которой преобразуют тепловую энергию в энергию сжатого воздуха с помощью компрессорных цилиндров.

Недостатком этой машины является малая мощность и малый расход сжатого воздуха из-за отсутствия вращательного движения и тяжелых движущихся масс поршней.

Задачей изобретения является повышение мощности и получение большого расхода сжатого воздуха при наличии малого удельного расхода топлива.

Задача достигается наполнением рабочих цилиндров сжатым воздухом с давлением 2 кг/см² и снижением веса движущихся масс поршневых групп, для чего штоки и поршни выполнены тонкостенными, полыми и имеют ребра жесткости и цилиндрические бобышки, куда запрессованы штоки. В поршни установлены запорные, пластинчатые клапаны.

На фиг.1 изображен мотокомпрессор, главный вид; на фиг.2 сечение А-А; на фиг. 3 сечение Б-Б; на фиг.4 входной патрубок; на фиг.5, 6 - пластинчатый клапан.

Предлагаемый мотокомпрессор содержит корпус 1, на котором установлены два рабочих цилиндра 2 и два компрессорных цилиндра 3, магнето 4 и электростартер 5 (фиг.1-3). В корпус установлен шатунно-кривошипный механизм 6, на оси которого посажен маховик 7.

На рабочих цилиндрах (снизу) установлены выхлопной патрубок 8 и (сверху) две газовые форсунки 9. На компрессорных цилиндрах (снизу) установлены выходной патрубок 10 и (сверху) два входных патрубка 11 (на каждом цилиндре по одному патрубку). На компрессорных цилиндрах и выходном патрубке 10 установлены нагнетательные пластинчатые клапаны 12, которые во время работы поджаты к седлам а толкателями 13 с помощью кулачков 14 (фиг.1, 6). Кулачки посажены на валик, который связан кинематически с рукояткой управления мотокомпрессором (на фиг.2 валик не показан).

На компрессорных цилиндрах (спереди) имеются конусные бобышки б и обтекатели в, выполненные в виде ребер литьем заодноцелое с цилиндром. На этих цилиндрах (внутри) установлены всасывающие пластинчатые клапаны 15,16, которые крепятся винтами 17 к бобышкам б (фиг.2).

В цилиндрах 2 установлены рабочие поршни 18,19, а в цилиндрах 3 установлены компрессорные поршни 20,21 (фиг.2). Поршни имеют цилиндрические бобышки г,д и ребра жесткости е,ж, выполненные литьем заодноцелое с поршнями. В бобышках расточены отверстия, куда запрессованы штоки 22,23. Поршни и штоки выполнены тонкостенными и полыми. В поршни установлены запорные, пластинчатые клапаны 24,25.

Штоки с кривошипом 6 соединены с помощью вилок 26 и шатунов 27. Вилки с шатунами соединены шарнирно с помощью осей 28. Вилки со штоками соединены сваркой (фиг.2).

Шатунно-кривошипный механизм имеет две полуоси 29,30 и диск 31 (фиг.3). Диск имеет с двух сторон оси и, которые выполнены заодноцелое с диском. С целью обеспечения постановки кривошипа с шатунами и поршневых групп, корпус 1 выполнен сборным из двух частей: основания 32 и крышки 33 (фиг.3).

На основании и крышке имеются бобышки к, которые выполнены литьем заодноцелое с ними. В бобышках расточены отверстия, куда запрессованы втулки 34. На втулках выполнены отверстия л подвода масла. На корпусе 1 имеется гнездо, куда установлен электростартер 5 и закреплен хомутами 35 (фиг.2,3).

На компрессорном цилиндре выполнены два входных окна, на которые установлен патрубок (фиг.4). Патрубок содержит корпус 1, который имеет входной канал А и полость Б. Корпус имеет две бобышки в,г, в отверстиях которых выполнены канавки под уплотнительные кольца 2. На бобышке в выполнено гнездо, куда установлены тарельчатые пружины 3, обеспечивающие плавный поворот оси 4. На бобышке в навернута гайка 5, обеспечивающая поджатие пружин (фиг.4).

На оси установлена дроссельная заслонка 6 и закреплена штифтами 7. На оси напрессована втулка 8 и одет рычаг 9, закрепленный гайкой 10. По торцу корпуса выполнены два окна, куда установлены пластинчатые клапана 11, содержащие седло Д и клапан Е, имеющий форму лепестков. На седле выполнена бобышка и с отверстием, а на клапане выполнен штифт К. Бобышка и штифт обеспечивают сборку клапана 11. Рычаги 9 патрубков кинематически связаны с рукояткой управления мотокомпрессором.

На рабочих и компрессорных поршнях установлены пластинчатые клапана 24,25 (фиг. 2). Между собой клапаны не имеют конструктивных отличий, только имеют разные посадочные диаметры А (фиг.5). Клапаны содержат седло 1 и пластинку 2, выполненную по форме лепестков Б. На седле выполнены окна, имеющие форму лепестков. Окна постоянно закрыты лепестками Б пластинки. Седло и пластинка соединены заклепками 3. В центре клапана выполнено отверстие В, обеспечивающее сборку штока с поршнем.

Принцип работы клапана. Под действием давления воздуха лепестки отгибаются, пропуская воздух через окна седла. При обратной ходе поршня лепестки закрывают окна, обеспечивая перекрытие потоку воздуха. Пластинчатые клапана работают как прямоточные клапана, вызывая минимальное сопротивление воздуха по сравнению с тарельчатыми и стержневыми клапанами.

Принцип работы мотокомпрессора. При запуске движение передается поршням от электростартера 5 через пару шестерен 36,37, на маховик 7 и кривошип 6 (фиг. 3). Мотокомпрессор работает по принципу двухтактного двигателя, но с наполнением рабочих цилиндров сжатым воздухом с давлением 2 кг/см². Запуск производится без наддува при давлении 0,85 кг/см², со степенью сжатия Е 6, а с наддувом будет работать при Е 6•2=12. При запуске дроссельная заслонка 6 на входном патрубке должна быть приоткрытой на угол 30^o (фиг.4), а клапана 12 на патрубке 10 открыты с помощью кулачков 14 (фиг.1). Движение кулачков, дроссельных заслонок, магнето и дроссельного газового золотника производится синхронно при вращении рукоятки управления мотокомпрессором (схема автоматики не патентуется).

Поршневой блок движется по стрелке 1 (фиг.2). В полости Р компрессорного цилиндра производится всасывание воздуха через клапаны 11 входного патрубка, а в полости Ф второго компрессорного цилиндра производится сжатие воздуха - клапаны 11 второго патрубка 11 закрыты. Второй поршневой блок движется по стрелке П (фиг.2).

В полости С сжатие воздуха не производится, так как клапаны 12 открыты. Под действием сжатого воздуха клапан 25 открыт и воздух наполняет полость поршня 21. По штоку 23 воздух перетекает в полость поршня 19. Под давлением клапан 24 открывается и воздух заполняет полость Ч и продувочные каналы Н. В полости П рабочим поршнем 18 производится сжатие воздуха, клапан на поршне прижат воздухом. Газообразное топливо поступает из баллона по трубке на форсунку 9 (фиг.1) (cистема питания пока не патентуется). Отверстие 3 на рабочем цилиндре 2 еще не закрыто поршнем 19 и газ через отверстие 3 поступает в полость Х. Отверстие 3 перекрывается поршнем 19, поступление газа в полость Х прекращается. В полости Х производится сжатие рабочей смеси. В это время в полости М производится продувка и ее наполнение сжатым воздухом, который перетекает из полости П через продувочные каналы Н. В это время окна, продувочные и выхлопные открыты поршнем 18. Поршень 19 дошел до верхней мертвой точки и на свечу 38 подается электроток от магнето. Рабочая смесь в полости Х зажигается, производится рабочий ход поршня 19. Блоки поршней движутся в обратные стороны, и циклы повторяются вновь. В это время электростартер автоматически отключается.

При повороте рукоятки управления сектором газа расход газа через форсунки 9 увеличивается, одновременно дроссельная заслонка 11 на входных патрубках автоматически открывается на угол 60^o. Расход воздуха через полости Р, Ф компрессорных цилиндров увеличивается, производится наполнение рабочих цилиндров сжатым воздухом с давлением 2 кг/см². Это давление обеспечивается клапаном 24 на рабочих поршнях. Мотокомпрессор выходит на номинальный режим 3000 об/мин. Клапаны 12 полностью прижаты к седлам а и сжатый воздух с давлением 3,6 кг/см² и расходом 55 л/с поступает на потребитель (в баллон) через клапаны 12 и патрубок 10.1

Использование: двигатели внутреннего сгорания, в частности к установки, содержащие двигательную и компрессорную части, и может быть использовано на передвижных компрессорных установках и в компоновках с реактивно-поршневым двигателем. Сущность изобретения: для обеспечения большого наддува рабочих цилиндров сжатым воздухом в 2 кг/см² штоки и поршни выполнены полыми тонкостенными и имеют ребра жесткости и цилиндрические бобышки, куда запрессованы штоки, причем в поршни установлены пластинчатые клапана. Для обеспечения запуска на низких степенях сжатия, на компрессорных цилиндрах установлены входные патрубки, содержащие по два пластинчатых клапана и дроссельную заслонку с рычагом, закрепленных на оси поворота. Для снятия нагрузки с электростартера, на компрессорных цилиндрах и выходном патрубке установлены пластинчатые клапаны, автоматически открывающиеся при запуске с помощью толкателей и кулачков, кинематически связанных с рукояткой управления. Для снижения гидропотерь на входе в компрессорные цилиндры установлены пластинчатые клапаны, для крепления которых выполнены литьем заодноцелое с цилиндром конусная бобышка и обтекатели. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Мотокомпрессор, содержащий корпус, на котором установлены рабочие и компрессорные цилиндры и реечно-шестеренчатый механизм синхронизации поршней, отличающийся тем, что штоки и поршни выполнены тонкостенными, полыми и имеют ребра жесткости и цилиндрические бобышки, куда запрессованы штоки, причем в поршни установлены пластинчатые клапаны, обеспечивающие перетекание сжатого воздуха из компрессорных цилиндров в полости рабочих цилиндров через полые штоки и поршни. 2. Мотокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что на компрессорных цилиндрах установлены входные патрубки, содержащие по два пластинчатых клапана и дроссельную заслонку с рычагом, закрепленных на оси поворота. 3. Мотокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что на компрессорных цилиндрах и выходном патрубке установлены пластинчатые клапаны, автоматически открывающиеся при запуске с помощью толкателей и кулачков, кинематически связанных с рукояткой управления. 4. Мотокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что на входе в компрессорный цилиндр установлен пластинчатый клапан, для крепления которого выполнены литьем за одно целое с цилиндром конусная бобышка и обтекатели.