ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F01B25/02 F01L5/04 F01L7/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, преимущественно, в качестве силовой установки для транспортных средств с экологически чистым выхлопом.

Из уровня техники известен пневмодвигатель, выполненный в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, впускными и выпускными каналами, поршни, кинематически связанные с выходным валом, золотниковый механизм распределения, который сообщает цилиндры с впускными каналами, подключенными к источнику сжатого воздуха, и выпускными каналами (SU 1548475 A1, F 01 B 23/02, 1990; SU 1629570 A1, F 01 B 23/02, 1991). Золотниковый механизм распределения выполнен в виде концентрических золотников с осевым перемещением, что усложняет конструкцию пневмодвигателя.

Известна также поршневая расширительная машина, содержащая однорядный блок цилиндров с головкой, поршни, кинематически связанные с выходным валом, распределительный механизм с вращающимся золотником, сообщающим камеры расширения цилиндров с впускными каналами, которые связаны с источником рабочего тела (SU 989120 А, F 01 B 1/02, 1983). Основным недостатком данного решения является использование в качестве источника рабочего тела тепловой трубы, пар из зоны испарения которой при внешнем подводе тепла поступает в охлаждаемые камеры расширения цилиндров, что сложно и не надежно в работе и конструктивно малопригодно для реального использования, например, на транспортном средстве.

Изобретение направлено на создание простой и надежной в работе конструкции пневмодвигателя, пригодно для использования в качестве силовой установки для транспортного средства.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в пневмодвигателе, выполненном в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, поршни, кинематически связанные с выходным валом, распределительный механизм с вращающимся золотником, сообщающим камеры расширения цилиндров с впускными каналами, выполненными в головке цилиндра и подключенными к источнику сжатого воздуха, выпускной трубопровод, согласно изобретению в теле установленного в расточке головки цилиндров вращающегося цилиндрического золотника выполнены глухие дозирующие камеры с радиальными каналами, которые периодически поочередно сообщаются с впускными каналами и с впускными окнами, выполненными в головке цилиндра со стороны камеры расширения соосно впускным каналам, при этом в стенке цилиндров в зоне нижней мертвой точки выполнены выпускные окна, соединенные с выпускным трубопроводом.

При этом глухие дозирующие каналы золотника выполнены Г-образными с возможностью изменения объема и снабжены дополнительными осевыми каналами, в которых установлены на резьбе с возможностью осевого перемещения регулировочные пробки.

Кроме того, камеры расширения цилиндров дополнительно снабжены системой внешнего подвода тепла.

Предпочтительно, чтобы во впускных каналах и впускных окнах головки цилиндров со стороны золотника были установлены подпружиненные уплотнительные втулки из самосмазывающегося материала с добавками бисульфидо-молибдена, торцевые, прилегающие к золотнику поверхности которых выполнены сопряженными с цилиндрической поверхностью расточки головки цилиндров под золотник.

Выполнение вращающегося золотника распределительного механизма с глухой дозирующей камерой изменяемого - регулируемого объема в сочетании с размещением выпускных окон в стенке цилиндров внешнего подвода тепла к камере расширения при простоте конструктивного решения снижает потери в окружающую среду, приближает процесс расширения рабочего тела к изотермическому, что повышает экономичность, эффективность и надежность работы пневмодвигателя и делает его пригодным для использования в качестве силовой установки, в том числе и на транспортном средстве.

На чертеже представлен общий вид пневмодвигателя.

Пневмодвигатель выполнен в виде поршневой расширительной машины и содержит однорядный блок цилиндров 1 с головкой 2, поршни 3, кинематически связанные с выходным валом 4, и вращающийся золотник 5 цилиндрической формы распределительного механизма, установленный в цилиндрической расточке головки 2, в теле которого выполнены глухие дозирующие камеры (число которых соответствует числу цилиндров) Г-образной формы с радиальными каналами 6 и осевыми каналами 7, в которых установлены на резьбе с возможностью осевого перемещения регулировочные пробки 8.

В головке 2 соосно выполнены впускные каналы 9, подключенные посредством впускного трубопровода к источнику сжатого воздуха (на чертеже не показано), и со стороны камеры 10 расширения цилиндров 1 впускные окна 11, соосно которым со стороны золотника 5 оппозитно установлены уплотнительные втулки 12 и 13 (соответственно) из самосмазывающегося материала (например, чугуна, тегракса или бронзы с добавками бусульфидо-молибдена) с перепускными каналами 14, торцевые прилегающие к золотнику 5 поверхности которых выполнены цилиндрическими - сопряженными с цилиндрической поверхностью расточки головки 2 и подпружинены для герметичности к золотнику 5 пружинами 15.

В стенке 16 цилиндров 1 в зоне нижней мертвой точки выполнены выпускные окна 17, соединенные с выпускным трубопроводом 18. Блок цилиндров 1 снабжен рубашкой 19 для подвода тепла в камеру 10 расширения. Герметичность золотника 5 и втулок 12, 13 относительно головки 2 обеспечивается уплотнительными элементами 20. Золотник 5 кинематически связан с выходным валом передачей 21.

Пневмодвигатель работает следующим образом.

Когда поршень 3 находится вблизи нижней мертвой точки (на чертеже - справа), открывается выпускное окно 17 в стенке 16 цилиндра 1, и отработавший воздух под собственным давлением через выпускной трубопровод 18 выбрасывается в атмосферу, при этом радиальный канал 6 дозирующей камеры золотника 5 данного цилиндра 1 сообщается через перепускной канал 14 втулки 12 с соответствующим впускным каналом 9 и подключается к источнику сжатого воздуха, а порция сжатого воздуха заполняет дозирующую камеру.

При движении поршня 3 вверх от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке происходит предварительное сжатие оставшейся в цилиндре 1 части отработавшего воздуха, при этом радиальный канал 6 заполненной сжатым воздухом дозирующей камеры вращающегося золотника 5 отходит от впускного канала 9 и герметизируется в поверхности цилиндрической расточки головки 2 оппозитными уплотнительными втулками 12 и 13 и уплотнительными элементами 20.

Когда поршень 3 проходит верхнюю мертвую точку (на чертеже - слева), радиальный канал 6 вращающегося золотника 5 совмещается с перепускным каналом 14 втулки 13, при этом порция сжатого воздуха из дозирующей камеры золотника 5 через впускные окна 11 поступает в камеру 10 расширения цилиндра 1 и соединяется с предварительно сжатой частью отработавшего воздуха. Давление в камере 10 расширения возрастает, в результате этого поршень 3 начинает двигаться вниз к нижней мертвой точке, передавая давление воздуха коленчатому валу 22, который создает на выходном валу 4 крутящий момент.

При движении поршня 3 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке воздух в процессе расширения дополнительно подогревается теплом, подводимым от внешнего источника через рубашку 19, и совершает внешнюю полезную механическую работу с высоким эффективным КПД. Режимами работы пневмодвигателя можно управлять, регулируя расход - порции сжатого воздуха путем изменения объема дозирующей камеры посредством перемещения регулирующей пробки 8 в осевом канале 7.

Пневмодвигатель может быть использован, преимущественно, в качестве силовой установки для транспортных средств с экологически чистым выхлопом. Пневмодвигатель выполнен в виде поршневой расширительной машины и содержит однорядный блок цилиндров с головкой, поршни, кинематически связанные с выходным валом, распределительный механизм с вращающимся цилиндрическим золотником, установленным в расточке головки и сообщающим камеры расширения цилиндров с впускными каналами, выполненными в головке и подключенными к источнику сжатого воздуха, выпускной трубопровод. В теле золотника выполнены глухие дозирующие камеры с радиальными каналами, которые периодически поочередно сообщаются с впускными каналами и с впускными окнами, выполненными в головке со стороны камеры расширения соосно впускным каналам, а в стенке цилиндров в зоне нижней мертвой точки выполнены выпускные окна, соединенные с выпускным трубопроводом. Изобретение обеспечивает надежность и простоту. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пневмодвигатель, выполненный в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, поршни, кинематически связанные с выходным валом, распределительный механизм с вращающимся золотником, сообщающим камеры расширения цилиндров с впускными каналами, выполненными в головке цилиндра и подключенными к источнику сжатого воздуха, выпускной трубопровод, отличающийся тем, что в теле установленного в расточке головки цилиндров вращающегося цилиндрического золотника выполнены глухие дозирующие камеры с радиальными каналами, которые периодически поочередно сообщаются с впускными каналами и с впускными окнами, выполненными в головке цилиндра со стороны камер расширения соосно с впускными каналами, при этом в стенке цилиндров в зоне нижней мертвой точки выполнены выпускные окна, соединенные с выпускным трубопроводом.2. Пневмодвигатель по п.1, отличающийся тем, что глухие дозирующие каналы золотника выполнены Г-образными с возможностью изменения объема и снабжены дополнительными осевыми каналами, в которых установлены на резьбе с возможностью осевого перемещения регулировочные пробки.3. Пневмодвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что камеры расширения цилиндров дополнительно снабжены системой внешнего подвода тепла.4. Пневмодвигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что во впускных каналах и впускных окнах головки цилиндров со стороны золотника установлены подпружиненные уплотнительные втулки из самосмазывающегося материала с добавками бисульфидомолибдена, торцевые прилегающие к золотнику поверхности которых выполнены сопряженными с цилиндрической поверхностью расточки головки цилиндров под золотник.