СИЛОВАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ РОТОРНО-ЛОПАСТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА РАБОЧИЕ ОРГАНЫ АГРЕГАТА Российский патент 2003 года по МПК F16H41/00 F02B37/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в энергомашиностроении, тепловозостроении, судостроении, авиации и тракторо- и автомобилестроении.

Известны методы использования сжатого воздуха выхлопных и сжатых газов в силовых передачах: в газовых турбинах, энергоприводах лопаточных машин (см., например, описание изобретения к патенту РФ RU 2056555 C1, 6 F 16 Н 41/000, от 20.03.1996 г. ), в пневмосистемах станков, турбокомпрессорах двигателей внутреннего сгорания (см., например, патент GB 1044176 A, F 02 В 37/00).

Эти методы узкоспецифичны и малоэффективны, неуправляемы в изменении вращения по направлению и скорости, в изменении крутящего момента по величине силы и направлению действия, что не позволяет исключать при их помощи из кинематики тракторов, комбайнов и прочей техники громоздких коробок перемены передач и дифференциалов задних мостов.

В качестве прототипа предлагается принять известный двигатель с турбокомпрессором использования энергии выхлопных газов (патент GB 1044176 А, кл. F 02 В 37/00, опубл. 28.09.1966 г.), содержащий дистибютор, разделенный лопатками и размещенный в полом корпусе с каналами, подводящими выхлопные газы от коллектора с клапаном на оси, управляемой рычагом.

Известная конструкция прототипа использования энергии выхлопных газов для приведения рабочих органов агрегата во вращение является неуправляемой по скорости вращения последних, не имеет реверсирования их хода и изменения крутящего момента.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности управляемости процессом передачи энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на рабочие органы агрегата с целью достижения возможностей изменения их скорости вращения, реверсирования хода, изменения крутящего момента, необходимых для варьирования при эксплуатации агрегата, без наличия громоздких коробок перемены передач и дифференциала заднего моста.

Технический результат достигается тем, что в агрегатах с роторно-лопастными двигателями внутреннего сгорания вместо узлов известной силовой передачи устанавливается роторно-лопастная машина или другая турбинная установка, приводимая в движение выхлопными газами, поступающими по газопроводам с клапанами управления и тройником с лопатками на управляемой оси из выхлопных коллекторов двигателя внутреннего сгорания агрегата, и передающая вращательное движение на ходовую часть, вал отбора мощности или другие органы, изменяя скорость их вращения, направление вращения, крутящий момент с перераспределением его усилия на валы ходовой части без наличия коробки перемены передач и дифференциала заднего моста.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый метод использования выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в силовой передаче отличается тем, что благодаря конструкции системы газопроводов с клапанами управления, тройника с лопатками на управляемой оси и роторно-лопастной машины, приводимой в движение выхлопными газами и передающей вращение на ходовую часть, вал отбора мощности агрегата или другие рабочие органы, изменяется их скорость вращения, реверсирование хода, крутящий момент, необходимые для варьирования при эксплуатации без наличия коробки перемены передач и дифференциала.

Таким образом, заявляемый метод использования выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в силовой передаче соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, а и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что дает право сделать вывод о соответствии критерию "существенное отличие".

На фиг. 1 изображена схема параллельного включения секций роторно-лопастной машины в работу.

На фиг.2 изображена схема последовательного включения секций роторно-лопастной машины в работу.

На фиг.3 изображена схема параллельного включения заднего хода рабочего вала роторно-лопастной машины.

На фиг. 4 изображена схема последовательного включения заднего хода рабочего вала роторно-лопастной машины.

На фиг.5 изображено сечение секции вдоль оси вала роторно-лопастной машины.

На фиг. 6 изображено сечение секции вдоль перпендикулярной оси вала роторно-лопастной машины.

Устройство силовой передачи энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на рабочие органы агрегата будет выглядеть следующим образом.

Силовая передача энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на рабочие органы агрегата содержит по меньшей мере один блок роторно-лопастных машин, приводимых в движение выхлопными газами, включающий в себя одну или более секцию в виде (см. фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6) цилиндрического корпуса (статора) 1, эксцентрично расположенного на валу 7 ротора 2, лопасти 3 которого установлены в его радиальных пазах 4 с возможностью перемещения, двух торцевых крышек 5 с подшипниками 6, крепежных опор 8, газопроводов 9 без клапана к секции "а" и с клапанами 12, 13, 14 к секциям "б", "в", "г", газопроводов 10 (от каждой секции), обводных газопроводов 11 с клапанами 18, 20, 22 к секциям "б", "в", "г", коллектора 15 с клапаном 23, коллектора 16 с клапанами 17, 19, 21, 24 и присоединенным к его концу глушителем 27, газопроводов реверсирования хода 25 и 26 с клапанами 28 и 29, тройника 30 с лопатками на управляемой оси, связанного тягой 31 с рулевым управлением (на фигурах не показано), трехходового клапана стопа 32 (связанного с тормозной педалью, которая на фигурах не показана), соединительной трубы 33, соединяющей силовую передачу с выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания (которая на фигурах не показана).

Чтобы при работе в силовой передаче не возникало мертвых зон, ее секции на валу 7 смещаются на 45 градусов относительно друг друга.

Работа силовой передачи энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на рабочие органы агрегата будет происходить следующим образом.

Выхлопные газы из выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания (не показано) через соединительную трубу 33, минуя трехходовой клапан стопа 32, и тройник 30 с лопатками на управляемой оси будут перемещаться:
1. При прямом ходе (фиг.1) газы движутся в коллектор 15, когда клапаны (по ходу движения газов) 23, 12, 13, 14, 17, 19, 21, 24 открыты, а клапаны 18, 20, 22, 28, 29 закрыты, через газопроводы 9 поступают одновременно в секции "а", "б", "в", "г", создавая параллельное усилие на лопасти 3. При этой ситуации на рабочем валу 7 развивается максимальный крутящий момент с минимальной скоростью вращения. Далее выхлопные газы, провернув лопасти 3 в секциях от впускного окна к выпускному, выходят в газопроводы 10, из которых поступают в коллектор 16, а из него через глушитель 27 выходят в атмосферу.

2. При прямом ходе (фиг.2), когда клапаны 12, 13, 14, 17, 19, 21, 28, 29 закрыты, а клапаны 18, 20, 22, 23, 24 открыты, газы из коллектора 15 поступают последовательно из секции "а" в секцию "б", из секции "б" в секцию "в", из секции "в" в секцию "г", через глушитель 27 в атмосферу. При такой ситуации развивается максимальная скорость вращения вала 7.

3. При реверсионном вращении вала (фиг.3), когда клапаны 23, 24, 18, 20, 22 закрыты, а клапаны 28, 29, 17, 19, 21, 12, 13, 14 открыты, газы параллельно поступают в секции "а", "б", "в", "г", развивается максимальный крутящий момент при минимальной скорости вращения рабочего вала 7. При таком расположении клапанов обратное вращение вала 7 достигается за счет того, что газы через газопровод реверсирования 26 поступают в коллектор 16, а затем в обратном направлении через газопроводы 10 и 11, через секции "а", "б", "в", "г", приводя их роторы во вращение, и через газопроводы 9 - в коллектор 15, из которого через газопровод реверсирования 25 поступают в глушитель 27, а из него выходят в атмосферу.

4. При последовательном включении (фиг.4) секций "а", "б", "в", "г" для реверсирования вращения вала 7 скорость его вращения развивается максимально, когда клапаны 23, 24, 12, 13, 14, 17, 19, 21 закрыты, а клапаны 28, 29, 18, 20, 22 открыты.

Варианты группирования клапанов в блоки управления могут быть и другими для получения более широкого диапазона скоростей вращения рабочего вала 7.

На фиг. 5 изображено сечение секции роторно-лопастной машины вдоль оси рабочего вала 7. В цилиндрическом корпусе (статоре) 1 на валу 7, подвешенном на опорах 8, установлен ротор 2, в радиальных пазах 4 которого установлены пластины 3 с возможностью перемещаться. При помощи крышек 5 и подшипниковых узлов 6 ротор 2 имеет возможность вращения вокруг своей оси.

На фиг. 6 изображено сечение секции роторно-лопастной машины перпендикулярно оси вращения ротора 2, а также показаны места установки газопроводов 9 и 10 в корпусе (роторе) 1.1

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в энергомашиностроении, тепловозо- и судостроении, авиации, тракторо- и автомобилестроении. Передача содержит блоки роторно-лопастных машин, которые приводятся в движение выхлопными газами. Блоки роторно-лопастных машин содержат секции, каждая из которых выполнена в виде цилиндрического корпуса (статора), эксцентрично расположенного на рабочем валу ротора. Лопасти ротора установлены в радиальных пазах корпуса с возможностью перемещения. Соединительная труба служит для подвода выхлопных газов к секциям посредством содержащих клапаны управления коллекторов подвода/отвода, газопроводов подвода/отвода и обводных газопроводов. Последние связывают газопроводы подвода/отвода между собой. В соединительной трубе установлены трехходовой клапан стопа и тройник с лопатками, который перераспределяет рабочее усилие от выхлопных газов на рабочие валы роторов блоков машин путем поворота лопаток. Коллекторы отвода/подвода связаны между собой газопроводами реверсирования хода, содержащими клапаны управления. Коллектор отвода снабжен глушителем. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные качества силовой передачи. 6 ил.

Силовая передача энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на рабочие органы агрегата, содержащая по меньшей мере один блок роторно-лопастных машин, приводимых в движение выхлопными газами, поступающими по газопроводам, отличающаяся тем, что блок роторно-лопастных машин содержит по меньшей мере одну секцию, выполненную в виде цилиндрического корпуса (статора), эксцентрично расположенного на рабочем валу ротора, лопасти которого установлены в его радиальных пазах с возможностью перемещения, соединительную трубу для подвода выхлопных газов к секциям посредством содержащих клапаны управления направлением движения выхлопных газов коллекторов подвода/отвода, газопроводов подвода/отвода и обводных газопроводов, последние из которых связывают газопроводы подвода/отвода между собой, при этом в соединительной трубе установлены трехходовой клапан стопа, а также тройник с лопатками на управляемой оси для перераспределения рабочего усилия от выхлопных газов на рабочие валы роторов блоков машин путем поворота лопаток, причем коллекторы отвода/подвода связаны между собой газопроводами реверсирования хода, также содержащими клапаны управления, при этом коллектор отвода снабжен глушителем.