УСТРОЙСТВО ПУСКА ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F02N7/06 F02N9/04 

Изобретение относится к военной технике, преимущественно бронетанковой, и может быть использовано для пуска двигателей внутреннего сгорания.

Известна система запуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая пневматический стартер с пусковой шестерней, аккумуляторную батарею, генератор, соединенный приводом с коленчатым валом двигателя и через реле-регулятор - с аккумуляторной батареей, переключатель режимов работы генератора, имеющим вход и два выхода, и муфту свободного хода, причем генератор выполнен в виде обратимой электрической машины и механически соединен с компрессором, переключатель входом подсоединен к генератору, а выходами - к реле-регулятору и аккумуляторной батареи, а муфта свободного хода размещена между генератором и его приводом [АС СССР №1650946, МПК F02N 7/00, 1991].

Недостатком аналога является:

- сложная конструкция системы запуска двигателя, обусловленная наличием большого количества агрегатов - обратимой электрической машины, аккумуляторной батареи, компрессора и т.п., что также ухудшает надежность и эксплуатационные характеристики.

Прототипом является система пуска танкового двигателя, содержащая баллоны со сжатым воздухом, пусковой клапан, клапаны воздухопуска, датчики температуры и давления масла, маслозакачивающий насос системы смазки двигателя, воздухораспределитель, к входу которого подсоединен электроклапан, соединенный с баллонами со сжатым воздухом и с выходом усилителя мощности, вход которого связан с элементом НЕ, соединенным со светодиодом, и с логическим элементом И, четыре входа которого связаны с датчиками температуры и давления масла через регулируемые компараторы и с датчиками уровня масла и охлаждающей жидкости непосредственно, причем параллельно к датчикам подсоединено реле отключения, с выходом которого связан маслозакачивающий насос [Пат. №РФ 2059101, МПК F02N 9/04, 2011].

Недостатками прототипа являются:

- сложная конструкция системы запуска двигателя, обусловленная подачей воздуха из баллонов со сжатым воздухом непосредственно в цилиндр двигателя, что дополнительно требует наличия компрессора, закачивающего воздух в баллоны, электродвигателя, вращающего вал компрессора, аккумуляторной батареи, питающей электродвигатель, и относительно сложную систему управления указанными агрегатами;

- невысокие показатели надежности системы, связанные с большим числом узлов и деталей, и необходимость наличия источника электропитания, что в полевых условиях может затруднять эксплуатацию танкового двигателя.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик.

Задача решается тем, что устройство пуска танкового двигателя, содержащее ресивер со сжатым воздухом, клапан воздухопуска и воздухораспределитель, снабжено двумя кривошипно-ползунными механизмами, кривошипы которых закреплены на валу со смещением 90° относительно друг друга, а ползуны выполнены в виде штоков поршней, которые соответственно размещены в цилиндрах, противоположные концы полостей которых соединены каналами, причем концы полости одного цилиндра соединены воздуховодами через последовательно соединенные воздухораспределитель, кинематически связанный с валом, и клапан воздухопуска с ресивером, а в центре полости другого цилиндра выполнено окно, соединяющее эту полость с атмосферой. Воздуховоды присоединены к полости одного цилиндра от ее конца на расстоянии не более 0,3 хода поршня. Каналы присоединены к полости другого цилиндра от ее конца на расстоянии не менее 0,05 и не более 0,3 хода поршня. Диаметр одного цилиндра выполнен меньше диаметра другого. Часть крышки цилиндра выполнена в виде обратного клапана. Воздуховод выполнен в виде другого ресивера.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Снабжение устройства двумя кривошипно-ползунным механизмами, кривошипы которых закреплены на валу со смещением 90° относительно друг друга, а ползуны выполнены в виде штоков поршней, которые соответственно размещены в цилиндрах, противоположные концы полостей которых соединены соответственно каналами, причем концы полости одного цилиндра соединены воздуховодами через последовательно соединенные воздухораспределитель, кинематически связанный с валом, и клапан воздухопуска с ресивером, и выполнение в центре полости другого цилиндра окна, соединяющего эту полость с атмосферой, дает возможность использовать устройство и в качестве компрессора, что расширяет его функциональные возможности, снижает массогабаритные параметры и улучшает также эксплуатационные характеристики. Кроме того, устройство имеет начальный момент на валу (самопуск).

Присоединение воздуховодов к полости одного цилиндра от ее конца на расстоянии не более 0,3 хода поршня позволяет подавать сжатый воздух в пространство между крышкой цилиндра и поршнем, которое образуется в результате хода поршня к моменту начала подачи воздуха. Это уменьшает габаритные размеры по длине устройства, что улучшает эксплуатационные характеристики.

Присоединение каналов к полости другого цилиндра от ее конца на расстоянии не менее 0,05 и не более 0,3 хода поршня позволяет временно перекрывать поршнем поступающий в цилиндр воздух для исключения противодавления на поршень. Это увеличивает крутящий момент на валу и улучшает эксплуатационные характеристики.

Выполнение диаметра одного цилиндра меньше диаметра другого позволяет использовать цилиндр меньшего диаметра в качестве компрессора с ручным приводом в случае, когда поршень цилиндра большего диаметра будет оказывать непосильное противодействие при компрессионном сжатии воздуха в процессе ручной накачки, ресивера. Это расширяет функциональные возможности и улучшает эксплуатационные характеристики.

Выполнение части крышки цилиндра в виде обратного клапана позволяет упростить конструкцию устройства (не используя каких-либо кранов) в случае ручного компрессионного сжатия воздуха.

Выполнение воздуховода в виде другого ресивера упрощает конструкцию устройства за счет сокращения числа деталей.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено устройство пуска танкового двигателя в момент поворота вала на угол 30°. На фиг. 2 изображено устройство в момент поворота вала на угол 70°. На фиг. 3 изображено устройство в момент поворота вала на угол 110°. На фиг. 4 изображено устройство в момент поворота вала на угол 240°. На фиг. 5 изображено устройство в момент поворота вала на угол 300°. На фиг. 6 изображено устройство в момент поворота вала на угол 430°.

Устройство пуска танкового двигателя содержит кривошипно-ползунные механизмы, кривошипы 1, 2 которых жестко закреплены на валу 3 со смещением 90° относительно друг друга и соответственно соединены через шатуны 4, 5 со штоками 6, 7 поршней 8, 9, размещенных с возможностью перемещения в цилиндрах 10, 11, противоположные концы полостей которых соединены каналами 12, 13, причем концы полости цилиндра 10 соединены воздуховодами 14, 15 с разделенными между собой перегородками 16 полостями 17, 18 статора 19 воздухораспределителя; ротор 20 которого кинематически связан с валом 3 и имеет последовательно соединенные между собой радиальный 21 и осевой 22 каналы, связанные через клапан воздухопуска с ресивером (не показаны). В центре полости цилиндра 11 выполнено окно 23, соединяющее эту полость с атмосферой. Воздуховоды 14, 15 присоединены к полости цилиндра 10 от ее конца на расстоянии не более 0,3 хода поршня 8. Каналы 12, 13 присоединены к полости цилиндра 11 от ее конца на расстоянии не менее 0,05 и не более 0,3 хода поршня 9. Диаметр цилиндра 10 выполнен меньше диаметра цилиндра 11. Часть крышки цилиндра 10 может быть выполнена в виде обратного клапана 24 (показан пунктиром на фиг. 5). Воздуховоды 14, 15 могут быть выполнены в виде другого ресивера. Шатун 5 и шток 7 могут иметь быстросъемную ось 25.

Устройство пуска танкового двигателя работает следующим образом.

Предположим, что в процессе работы устройства пуска ротор 20 воздухораспределителя заодно с валом 3 вращаются по часовой стрелке, и отсчет угла поворота осуществляется от горизонтали. Для определенности будем полагать, что в начальный момент (в момент пуска) вал 3 занимает произвольное положение, например соответствующее углу его поворота α=30° (фиг. 1).

При открывании клапана воздухопуска сжатый воздух из ресивера по осевому 22 и радиальному 21 каналам устремляется в полость 18 статора 19, а из нее по воздуховоду 15 - в правую часть полости цилиндра 10, осуществляя давление на поршень 8, который воздействуя через шток 6 и шатун 4 на кривошип 1, создает момент вращения на валу 3, направленный против часовой стрелки. Однако поскольку поршень находится на расстоянии 0,05 хода поршня, то плечо силы, действующей на кривошип 1, небольшое и указанный момент вращения незначительный.

Одновременно из правой части полости цилиндра 10 сжатый воздух по каналу 13 поступает в левую часть полости цилиндра 11, осуществляя давление на поршень 9, который воздействуя через шток 7 и шатун 5 на кривошип 2, создает момент вращения на валу 3, направленный по часовой стрелке. Поскольку диаметр поршня 9 больше диаметра поршня 8, а плечо силы, действующей на кривошип 2, превосходит плечо силы, воздействующей на кривошип 1, то данный момент вращения на валу 3 будет больше предыдущего, и вал начнет вращаться по часовой стрелке.

После того как вал 3 повернется на угол 70°, поршень 9 окажется на расстоянии 0,96 хода поршня, при этом 23 начнет освобождаться от прилегающей цилиндрической поверхности поршня (открываться), в результате чего воздух из правой части полости цилиндра 10 и левой - цилиндра 11 будет истекать наружу (в атмосферу), не препятствуя уже движению поршня 8, а правая часть цилиндрической поверхности поршня 9 будет перекрывать отверстие канала 12 (фиг. 2). Заметим, что без существенного снижения момента вращения на валу 3 выпуск воздуха через окно 23 можно осуществлять несколько ранее (после прохождения поршнем 9 отметки 0,7 хода), тогда противодействующий момент от поршня 8 будет еще меньше.

Одновременно канал 21 ротора 20 окажется напротив перегородки 16, в результате чего подача воздуха в полость 18 закончится, а в полость 17 - начнется. Теперь момент вращения на валу 3 создается давлением воздуха, который поступает из полости 17 через воздуховод 14 и действует на поршень 8, находящийся в этот момент на отметке 0,27 хода. Поскольку отверстие канала 12 перекрыто поршнем 9, то последний, не оказывая противодействия вращению вала 3, будет приближаться к мертвой точке, еще больше приоткрывая при этом окно 23.

После того как вал 3 повернется на угол 110°, поршень 9 снова окажется на отметке 0,96 хода, двигаясь уже в обратную сторону, а поршень 8 - на отметке 0,61 и будет продолжать движение в прежнем направлении (фиг. 3). При этом окно 23 начнет окончательно закрываться, а отверстие канала 12 - открываться, в результате чего поступающий в правую часть полости цилиндра 11 воздух будет создавать момент вращения на валу 3.

Затем, после перекрывания окна 23, воздух будет сжиматься в левой части полости цилиндра 11 и правой - цилиндра 10 поршнями 9, 8 и вытесняться ими в канал 13, воздуховод 15 и полость-18 воздухораспределителя. Для уменьшения степени сжатия, снижающей вращающий момент, воздуховод или полость распределителя могут быть выполнены большего диаметра (объема). При подходе поршня 8 к мертвой точке, он перекроет отверстие воздуховода 15, и воздух, сжимаемый поршнем 9, находящимся на отметке 0,27 хода, будет вытесняться в канал 13, оказывая при этом незначительное противодавление. Заметим, что остаточный воздух (воздушная подушка) способствует улучшению условий прохождения инерционных масс кривошипно-ползунного механизма через мертвую точку.

При достижении валом 3 угла 240° поршень 9 окажется на расстоянии 0,05 от края полости, и окно 23 начнет снова открываться, выпуская воздух из левой части полости цилиндра 10 и правой - цилиндра 11, не препятствуя теперь движению поршня 8 в обратную сторону (фиг. 4). При этом левая часть цилиндрической поверхности поршня 9 будет перекрывать отверстие канала13.

Одновременно канал 21 ротора 20 окажется напротив перегородки 16, в результате чего подача воздуха в полость 17 закончится, а в полость 18 - возобновится. Теперь момент вращения на валу 3 создается давлением воздуха, который поступает из полости 18 через воздуховод 15 и действует на поршень 8, находящийся в этот момент на отметке 0,7 хода. Поскольку отверстие канала 13 перекрыто поршнем 9, то последний, не оказывая противодействия вращению вала 13, будет приближаться к мертвой точке, еще больше приоткрывая при этом окно 23.

Достигнув угла 300°, вал 3 переместит поршень 9 на отметку 0,05 хода, в результате чего воздух из канала 13 будет истекать в левую часть полости цилиндра 11 и воздействовать на поршень 9, создавая, тем самым, момент вращения на валу 3.

При повороте вала 3 на угол 430° подача воздуха в полость 18 закончится, поршни 8, 9 окажутся на отметках 0,27 и 0,96 хода, и цикл работы устройства повторится (фиг. 6).

После начала вращения вала 3 его известным способом, например с помощью муфты, соединяют с зубчатым венцом маховика танкового двигателя и запускают последний. Затем закрывают клапан воздухопуска и соединяют канал 22 через обратный клапан с ресивером. После сообщения левой части полости цилиндра 11 через окно 23 с атмосферой, воздух попадает в эту полость, а также в правую часть полости цилиндра 10 и начинает сжиматься поршнями 9, 8 после перекрывания окна 23 (фиг. 3). При подходе поршня 9 к левой мертвой точке сжатый воздух оказывается в канале 13, правой части полости цилиндра 10, в воздуховоде 15 и в полости 18 воздухораспределителя (фиг. 4). Далее происходит переход канала через перегородку 16 в полость 18, из которой сжатый воздух через канал 22 и обратный клапан устремляется в ресивер. При обратном ходе поршня 9 в ресивер аналогичным образом закачивается воздух из полости 17. После заполнения ресивера сжатым воздухом до нужной величины давления муфту отключают и переключают канал 22 на клапан воздухопуска.

Если по какой-либо причине давление в ресивере упало при неработающем танковом двигателе, то для его запуска необходимо сначала восстановить давление в ресивере вручную. Для этого с помощью быстросъемной оси 25 разъединяют шток 7 с шатуном 5, соединяют, по крайней мере, один воздуховод, например 15, через обратный клапан с ресивером и посредством рукоятки начинают вращать вал 3. При движении поршня 8 влево воздух через клапан 24 будет засасываться из атмосферы в правую часть полости цилиндра 10, а при обратном движении этого поршня - поступать в ресивер (фиг. 5). Доведя в последнем давление до нужной величины, переключают воздуховод 15 в исходное положение и запускают танковый двигатель описанным выше способом.

Внедрение изобретения позволит создать простое по конструкции, удобное в эксплуатации пусковое устройство с начальным моментом на валу, позволяющее запускать танковый двигатель без аккумуляторной батареи, что в полевых условиях может иметь существенное значение, и не имеющее компрессора с приводящим его в работу двигателем, что уменьшает массу и габариты.

Изобретение относится к военной технике, преимущественно бронетанковой, и может быть использовано для пуска двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик. При открывании клапана воздухопуска сжатый воздух из ресивера по каналам 22 и 21 устремляется в полость 18 статора 19 и по воздуховоду 15 - в противоположные концы полостей цилиндров 10, 11, заставляя перемещаться поршни 8, 9, которые посредством штоков 6, 7, шатунов 4, 5 и кривошипов 1, 2 вращают вал 3. Последний через муфту подсоединяют к зубчатому венцу маховика танкового двигателя и запускают его. После этого переводят устройство пуска в режим нагнетания воздуха (компрессора) в ресивер, доводят в нем давление до нужной величины и отключают муфтой устройство от работающего двигателя. При необходимости нагнетают воздух в ресивер вручную рукояткой, используя для этого один цилиндр 10. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство пуска танкового двигателя, содержащее, по крайней мере, один ресивер, клапан воздухопуска и воздухораспределитель, отличающееся тем, что оно снабжено двумя кривошипно-ползунными механизмами, кривошипы которых закреплены на валу со смещением 90° относительно друг друга, а ползуны выполнены в виде штоков поршней, которые соответственно размещены в цилиндрах, противоположные концы полостей которых соединены соответственно каналами, причем концы полости одного цилиндра соединены воздуховодами через последовательно соединенные воздухораспределитель, кинематически связанный с валом, и клапан воздухопуска с ресивером, а в центре полости другого цилиндра выполнено окно, соединяющее эту полость с атмосферой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что воздуховоды присоединены к полости одного цилиндра от ее конца на расстоянии не более 0,3 хода поршня.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каналы присоединены к полости другого цилиндра от ее конца на расстоянии не менее 0,05 и не более 0,3 хода поршня.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр одного цилиндра выполнен меньше диаметра другого.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что часть крышки цилиндра выполнена в виде обратного клапана.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что воздуховод выполнен в виде другого ресивера.