ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОРШНЕМ
PNEUMATIC ENGINE WITH ELECTROMAGNET PISTON

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и может быть предназначено для привода транспортных средств, генераторов, машин и механизмов, и других нужд хозяйственной и научной деятельности человека.
Известен пневмодвигатель, (Патент на полезную модель РФ №52927, МПК F01B 1/06, опубликован 27.04.2006) содержащий многоступенчатый редуктор, установленный на каждой из ступеней редуктора, по меньшей мере, один рычаг, выполненные по числу рычагов пневмоцилиндры с толкателями, клапанами подачи сжатого газа и выхода отработанного газа, регулятор распределения давления по ступеням, причем толкатель каждого из пневмоцилиндров, кинематически связан с соответствующим рычагом, а источник сжатого газа сообщен со ступенями редуктора через регулятор распределения давления.
Недостатками известного пневмодвигателя является низкая эффективность работы двигателя, из-за низкого КПД системы, если учитывать в ее составе систему заправки источника сжатого воздуха, а также малого времени его автономной работы, ограниченного объемом источника сжатого воздуха, а также того, что для возобновления работы двигателя источник сжатого воздуха должен быть заменен или заправлен, что при использовании двигателя в транспортных средствах, требует создания разветвленной сети пневмозаправочных станций.
Технической результатом, на получение которого направлено изобретение, является повышение эффективности работы двигателя, путем повышения КПД двигателя и времени его автономной работы.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет повышения КПД отдельных его узлов входящих в состав двигателя. КПД двигателя внешнего сгорания системы Игошина состоит из КПД отдельных узлов системы.
<mrow><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>д</mi></msub><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>г</mi></msub><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>р</mi></msub></mrow>
где
<mrow><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>д</mi></msub></mrow>
- КПД пневмодвигателя
<mrow><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>г</mi></msub></mrow>
- КПД газогенератора
<mrow><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>р</mi></msub></mrow>
- КПД ресивера
Достоинством пневмодвигателя является то, что в каждом гофрированном пневмоцилиндре сжатый газ полностью отдает свою потенциальную энергию от максимума до практического нуля КПД доходит до 96%.
При этом свободнопоршневой газогенератор состоит из цилиндрического корпуса, с размещенным в нем электромагнитным поршнем, отличающимся увеличенной силой втягивания его в цилиндрическую катушку стартера, катушки электромагнитного стартера с витками управления им, расположенными коаксиально с корпусом. В корпусе выполнены входные и выходные отверстия, при этом корпус выполнен с фланцами на торцах, на которых установлены головки цилиндров со свечами зажигания и тлеющими спиралями для обеспечения полноты сгорания топлива, а также установлены инжекторы подачи топлива, при этом на корпусе установлен виток управления зажиганием, а поршень выполнен электромагнитным, т.е. содержит конденсатор и, по крайне мере одну внутреннюю катушку самоиндукции, с кольцевым магнитопроводом, и с Т-образными компрессионными спиралями, а во входных и выходных отверстиях корпуса установлены клапаны с запорной пружиной, причем к выходным отверстиям подсоединена трубка отвода сжатого газа в ресивер, а корпус установлен в защитном кожухе, на котором размещен воздушный фильтр. Увеличение силы втягивания электромагнитного поршня в цилиндрическую катушку стартера происходит за счет взаимодействия сил притяжения между цилиндрической катушкой стартера и цилиндрической катушкой поршня, что способствует снижению величины пускового тока стартера, а, следовательно, приводит к уменьшению расхода электроэнергии для запуска газогенератора и увеличению КПД двигателя и времени автономной работы двигателя без замены аккумулятора. В качестве топлива для газогенератора могут использоваться любые виды органического топлива, как в жидком, так и в газообразном состоянии, при соответствующей замене инжекторов, рассчитанных на используемый вид топлива. Особенностью газогенератора является то, что вся энергия горения органического топлива полностью трансформируется в потенциальную энергию сжатого газа и это доводит его КПД до 98%.
Ресивер, отличительной особенностью которого является способность накапливать максимальное количество сжатого газа при минимальном изменении заданного давления, включает в себя цилиндрический корпус с закрепленной внутри него направляющей осью, размещенный на направляющей оси кожух, образованный, выполненной с возможностью перемещения вдоль направляющей оси, гофрированной оболочкой, и связанными с ней подвижной торцевой оболочкой и неподвижной торцевой оболочкой со штуцером входа и выхода газа, и уплотнительный элемент, размещенный в месте сопряжения подвижной торцевой оболочки и направляющей оси. Ресивер обеспечивает также автоматическое включение и выключение газогенератора при минимальном и максимальном заполнении ресивера за счет концевых переключателей.
Ресивер окружен мощной теплоизоляцией (на чертеже не изображено), что обеспечивает сохранение потенциальной энергии сжатого газа на 98%
Из ресивера газ через регулируемый клапан направляется на пневмоцилиндры, связанные с редуктором посредством рычагов и муфт, которые преобразуют потенциальную энергию газа в кинетическую энергию вращения вала отбора мощности двигателя.
Таким образом, общий КПД установки будет соответствовать:
<mrow><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>д</mi></msub><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>г</mi></msub><msub><mrow><mover><mi>η</mi><mo>'</mo></mover></mrow><mi>р</mi></msub><mo>=</mo><mn>96</mn><mo>*</mo><mn>98</mn><mo>*</mo><mn>98</mn><mo>=</mo><mn>92</mn><mi>%</mi></mrow>
Согласно изобретению пневмодвигатель, содержащий многоступенчатый редуктор, на каждом из валов редуктора установлены, по крайней мере, один рычаг и более, выполненные по числу рычагов гофрированные пневмоцилиндры с толкателями, клапанами подачи сжатого газа и выхода отработанного газа, регулятор распределения давления по ступеням, причем толкатель каждого из пневмоцилиндров кинематически связан с соответствующим рычагом, а источник сжатого газа соединен со ступенями редуктора через центробежный регулятор распределения давления, отличается тем, что в качестве источника сжатого газа используется пневматически связанная комбинация ресивера, выполненного с гофрированной оболочкой, и обеспечивающая постоянное давление на выходе при изменении его объема, а также свободнопоршневого газогенератора, который включается и выключается за счет концевых переключателей, установленных на ресивере, и состоит из корпуса с размещенным в нем поршнем, содержащим конденсатор и, по крайней мере, одну катушку самоиндукции с кольцевым магнитопроводом, и катушки стартера с витками, расположенными коаксиально с корпусом, обеспечивая генерацию рабочего газа за счет сжигания различных видов органического топлива.
На фиг.1 изображена схема двигателя.
На фиг.2 изображена схема электромагнитного поршня газогенератора.
Газогенератор, показанный на фиг.1 содержит:
1. Устройство запуска газогенератора в составе аккумулятора и ключа зажигания.
2. Поршень.
3. Цилиндр.
4. Воздушный фильтр.
5. Свеча зажигания с инжектором.
6. Амортизатор.
7. Клапан входа воздуха.
8. Клапан выхода сжатого газа.
9. Электромагнитная катушка.
10. Кольцевой магнитопровод.
11. Катушка управления зажиганием.
12. Фильтр.
13. Гофрированная оболочка ресивера.
14. Механический клапан подачи сжатого газа в пневмодвигатель.
15. Центробежный распределитель сжатого газа.
16. Поворотная односторонняя муфта сцепления.
17. Гофрированный пневматический цилиндр.
18. Трехступенчатый редуктор.
19. Вал отбора мощности.
20. Рычаг.
Резервуар с топливом не входит в состав двигателя и подключается к инжекторам 5.
Электромагнитный поршень, показанный на фиг.2 содержит: 2.1. - корпус поршня, 2.2. - две Т-образные компрессионные спирали, 2.3 - конденсатор, 2.4. - два кольцевых (цилиндрических) магнитопровода, 2.5. - две катушки самоиндукции, 2.6. - две головки поршня.
Устройство работает следующим образом. При повороте ключа в устройстве запуска газогенератора, поршень 2 начинает движение внутри цилиндра 3 слева направо до правой мертвой точки. При достижении крайнего правого положения происходит подача топлива, например, бензина, и его воспламенение. После этого поршень 2 начинает двигаться к левой мертвой точке. Газ, находящийся в цилиндре 3, начинает выходить через клапан 8 в ресивер 13. При достижении крайнего левого положения происходит подача топлива и его воспламенение. После этого поршень 2 движется к правой мертвой точки, после чего цикл повторяется.
При колебательном движении поршня, газ заполняет ресивер 13, при этом его гофрированная оболочка начинает расширяться и двигаться в крайнее левое положение. При достижении крайнего левого положения срабатывает концевой переключатель и компрессор выключается. При использовании сжатого газа из ресивера в пневмодвигателе, его гофрированная оболочка сжимается и занимает крайнее правое положение, при этом срабатывает второй концевой переключатель и компрессор включается, при этом вновь начинается заполнение ресивера газом из газогенератора.
Из ресивера сжатый газ поступает через механический расходный клапан 14 на центробежный распределительный клапан 15 и далее через поворотный клапан в гофрированный цилиндр 17. Расширяясь в цилиндре, сжатый газ приводит в движение рычаг 20 и тот через поворотную муфту сцепления 16 вращает вал 19 редуктора 18.
Поскольку в качестве топлива может использоваться топливо различных видов, в том числе и самый распространенный - бензин, автономность пневмодвигателя существенно возрастает.
Таким образом, достигается технический результат изобретения.