СПОСОБ РАБОТЫ ВАКУУМНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ВАКУУМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК F01B29/02 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкции вакуумного двигателя и способу его работы.

Известен способ работы многотопливного двигателя, который заключается в следующем: разворачиваются коренные наружные и внутренние эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами относительно коренных шеек коленчатого вала, тем самым поднимается или опускается коленчатый вал вместе с поршнями и обеспечивается регулировка объема камер в зависимости от вида топлива, а шатунные внутренние и наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами также разворачиваются относительно шатунных шеек коленчатого вала, и обеспечивается оптимальный объем камеры сгорания в зависимости от величины нагрузки на двигатель для конкретного вида топлива (патент РФ №2144992, 2001).

Многотопливный двигатель внутреннего сгорания содержит коренные внутренние и наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами, шатунные внутренние и наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами, поршни, камеру сгорания (патент РФ №2144992, 2001).

Преимущество указанного двигателя заключается в том, что повышается эффективность его работы.

Недостатками являются сложность конструкции и выделение большого количества отработанных газов в окружающую среду, что негативно влияет на экологическую обстановку.

Кроме того, при работе этого двигателя осуществляется тепловое воздействие на детали двигателя, что приводит к нарушению геометрии деталей, а в блоке и головке блока двигателя происходит кавитационное разрушение, из-за чего ресурс эксплуатации этого двигателя невысок.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ работы вакуумного двигателя, включающий создание разрежения в рабочей камере путем сообщения ее с вакуумной камерой для перемещения поршня к верхней мертвой точке и подачу в рабочую камеру газа для перемещения поршня к нижней мертвой точке.

Для воздействия на поршень в рабочую камеру подают аммиак. Для создания разрежения в рабочей камере в вакуумную камеру подают хлористый водород. Под влиянием реакции аммиака и хлористого водорода и образования твердого нашатыря, оседающего на стенках вакуумной камеры, в последней образуется пониженное давление. В результате этого поршень под давлением внешнего атмосферного давления поднимается к верхней мертвой точке (а.с. СССР №23033, кл. F01В 29/02, 1931).

Вакуумный двигатель для реализации указанного способа включает цилиндры с поршнями, образующие рабочую камеру, поршень соединен с коленчатым валом через шатун, в крышке цилиндра выполнены отверстия, одно - для сообщения рабочей камеры цилиндра с вакуумной камерой через вакуумный патрубок, снабженный краном, а второе - для подачи газа в рабочую камеру. Устройство имеет резервуар для хлористого водорода, который подают через патрубок в вакуумную камеру (а.с. СССР №23033, кл. F01В 29/02, 1931).

Недостатком данного способа и устройства для его осуществления является использование высокотоксичных газов - аммиака и хлористого водорода. Это предъявляет жесткие требования по обеспечению безопасности и ограничивает возможность использования данного решения в связи с возможностью утечки газов и загрязнения окружающей среды. Кроме того, в данном устройстве невозможно регулировать мощность, так как в замкнутом объеме вакуумной камеры сложно создавать высокое или низкое разрежение за счет образования твердого нашатыря в результате реакции аммиака и хлористого водорода.

Задачей изобретения является создание усовершенствованного способа работы вакуумного двигателя и устройство для его осуществления.

Технический результат - повышение безопасности работы за счет исключения использования токсичных компонентов и обеспечение регулирования мощности устройства - достигается тем, что в способе работы вакуумного двигателя, включающем создание разрежения в рабочей камере путем сообщения ее с вакуумной камерой для перемещения поршня к верхней мертвой точке и подачу в рабочую камеру газа для перемещения поршня к нижней мертвой точке, согласно изобретению, на крышке цилиндра устанавливают пружинный клапан со штоком, один конец которого обращают к поршню для оказания давления на шток при перемещении поршня к верхней мертвой точке и сообщают рабочую камеру с атмосферой через пружинный клапан при изменении положения штока под давлением поршня для запуска воздуха и перемещения поршня к нижней мертвой точке.

Вакуумный двигатель для реализации предлагаемого способа, включающий цилиндры с поршнями, образующие рабочие камеры, поршни соединены с коленчатым валом через шатуны, в крышке каждого цилиндра выполнены отверстия, одно - для сообщения рабочей камеры цилиндра с вакуумной камерой через вакуумный патрубок, снабженный краном, а второе - для подачи газа в рабочую камеру, согласно изобретению, снабжен компрессором, распределительным валом с кулачками и толкателями, каждый из цилиндров имеет пружинный клапан, расположенный со стороны отверстия для подачи газа, в корпусе пружинного клапана установлен с возможностью взаимодействия с поршнем и перемещения шток, снабженный упором и пружиной, в корпусе клапана выполнено отверстие для сообщения рабочей камеры с атмосферой, а кран на каждом вакуумном патрубке связан с распределительным валом через толкатель.

Установка на крышке цилиндра пружинного клапана со штоком обеспечивает возможность сообщения рабочей камеры с атмосферой и позволяет использовать атмосферный воздух в качестве рабочего тела для перемещения поршня к нижней мертвой точке.

Создание разрежения в рабочей камере двигателя с помощью компрессора исключает применение каких-либо токсичных газов и обеспечивает безопасность работы двигателя. При этом достигается возможность регулирования мощности и расширяется область использования двигателя, так как в связи с отсутствием ядовитых компонентов и токсичных выхлопов он может быть установлен в закрытых и непроветриваемых помещениях.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид вакуумного двигателя; на фиг.2 - пульт управления, общий вид; на фиг.3 - пружинный клапан, продольный разрез.

Вакуумный двигатель включает вакуумную камеру 1, соединенную с компрессором 2, вакуумный трубопровод 3, крышки цилиндров 4, между крышкой 4 и блоком цилиндров имеется уплотнительная прокладка 5. На вакуумном трубопроводе 3 установлен автоматический кран 6 для подачи вакуума из вакуумной камеры 1 в вакуумный трубопровод 3. Между вакуумной камерой 1 и компрессором 2 установлены краны 7 и 8. На вакуумном трубопроводе 3 установлен вакуумный патрубок 9 с краном 10.

Вакуумный двигатель включает цилиндры 30, 33, 36 и 38 с поршнями 29, 32, 35 и 39, образующие рабочие камеры. Поршни соединены с коленчатым валом (не показан) через шатуны 31, 34, 37 и 40. Цилиндры 30, 33, 36 и 38 размещены в блоке 41.

В крышке 4 каждого цилиндра выполнены отверстия, одно 13, 18, 22 и 26 - для сообщения рабочей камеры цилиндра с вакуумной камерой 1 через вакуумные патрубки 9, 14 и вакуумные шланги 12, 16, 19 и 23, а второе 51 - для подачи газа в рабочую камеру. Распределительный вал 27 выполнен с кулачки (не показаны). Каждый из цилиндров 30, 33, 36 и 38 имеет пружинный клапан, расположенный со стороны отверстия 51 для подачи газа. В корпусе 48 пружинного клапана установлен с возможностью взаимодействия с поршнем и перемещения шток 50, снабженный упором 52 и пружиной 49, в корпусе 48 клапана выполнено отверстие 51 для сообщения рабочей камеры с атмосферой. Упор 52 имеет изолирующую прокладку 53. Каждый из кранов 10, 15, 20 и 24 на вакуумных патрубках 9, 14 связан с распределительным валом 27 через толкатель 11, 17, 21 и 25 с пружиной. Вакуумные шланги 12, 16, 19 и 23 соединены с отверстиями 13, 18, 22 и 26 крышки 4 за счет специальных штуцеров (не показаны). Краны 7 и 8 смонтированы на вакуумном трубопроводе 28. Кроме того, на вакуумном трубопроводе 3 установлен стабилизатор вакуума 42, который служит для увеличения или уменьшения мощности вакуумного двигателя и который соединен с вакуумным шлангом 43 и вакуумметром 44, расположенным на приборном щитке 47, на котором также установлен тумблер 46, связанный проводами 45 с автоматическим краном 6.

Вакуумный двигатель работает следующим образом.

Включают тумблер 46 на приборном щитке 47, и вследствие чего по проводам 45 передаются импульсы на автоматический кран 6, который открывается, и вакуум из вакуумной камеры 1 распространяется по вакуумному трубопроводу 3, а оттуда по вакуумным патрубкам 9 и 14, причем, вакуумный патрубок 9 имеет меньший внутренний диаметр в сравнении с вакуумными патрубками 14. Этот фактор связан со стабилизацией давления в трубопроводе 3. Кроме того, вакуумный стабилизатор 42 выравнивает степень разрежения на всем участке вакуумного трубопровода 3.

Далее торцы толкателя 11 с пружиной, а также торец толкателя 21 с пружиной контактируют попеременно с выступами кулачков распределительного вала 27, причем другие торцы толкателей 17 и 25 со своими пружинами также контактируют с выступами кулачков распределительного вала 27. В результате чего торцы толкателей воздействуют на пробки одного или нескольких кранов, например 10 и 15 или 20 и 24, краны открываются и сообщают вакуумные шланги 12, 16, 19 и 23 с вакуумной камерой 1 и затем с рабочей камерой в цилиндрах 30, 33, 36 и 38 через отверстия 13, 18, 22 и 26 в крышках 4. В результате чего поршни 29, 32, 35 и 39 с шатунами 31, 34, 37 и 40 приходят в движение, так как разрежение над поршнями 29, 32, 35 и 39 и атмосферное давление на участке соединения поршней 29, 31, 32 и 34 с шатунами 31, 34, 37 и 40 предопределяют возвратно-поступательное движение поршней 29, 32, 35 и 39, и их шатуны 31, 34, 37 и 40 заставляют вращаться коленчатый вал (не показан). Таким образом осуществляется запуск вакуумного двигателя, при этом следует отметить, что поршень перемещается к верхней мертвой точке за счет разрежения, создаваемого вакуумной камерой, и притягивания к крышке 4 блока 41. Для того, чтобы снять разрежение в рабочей камере, необходимо осуществить запуск воздуха из атмосферы. Это реализуется за счет пружинных клапанов 48. При перемещении поршня к верхней мертвой точке он оказывает своим днищем давление на шток 50, один конец которого выступает на некоторую длину в пространство рабочей камеры между днищем поршня и головкой цилиндра, и тем самым под действием днища шток 50 перемещается в верхнее положение и сжимает упором 52 пружину 49. По окончании перемещения штоков 50 с упорами 52 и максимальном сжатии пружины 49 открывается доступ атмосферного воздуха через отверстия 51 в рабочие камеры двигателя. Поршни получают возможность возвратно-поступательно перемещаться. В дальнейшем после доступа воздуха в рабочую камеру штоки 50 со своими упорами 52 перемещаются в первоначальное положение под действием пружины 49. Упоры 52 штоков 50 перекрывают отверстия 51. Прокладки 53 обеспечивают герметичность системы, поэтому исключается доступ воздуха в пространство рабочей камеры. При этом вышеуказанные циклы работы пружинных клапанов при работе вакуумного двигателя повторяются вплоть до остановки работы вакуумного двигателя.

В дальнейшем при работе вакуумного двигателя в соответствии с вращением коленчатого вала с помощью шестерни включается в работу компрессор 2. С началом работы компрессора 2 автоматически открываются краны 7 и 8 на вакуумном трубопроводе 28, и в вакуумной камере 1 создается разрежение. Вакуум вновь распространяется при открытом автоматическом кране 6 в вакуумный трубопровод 3, в вакуумные патрубки 9 и 14, а затем попеременно при открытии кранов 10, 15, 20 и 24 с помощью того или иного толкателя 11, 17, 21 и 25 попеременно по вакуумным шлангам 12, 16, 19 и 20 попеременно в цилиндры 30, 33, 35 и 38 через отверстия 13, 18, 22 и 26 крышки 4, и в это время возвратно-поступательно перемешаются поршни 29, 32, 35 и 39 со своими шатунами 31, 34, 37 и 40, которые взаимодействуют с коленчатым валом, передавая ему крутящий момент. Вращение вала приводит механизм, например, автомобиля в движение. Увеличение или уменьшение мощности вакуумного двигателя осуществляется за счет стабилизатора вакуума 42 (например, по патенту РФ №2110698). Поворотом тумблера 46 вправо или влево, установленным на приборном щитке 47, производят включение устройства, в результате чего импульсы поступают по проводам 45 в автоматический кран 6 вакуумной камеры 1, в которой после поданных импульсов увеличивается или уменьшается степень разрежения. В зависимости от этого увеличивается или уменьшается величина вакуума в рабочих камерах цилиндров 30, 33, 36 и 38, что приводит к увеличению или уменьшению мощности вакуумного двигателя.

Кроме того, ресурс эксплуатации вакуумного двигателя значительно выше, чем у двигателя внутреннего сгорания из-за отсутствия у вакуумного двигателя таких негативных факторов, как тепловые воздействия, кавитационные разрушения и другие факторы, которые влияют на нарушение геометрических параметров деталей двигателей внутреннего сгорания.

По сравнению с прототипом заявленный двигатель характеризуется безопасностью работы за счет исключения использования токсичных компонентов и позволяет регулировать мощность устройства.

Способ работы вакуумного двигателя и вакуумный двигатель относятся к энергомашиностроению. Способ реализуется за счет того, что создают разрежение в рабочих камерах путем сообщения их с вакуумной камерой для перемещения поршней к ВМТ и подачи в рабочие камеры воздуха для перемещения поршней к НМТ, на крышке блока для каждого цилиндра устанавливают пружинные клапаны со штоками, один конец каждого из которых обращают к поршню для давления на его шток при перемещении поршня к ВМТ и сообщают рабочие камеры с атмосферой при изменении положения штоков под давлением поршней для впуска воздуха и перемещения поршней к НМТ. Двигатель снабжен компрессором и распределительным валом с кулачками и толкателями, поршни соединены с коленчатым валом посредством шатунов, в крышке блока цилиндров для каждого цилиндра выполнены отверстия: одно - для сообщения рабочей камеры с вакуумной камерой посредством патрубка с краном, связанным с распределительным валом через толкатель, а второе - для подачи воздуха в рабочую камеру, каждый пружинный клапан имеет корпус и шток, снабженный упором и пружиной для взаимодействия с поршнем. Изобретение обеспечивает возможность регулирования мощности двигателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ работы вакуумного двигателя, включающего блок цилиндров с поршнями, заключающийся в создании разрежения в рабочих камерах цилиндров путем сообщения их с вакуумной камерой для перемещения поршней к верхним мертвым точкам и подачи в рабочие камеры воздуха для перемещения поршней к нижним мертвым точкам, отличающийся тем, что на крышке блока цилиндров для каждого цилиндра устанавливают пружинные клапаны со штоками, один конец каждого из которых обращают к соответствующему поршню для оказания давления на его шток при перемещении поршня к верхней мертвой точке и сообщают рабочие камеры с атмосферой посредством пружинных клапанов при изменении положения штоков под давлением поршней для впуска воздуха и перемещения поршней к нижним мертвым точкам.2. Вакуумный двигатель, содержащий блок цилиндров с поршнями, образующими в цилиндрах рабочие камеры, вакуумную камеру и коленчатый вал, отличающийся тем, что он снабжен компрессором и распределительным валом с кулачками и толкателями, а каждый цилиндр снабжен пружинным клапаном, при этом поршни соединены с коленчатым валом посредством шатунов, в крышке блока цилиндров для каждого цилиндра выполнены отверстия: одно с возможностью сообщения его рабочей камеры с вакуумной камерой посредством соответствующего вакуумного патрубка с краном, связанным с распределительным валом через толкатель, а второе - с возможностью подачи воздуха в рабочую камеру, причем каждый пружинный клапан цилиндра расположен со стороны отверстия для подачи воздуха и имеет корпус и шток, снабженный упором и пружиной и установленный с возможностью перемещения и взаимодействия с поршнем, и в корпусе каждого пружинного клапана выполнено отверстие с возможностью сообщения рабочей камеры с атмосферой.