ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
PNEUMATIC DRIVE OF FUEL ATOMISER OF FIRE PISTON ENGINE

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.