ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК F02M49/02 F02M47/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший аналог заявленного изобретения - патент SU 1838659 «Электроуправляемая форсунка с газовым поршнем». Цель запатентованного изобретения - упрощение конструкции топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания. Описание сущности изобретения данного аналога поясняется чертежом - фиг.1.

Электроуправляемая форсунка с газовым приводом содержит корпус 1, в котором выполнена цилиндрическая проточка 2, размещенный в ней соосно цилиндр 3 с полостью, газовый поршень 4 с пружиной 5. В поршне 4 выполнены распылитель 6 и направляющая цилиндрическая поверхность 7, взаимодействующая с цилиндром 3. Игла 8 с пружиной 9 установлена запорной поверхностью в распылителе 6, а подпружиненным концом в цилиндре 3 с образованием гидрозапорной камеры 10. Поршень 6 установлен на цилиндре 3 с образованием гидроаккумулирующей камеры 11. Аккумулирующая камера 11 сообщена каналом 12 с первым обратным клапаном 13 с гидрозапорной камерой 10, которая сообщается через второй обратный клапан 14 с магистралью 15 низкого давления, а при помощи сливной магистрали 16 с полостью 17 золотникового клапана 18, имеющего электромагнитный привод 19 и возвратную пружину 20. Магистраль 15 низкого давления периодически сообщается с полостью 17 при помощи канала 21, а цилиндрическая проточка 2 сообщается с камерой сгорания 22 двигателя.

Форсунка работает следующим образом.

При ходе сжатия давление в цилиндре двигателя и камере сгорания 22 повышается. Газовый поршень 4, сжимая пружину 5, перемещается вверх (по чертежу). Одновременно происходит сжатие топлива в аккумулирующей камере 11 и гидрозапорной камере 10. Клапаны 13 и 14 закрываются. При этом давление в гидрозапорной камере 10 удерживает иглу 8 в закрытом положении. При подаче сигнала на электромагнитный привод 19 золотниковый клапан 18, сжимая возвратную пружину 20, перемещается вправо (по чертежу) и сообщает сливную магистраль 16 с каналом 21 магистрали 15 низкого давления. Давление в гидрозапорной камере 10 падает, что позволяет игле 8 под действием давления в аккумулирующей камере 11 открыть распылитель 6, который впрыскивает топливо в камеру сгорания 22 двигателя. При снятии сигнала с электромагнитного привода 19 золотниковый клапан 18 под действием возвратной пружины 20 перемещается в исходное положение. Сливная магистраль 16 отсоединяется от магистрали 15 низкого давления. Давление в гидрозапорной камере 10 вновь возрастает и игла 8 перекрывает распылитель 6. Впрыскивание топлива прекращается. Варьируя длительность сигнала, можно изменять количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания 22. При уменьшении давления в камере сгорания 22, например, при ходе всасывания двигателя, газовый поршень 4 под действием пружины 5 возвращается в исходное положение. Давление в аккумулирующей камере 11 и гидрозапорной камере 10 падает. Топливо из магистрали 15 низкого давления через обратный клапан 14 поступает в гидрозапорную камеру 10 и далее по каналу 12 через первый обратный клапан 13 в аккумулирующую камеру 11. Форсунка готова к следующему циклу.

Предлагаемое изобретение отличается от аналога более простой кинематической схемой и возможностью использования его во всех типах свободнопоршневых двигателей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия пневматического привода топливной форсунки свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания, сблокированного с линейным электрогенератором (далее - двигатель).

В состав двигателя входят, фиг.2: 1- камера сгорания, 2, - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 13 - клапаны управления потоком продуктов сгорания, 5, 9 - поршни привода компрессора, 6 - шток, 7, 8 - поршни компрессора, 10, 11, 12, 16, 17, 18 - воздухоразделительные клапаны, 14 - катушка якоря или постоянный магнит, 15 - статорная катушка.

При пуске двигателя (фиг.2) в камеру сгорания 1 форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4поступают в левую полость поршня привода компрессора 5, в результате чего поршень привода компрессора 5 и соединенные с ним штоком 6 поршни компрессора 7 и 8 и поршень привода компрессора 9 начинают движение слева направо. Воздух из правой полости поршня 5 через открытый клапан 10 перетекает в левую полость поршня 7. Воздух из правой полости поршня 8 через открытый клапан 11 поступает в камеру сгорания 1, поддерживая тем самым процесс горения топлива. Площадь поршня 5 больше площади поршня 8 и, следовательно, давление воздуха в правой полости поршня 8 выше, чем давление продуктов сгорания в левой полости поршня 5, поэтому и обеспечивается подача воздуха в камеру сгорания 1. Одновременно воздух из атмосферы через клапан 12 поступает в левую полость поршня 9, а из его правой полости через открытый клапан 13 выбрасывается в атмосферу, не оказывая существенного сопротивления движению поршней. При движении поршней магнитный поток находящегося между поршнями 7 и 8 катушки якоря 14 пересекает витки обмотки статорной катушки 15, в результате чего в статорной катушке 15 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорем окрестностей крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4 и 13 в правое положение. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 13 поступают в правую полость поршня 9, вследствие чего поршни 5, 7, 8, 9 и катушка якоря 14 начинают движение справа налево. Все воздухораспределительные клапаны переходят в противоположные положения. Отработавшие газы из левой полости поршня 5 через клапан 4 выбрасываются в атмосферу, а в его правую полость из атмосферы чрез клапан 16 засасывается воздух из атмосферы. Воздух из левой полости поршня 7 через клапан 17 подается в камеру сгорания 1, а воздух из левой полости поршня 9 через клапан 18 поступает в правую полость поршня 8. Одновременно в статорной катушке 15 генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4 и 13 из одних крайних положений в другие, обеспечивает подачу воздуха в камеру сгорания 1. Генерируемая при этом электроэнергия направляется потребителю. Пульсации давления воздуха сглаживаются воздушным ресивером (не показан), а вибрация, возникающая в результате реакции движения поршней, компенсируется применением двух свободнопоршневых двигателей, располагаемых таким образом, что оси симметрии поршней находятся на одной прямой, а поршни и якорь совершают движение в противофазе.

Пневматический привод топливной форсунки свободнопоршневого двигателя действует следующим образом.

В состав пневматического привода топливной форсунки входят, фиг.3: 19 - направление движения воздуха от компрессора, показано стрелкой, 20 - канал подачи воздуха к газораспределителю, 21 - газораспределитель, 22 - поршень привода форсунки, 23 - канал сообщения с атмосферой, 24 - плунжер, 25, 26 - обратные клапаны.

На пути движения воздуха от компрессора в камеру сгорания (фиг.3) - показано стрелкой 19 - часть воздуха по каналу 20 через газораспределитель 21 поступает в верхнюю полость поршня привода форсунки 22. Так как нижняя полость поршня привода форсунки 22 связана каналом 23 с атмосферой, то поршень привода форсунки 22 и соединенный с ним плунжер 24 движутся вниз, впрыскивая через клапан 25 дозу топлива в камеру сгорания, где топливо воспламеняется свечой зажигания. При достижении поршнем привода форсунки 22 и плунжером 24 крайнего нижнего положения система управления переводит газораспределитель 21 в нижнее положение. Воздух от компрессора по каналу 23 поступает в нижнюю полость поршня привода форсунки 22, в результате чего поршень привода форсунки 22 и плунжер 24 движутся вверх, засасывая из топливного бака (не показан) через клапан 26 топливо в полость плунжера 24, подготавливая тем самым очередную дозу топлива для подачи его в камеру сгорания. В дальнейшем система управления, переводя газораспределитель 21 из одного положения в другое, осуществляет импульсную подачу топлива в камеру сгорания. При необходимости равномерной подачи топлива в камеру сгорания полость плунжера 24 соединяется с гидроаккумулятором (не показан).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача заявленного изобретения - обеспечение действия топливной форсунки в основном за счет энергии сжимаемого компрессором свободнопоршневого двигателя воздуха - решается пневматическим приводом топливной форсунки, включающим систему управления пневматическим приводом топливной форсунки, газораспределитель, поршень привода топливной форсунки, соединенный с плунжером, и топливораспределительные клапаны. Пневматический привод топливной форсунки отличается тем, что сжатый воздух, обеспечивающий действие топливной форсунки, отбирается на отрезке маршрута подачи воздуха из компрессора в камеру сгорания свободнопоршневого двигателя.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Пневматический привод топливной форсунки свободнопоршневого двигателя отличается рядом достоинств по сравнению с приводами других типов. Прежде всего простотой кинематической схемы, следовательно, высокой надежностью и предельно низким уровнем энергопотребления. Привод применим в любых свободнопоршневых двигателях, в которых имеется источник сжатого воздуха. Проектирование и производство привода не потребует значительных затрат на проектирование и глубокого переоснащения оборудования.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фиг.1. Принципиальная схема электроуправляемой форсунки с газовым приводом.

1 - корпус форсунки, 2 - цилиндрическая проточка, 3 - цилиндр с полостью, 4 - газовый поршень, 5 - пружина газового поршня, 6 - распылитель, 7 - направляющая цилиндрическая поверхность, 8 - игла, 9 - пружина, 10 - гидрозапорная камера, 11 - аккумулирующая камера, 12 - канал сообщения с первым обратным клапаном, 13 - первый обратный клапан, 14 - второй обратный клапан, 15 - магистраль низкого давления, 16 - сливная магистраль, 17 - полость золотникового клапана, 18 - золотниковый клапан, 19 - электромагнитный привод, 20 - возвратная пружина, 21 - магистраль низкого давления, 22 - камера сгорания двигателя.

Фиг.2. Принципиальная схема свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 13 - клапаны управления потоком продуктов сгорания, 5, 9 - поршни привода компрессора, 6 - шток, 7, 8 - поршни компрессора, 10, 11, 12, 16, 17, 18 - воздухораспределительные клапаны, 14 - катушка якоря или постоянный магнит, 15 - статорная катушка.

Фиг.3. Принципиальная схема пневматического привода топливной форсунки свободнопоршневого двигателя.

19 - направление движения воздуха от компрессора, 20 - канал подачи воздуха к газораспределителю, 21 - газораспределитель, поршень привода форсунки, 23 - канал сообщения с атмосферой, 24 - плунжер, 25, 26 - обратные клапаны.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания. Пневматический привод топливной форсунки свободнопоршневого двигателя включает систему управления приводом топливной форсунки, поршень привода форсунки, топливораспределительные клапаны. Привод снабжен гидроаккумулятором, плунжером, соединенным с поршнем привода форсунки, каналом подачи воздуха к газораспределителю и каналом сообщения с атмосферой. Для обеспечения действия пневматического привода топливной форсунки воздух отбирается на маршруте движения воздуха из компрессора в камеру сгорания свободнопоршневого двигателя, для чего на пути движения воздуха от компрессора часть воздуха по каналу подачи воздуха к газораспределителю через последний поступает в верхнюю полость поршня привода форсунки. Перевод газораспределителя из одного положения в другое обеспечивает система управления. 3 ил.

Пневматический привод топливной форсунки свободнопоршневого двигателя, включающий систему управления приводом топливной форсунки, поршень привода форсунки, топливораспределительные клапаны, отличающийся тем, что снабжен гидроаккумулятором, плунжером, соединенным с поршнем привода форсунки, каналом подачи воздуха к газораспределителю и каналом сообщения с атмосферой, причем для обеспечения действия пневматического привода топливной форсунки воздух отбирается на маршруте движения воздуха из компрессора в камеру сгорания свободнопоршневого двигателя, для чего на пути движения воздуха от компрессора часть воздуха по каналу подачи воздуха к газораспределителю через последний поступает в верхнюю полость поршня привода форсунки, а перевод газораспределителя из одного положения в другое обеспечивает система управления.