ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1936 года по МПК F01B31/00 

В предлагаемом воздушном двигателе, работающем горячим воздухом, применен питательный механизм, состоящий из двух комплектов цилиндров по три цилиндра в каждом, поршни которых соединены с коромыслами, приводящими в движение золотник, распределяющий воздух в указанных цилиндрах, поступающий затем из последних в рабочие цилиндры, штоки поршней которых связаны с коленчатым валом двигателя.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает продольный и вертикальный разрез питательного механизма воздушного двигателя; фиг. 2 - вертикальный разрез двух цилиндров; фиг. 3 - горизонтальный разрез его; фиг. 4 - продольный разрез рабочих цилиндров двигателя; фиг. 5 - поперечный разрез их; фиг. 6 - вид сверху воздушного двигателя.

Нагревательная система а, состоящая из змеевика, помещается в дымоходе, по которому идут продукты горения с температурой 200-300°. В этот змеевик пускается воздух из пускового баллона 1. Из змеевика подогретый воздух идет через вентиль 2 по воздухопроводу 3 в корпус 4 золотника 6. Корпус 4 золотника состоит из цилиндра с двумя крышками 5, в котором ходит пустотелый поршень-золотник 6. Корпус снабжен окнами 7, 8, 9, 10 и 11, из которых окно 8 соединяется каналом с малым цилиндром 12 (окно 9 соединяется с малым цилиндром. 13), окно 10 может соединятся каналом с большим цилиндром 14, окно 11 соединяется с большим цилиндром 15 и окно 7 - с подводящим воздухопроводом 3. Золотник снабжен двумя окнами 16 и 17. Окно 16 золотника имеет продолговатую форму и соединяется с впускным воздухопроводом 3 во всех положениях золотника 6; кроме того, при различных положениях золотника 6 окно 16 соединяется с окнами 8 и 9 в корпусе золотника. Окно 17 соединяется или с окном 10 или с окном 11 корпуса золотника, что зависит от положения золотника 6.

В движение золотник 6 приводится коленчатыми рычагами 18 и 19, укрепленными на стойках 27 и 20. Рычаги соединены с качающимися коромыслами 22 помощью тяг 24 и 23.

Три параллельных качающихся коромысла 22 укреплены жестко на поворотном валу 62, установленном на стойках 25. Каждое коромысло по концам связано с поршнями, причем с крайними коромыслами связаны большие поршни, а со средним малые.

Вся эта система сверху герметически закрыта крышкой 26. Нагретый воздух из нагревательной системы поступает по воздухопроводу 3 через окно 7 в корпус золотника. В это время золотник 6 движется в правое крайнее положение ранее поступившим нагретым воздухом. При движении золотника 6 открывается окно 9 и одновременно открывается окно 8. Воздух из золотника поступает под поршень 27 и нажимает на поршенек 28.

Поршенек 28 (фиг. 2) опускается, а связанный с ним рычажной системой поршенек 29 поднимается и закрывает выходные окна 30, через которые воздух из большого цилиндра по трубопроводу 31 поступает в рабочую систему. Открыться окна 30 не могут, потому что площадь поршенька 28 немного больше площади поршенька 29. Вся эта система перекрытий происходит за тот промежуток времени, пока окно 17 начнет перекрывать окно 11. Воздух из цилиндра 12 при открытии окна 8 поступает в пространство между крышкой 5 корпуса золотника и золотником 6. Поскольку окно 63 в крышке 5 мало и воздух не успевает выйти, то золотник 6 под давлением выходящего из цилиндра 12 воздуха отходит в самое крайнее правое положение. При таком положении золотника 6 воздух из него продолжает поступать через окна 16, 17, 9 и канал 32 под малый поршень 27 и большой 33. Так как выхода из-под этих поршней для поступающего воздуха нет, то поршни идут вверх. В это время под большой поршень, находящийся в цилиндре 34 (фиг. 3), происходит засос воздуха через всасывающий клапан 36, камера которого 35 соединяется каналом 37 с холодильником помощью воздухопровода 38 (фиг. 6). Поршни 27 и 33 и поршень цилиндра 34 все одновременно перемещаются вверх, а поршни 39, 40 и поршень большого цилиндра, расположенного над камерой 41, все одновременно идут вниз. При этом происходит подача холодной порции воздуха поршнем цилиндра, расположенного над камерой 41 помощью поршня 33, под который подается горячий воздух. Поршень 27 приводит в движение всю систему питающего механизма и выталкивает горячий воздух из цилиндра 14 в рабочий аппарат. Когда поршни 27, 33 и поршень цилиндра 34 идут к верхнему крайнему положению золотник 6 в корпусе 4 перемещается в левое положение коленчатым рычагом 18 помощью тяги 24. Как только поршни 27, 33 и засасывающий поршень цилиндра 34 придут в верхнее положение, золотник 6 откроет окно 9. Воздух из-под поршня 27 пойдет обратно через окно 9 в пространство между правой крышкой 5 корпуса 4 золотника и золотником б. В правой крышке 5 имеется окно 42, которое имеет такой размер, что воздух, выходящий из-под поршня 27, не успевает выходить и отталкивает золотник 6 в левое положение. При этом переходе повторяется такой же порядок перекрытий, как было описано выше. Под поршнем 27 давление уменьшается и воздух, находящийся под большим поршнем, имеет большее давление и нажимает на поршенек 29. Поршенек 29 опускается и открывает выходные окна 30, по которым нагретый воздух и поступает в рабочую систему. В это время нагретый воздух идет под поршень 39 и 40, а поршень под камерой 41 через всасывающий клапан засасывает холодный воздух. Горячий воздух, поступающий под поршни 40 и 39, перемещает их вверх, а поршень цилиндра 34 нагнетает в нагревательную систему холодный воздух, находящийся под ним. Так периодически повторяется процесс и горячий воздух подается в рабочую систему. Особенность питающего механизма состоит в том, что какая порция воздуха забирается из нагревательной системы в большой цилиндр, такая же порция холодного воздуха подается в нагревательную систему. Воздух, поступающий под малые поршни, производит работу тем, что он приводит в движение систему питающего механизма, а посредством коромысла производит давление на воздух, входящий в рабочую систему.

Воздух, идущий под поршни 27, 39, подается вспомогательным компрессором 43 из холодильника 45 обратно в нагревательную систему. Это делается для того, чтобы не нарушить равновесной системы работы аппарата. Приводится в движение вспомогательный компрессор 43 от коленчатого вала 44 рабочего механизма помощью шатуна 64.

Таким образом рабочий механизм будет производить работу за счет того перепада давления, которое образуется при изохорическом нагревании воздуха в нагревательном аппарате. Из питающего механизма нагретый воздух по трубопроводу 31 идет к рабочим поршням. При всяком положении поршней 46, 47 и 48 рабочего механизма, имеется один открытый клапан, например 49. Такой впускной клапан находится в открытом положении в течение двух третей хода поршня, помощью кулака 50 и колена 51. Следующий клапан открывается после одной трети хода поршня, так что одновременно в течение одной трети хода поршня открыты два впускных клапана. Вал 52, на котором насажены кулаки 50 для каждого цилиндра, приводится в движение помощью тяг 53 и 54 от вала 44 рабочего механизма.

Как только поршень рабочего механизма придет в верхнее крайнее положение, открывается клапан 55, и воздух из цилиндра выходит в сборник 56, откуда идет в холодильник 45. Клапан 55 открыт до тех пор, пока поршень перемещается из самого верхнего положения в самое нижнее. В холодильнике происходит охлаждение воздуха, а следовательно уменьшение внутренней энергии, что дает возможность привести его в первоначальное состояние. Для того, чтобы облегчить работу поршней двигателя рабочий механизм имеет крышку 58, герметически закрывающую верхнюю часть поршней. Это дает возможность соединить сборник 56 с пространством под поршнями помощью канала 57, после чего поршни двигателя будут испытывать напряжение только от перехода давления.

Вода на холодильник подается поршневым насосом 59, который приводится в движение от коленчатого вала двигателя.

На коленчатом валу насажен холостой и рабочий маховики 60. Вал у маховиков опирается на станины 65.

Компрессор 45а предназначен для повышения давления воздуха во всей системе. Поэтому его можно включать для периодической работы, не останавливая двигателя. Воздух от компрессора 45а подается воздухопроводом 61 в пространство над поршнями двигателя, откуда каналом 57 поступает в холодильник. Открывая больше или меньше вентиль 2, уменьшают скорость работы питающего механизма, а следовательно и двигателя. Таким путем достигается регулировка быстроты хода. При закрывании вентиля 66 прекращается подача горячего воздуха, что вызывает остановку двигателя.

1. Воздушный двигатель, работающий горячим воздухом, отличающийся применением питательного механизма, состоящего из двух комплектов цилиндров по три цилиндра, поршни которых соединены коромыслами 22, из каковых цилиндров цилиндры 12, 13 работают горячим воздухом и служат для приведения в движение питательного механизма, цилиндры 14 и 15 служат для подачи горячего воздуха из змеевика под рабочие поршни 46, 47, 48 и цилиндр 34 и цилиндр, расположенный над камерой 41, служат для подачи воздуха из холодильника в змеевик, распределение в каковых цилиндрах производится приводимым в движение от коромысла 22 золотником 6 с двумя окнами 16 и 17, корпус которого снабжен окнами 7, 8, 9, 10, 11, 42 и 63.

2. Применение в двигателе по п. 1 вспомогательного компрессора 43, подающего из холодильника 45 в змеевик добавочное количество воздуха, необходимое для действия движущих цилиндров 12 и 13.

3. Применение в двигателе по п. 1 компрессора 45а, подающего воздух в камеру двигателя над рабочими поршнями, удаляющийся оттуда через канал 57 в холодильник 45.