ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГОФРИРОВАННЫМИ ЦИЛИНДРАМИ Советский патент 1936 года по МПК F01B19/00 

В предлагаемом воздушном двигателе с гофрированными цилиндрами и с кратным расширением применены в каждой половине двигателя по три коаксиальных цилиндра, вставленных один в другой, из коих наружный служит для провода рабочего воздуха через соответствующие каналы во внутренний цилиндр высокого давления, из которого отработавший воздух поступает в средний цилиндр низкого давления, расположенный в другой половине двигателя.

На чертеже фиг. 1 изображает схематический частичный разрез (четверть) воздушного двигателя с гофрированными цилиндрами; фиг. 2 - вид с конца валика; фиг. 3 - вид зеркала золотника; фиг. 4 - вид золотника; фиг. 5 - перспективный вид валика с кулачками.

Гофрированный цилиндр 1 (фиг. 1), представляющий собой сопряжение усеченных конусов с большим углом при вершине, приложенных друг к другу основаниями, и напоминающий бумажный китайский фонарик, прикреплен наглухо к станине 2 (сверху) и полому поршню 3 снизу. На цилиндр 1, коаксиально ему, надет большего диаметра цилиндр 4, на него цилиндр 5 и т.д. (число цилиндров может быть произвольным).

Сжатый воздух впускается, как в рубашку, в наружный цилиндр 5 по каналу 6. Из цилиндра 5 воздух по каналу 7, обтекая воздухопроводы 8 и 9, проходит в клапанную камеру 10, снабженную двойным клапаном 12, 13. Когда кулачный валик 11 провернется, то откроется вниз клапан 12, а клапан 13 сильнее прижмется к седлу пружиной 14, общей для двух клапанов. Рабочий воздух войдет внутрь цилиндра 1 высокого давления и, расширяясь, подаст поршень 3 вниз. Перед приходом в крайнее положение будет закрыт клапан 12, а при следующем ходе (вверх), под действием воздуха из нижней половины двигателя, откроется кулачком 29 клапан 13, мятый воздух из цилиндра 1 поступит в нижний цилиндр, симметричный цилиндру 4 низкого давления, пройдя отверстия 15, 15, воздуховод 16, через вращающийся золотник 17 и трубу 18.

В третьем ходе (вниз) в цилиндре 1 повторится процесс первого хода, в цилиндре 4 работает мятый воздух из нижней (не обозначенной на схеме) части, притекающий из цилиндра высокого давления через трубу 19, золотник 17 и воздуховод 8.

За четвертый ход в цилиндре 1 повторение второго хода; в цилиндре 4 - выпуск воздуха в атмосферу через воздуховод 9, золотник 11, отверстие 20, в полость 21 поршня 3 и отверстия 22. Машина двусторонняя по действию. Процессы не обозначенной половины противоположны верхней. Выступы (круглые) 42 и 26 заполняют цилиндры 1 и 4 в начале хода. Этой же цели служат распределительные выступы 23 и 25. Выступы 25 и 26 огибают цилиндр 7.

Движения поршня 3 передаются шатуну 27, а в случае применения на локомотиве, посреди группы ведущих колес, также и шатуну 27а, охватывающему двигатель развилкой вдоль и колебательно закрепленному на пальце 28, внутри которого вращается валик 11 с золотником 17 и кулачками 29, действующими на тяги 30 и 30а впускных клапанов 12 (верхнего и нижнего) и на толкатели 31 и 31а выпускных клапанов 13 (верхнего и нижнего) (фиг. 5). Тяги с шариками и толкатели расположены друг над другом. Валик 11 оканчивается снаружи колесом 32 и крипошипом 33, который соединен шарнирно с вспомогательными тягами 34 и 34а, упруго-эластичными. Когда поршень 3 вместе с валиком 11 и колесом 32 движется поступательно, то тяги 34 и 34а, скрепленные шарнирно с неподвижным держателем 35 в осях 36 (верхней и нижней), проворачивают валик 11 и колесо 32 (фиг. 2). Для преодоления мертвой точки в конце хода установлен неподвижный храповой зуб 39, коему отвечает зуб 37, на вращающемся и в то же время движущемся поступательно колесе 32. Зубья 37 и 38 зацепляются в конце хода поршня 3 и при обратном ходе выводят кривошип 33 из мертвой точки всегда в одну и ту же сторону.

Надобность в механизме для распределения отпадает вовсе. Зеркало 39 (фиг. 3) золотника 17 имеет вырезы, расположенные так, что отверстия 40 (фиг. 4) золотника 17, при движении последнего вдоль оси, попадают в вырезы с опережением или запаздыванием относительно хода поршня 3.

Кулачки 29 (фиг. 5) на деле сливаются в сплошное тело, состоящее из тонких эксцентриков с различной высотой кулака, с различной шириной толкательной части, закрепленных на валике 11 под различными углами. Тем самым действие клапанов опережает или проявляется с запаздыванием; а величина отсечки меняется, когда валик 11 с вьющейся вокруг него толкательной поверхностью движется вдоль оси, вращаясь в то же время. Таким образом, двигая произвольно валик 11 вдоль его оси, можно управлять отсечкой, давать „контр-пар" и реверсировать двигатель.

Толкательная поверхность кулачков 29 обвивается в форме винта один раз вокруг валика 11 и имеет ширину и (высоту), большую в крайних положениях, по концам. Валик 11, вращаясь и двигаясь в процессе работы перпендикулярно к оси, в то же время может быть передвинут вдоль оси вместе с колесом 32, кривошипом 33, тягами 33 и 34а и держателем 35 (в процессе работы вообще неподвижным). Для этого служит винт 41 с зубчаткой 44, вращаемой от рейки 43. Винт 41 продвигает вдоль своей оси держатель 35, служащий станиной зуба 38 и направляющей для камня 42 с находящимся в нем валиком 11 и пр.

Все рейки 43 идут к машинисту, который управляет ими порознь или группами. Камень 45 с пальцем 28 скользит в направляющей 46, служащей для скрепления станин 2 с нижней симметричной станиной.

Распределительный механизм весь помещается с одной стороны двигателя.

1. Воздушный двигатель с гофрированными цилиндрами и с кратным расширением, отличающийся применением трех коаксиальных цилиндров, из которых внутренний 1 служит цилиндром высокого давления, средний 4 - цилиндром низкого давления и наружный 5 предназначен для провода рабочего воздуха через каналы 6 и 7 к первому цилиндру.

2. Применение в двигателе по п. 1 для впуска и выпуска воздуха в цилиндре 1 двойного клапана 12, 13, приводимого в движение кулачком 29.

3. Применение в двигателе по п. 1 для впуска и выпуска воздуха в цилиндре 4 золотника 17.

4. В двигателе по п. 1 применение тяг 34 для приведения в возвратно-вращательное движение валика 11, на который насажены кулачок 29 и золотник 17.

5. В двигателе по п. 1 применение, с целью его регулирования, осевого поступательного перемещения валика 11.