УСТРОЙСТВО ПУСКА ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
DEVICE FOR STARTING TANK ENGINE

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.