Предлагаемый способ действия воздушного двигателя предназначается для осуществления в агрегате, состоящем из двух частей собственно воздушного двигателя, совершающего полезную работу, и вспомогательного поршневого двигателя, доставляющего необходимое количество сжатого воздуха для воздушного двигателя.
Предлагаемый способ действия воздушного двигателя заключается в том, что в особый резервуар для сжатого воздуха поступает только часть воздуха, сжатого в цилиндре вспомогательного двигателя до температуры воспламенения топлива, для последующего направления его на лопатки воздушного двигателя. Для получения необходимой для сжатия воздуха работы в оставшуюся часть сжатого воздуха в цилиндре вспомогательного двигателя вбрызгивается горючее.
Процесс горения, сопровождаемый развитием максимальных температур, происходит в вспомогательном поршневом двигателе, а на лопатки воздушного двигателя действует воздух, который получается в результате работы поршневого двигателя, причем воздух в воздушном двигателе может также добавочно подогреваться до допустимых температур за счет горения топлива уже в самом воздушном двигателе.
На чертеже фиг. 1 изображает индикаторную диаграмму работающего по предлагаемому способу вспомогательного четырехтактного двигателя; фиг. 2 - то же двухтактного двигателя; фиг. 3 - то же при видоизменении способа работы; фиг. 4 - схему агрегата из вспомогательного двигателя и воздушного двигателя для работы по предлагаемому способу; фиг. 5 - то же, расположенных на одном общем валу; фиг. 6 - вертикальный разрез вспомогательного двигателя; фиг. 7 - разрез цилиндра вспомогательного двигателя, работающего по двухтактному циклу.
Для осуществления предлагаемого способа при движении поршня 6 вспомогательного двигателя (фиг. 4, 5) вниз в двигатель через клапан 7 поступает воздух. При обратном, движении поршня вверх клапан 7 закрывается, заключенный в цилиндре воздух сжимается и, по достижении необходимого давления (до температуры воспламенения топлива), нагнетается через клапан 8 в особый сборный резервуар 2, служащий для питания воздушного двигателя. В мертвой точке или около нее клапан 8 закрывается и в оставшийся в мертвом пространстве воздух через топливый орган 9 вводится горючее, которое воспламеняется и сгорает при постоянном давлении.
Сгоревшие газы расширяются и совершают работу, которая затрачивается на сжатие воздуха. Во время четвертого хода поршня из цилиндра удаляются отработавшие газы через клапан 10. Затем цикл повторяется снова.
Диаграмма на фиг. 1 соответствует описанному процессу. Линией ab здесь изображено всасывание воздуха в цилиндр вспомогательного двигателя, затем линией bc - сжатие воздуха при движении поршня влево. В точке с открывается клапан 8 и сжатый воздух выталкивается из цилиндра соответственно по линии cd. В точке d клапан 8 закрывается, в цилиндр начинает подаваться горючее, которое сгорает по линии de. В точке е впуск горючего прекращается и продукты горения расширяются по линии ef. Около точки f открывается выхлопной клапан 10 и продукты горения удаляются из цилиндра по линии fba.
Описанный цикл является четырехтактным. На фиг. 7 изображен цилиндр двигателя, работающего по двухтактному циклу с щелевой продувкой. Процесс сжатия и нагнетания воздуха в резервуар 2 и процесс горения в двухтактном двигателе такие же, что и в четырехтактном, а удаление продуктов горения и зарядка цилиндра свежим воздухом происходит так же, как и в нормальных двухтактных дизелях, например, при помощи щелевой продувки. В конце хода поршня открываются сперва выхлопные щели 13, затем продувные щели 12 и свежий воздух, подаваемый отдельным продувочным насосом через трубопровод 11, поступает в цилиндр, вытесняет через трубопровод 14 сгоревшие газы и наполняет цилиндр свежим воздухом.
Диаграмма двухтактного двигателя изображена на фиг. 2. Здесь также линия bc изображает сжатие, cd - выталкивание сжатого воздуха из цилиндра; de - горение, ef - расширение газов, fb - выхлоп газов и ba - продувку.
На диаграмма по фиг. 1 и 2 работа, затраченная на сжатие воздуха, меньше работы, произведенной сгоревшими газами, и поэтому на диаграммах имеется некоторая положительная площадка bcefb. В виду того, что от вспомогательного двигателя внешней работы не требуется, то эта положительная площадка должна быть лишь только такой величины, чтобы соответствовать работе, необходимой для преодоления внутренних механических сопротивлений самого двигателя и его вспомогательных, механизмов.
В случае, если для привода в движение вспомогательного двигателя применяется внешняя сила, то надобность в площадке bcefb отпадает и линия dc будет равна de, точка с совпадает с точкой е и диаграмма будет иметь вид одной, линии abcd. Во втором случае производительность двигателя будет, конечно, больше, чем в первом.
На фиг. 3 изображена индикаторная диаграмма вспомогательного двигателя, отличающегося тем, что воздух в нем сжимается до давления, меньшего, чем это необходимо для самовоспламенения топлива. Сжатие воздуха происходит по линии ab, в точке b открывается клапан 8, и сжатый воздух выталкивается из цилиндра. Выталкивание сжатого воздуха прекращается в точке с от которой начинается дальнейшее сжатие оставшегося в цилиндре воздуха по линии cd. Около точки d в двигатель вводится горючее, которое сгорает по линии постоянного давления de. В точке е впуск горючего прекращается и начинается расширение газов по ef, а затем продувка по fa.
В описанном случае воздух, даваемый вспомогательным двигателем, имеет более низкое давление и температуру, но количество его будет больше.
Работа воздушного двигателя 3 (фиг. 4) аналогична работе паровой турбины или турбине внутреннего горения. Воздух из резервуара 2 по трубопроводу 5 поступает к впускному клапану 15 двигателя и попадает в ресивер 16 перед соплами 17. В ресивере, в отдельных точках, сделаны камеры горения, в которые подается горючее через топливный орган 18. Хотя воздух из вспомогательного двигателя поступает с высокой температурой (температурой сжатия), он может быть подогрет еще больше путем горения топлива в самом воздушном двигателе. Через сопла 17 воздух вместе с продуктами горения попадает на лопатки 19 воздушного двигателя, производя полезную работу. Отработавшие газы выходят из двигателя по трубопроводу 20.
В агрегате, изображенном на фиг. 5 и 6, воздушный двигатель и вспомогательный расположены на одном валу, а цилиндры вспомогательного двигателя размещены звездообразно, как в авиационных двигателях. Ресивер 16 воздушного двигателя расположен вплотную к цилиндру вспомогательного и соединяется с последним коротким каналом 5.
В качестве топлива может служить не только жидкое горючее, но и газообразное, которое предварительно сжимается до давления, необходимого для введения его в цилиндр.
1. Способ действия воздушного двигателя, отличающийся тем, что часть воздуха, сжатого в цилиндре до температуры воспламенения топлива, подается в особый резервуар для направления в воздушный двигатель, в оставшуюся же часть воздуха вбрызгивается горючее для получения необходимой для сжатия воздуха работы (фиг. 1, 2, 4-6).
2. Видоизменение способа по п. 1, отличающееся тем, что воздух до передачи в особый резервуар сжимается до температуры, меньшей температуры самовоспламенения топлива, а остающаяся в цилиндре часть воздуха дожимается до этой температуры и в него вбрызгивается горючее (фиг. 3).
