БЛОК ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ СО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ СЖАТОГО ВОЗДУХА
AIR-OPERATED ENGINE WITH AUXILIARY COMPRESSED AIR CIRCUIT

Область техники
Изобретение относится к двигателю и, в частности, относится к блоку пневматического двигателя, использующего сжатый воздух в качестве дополнительного источника энергии.
Уровень техники
Двигатели находят широкое применение во всех сферах деятельности. Обычно используют поршневые двигатели внутреннего сгорания, применяющие топливо как источник энергии в современных транспортных средствах, таких как автомобили, лодки и т.д. Но, с одной стороны, из-за неполного сгорания топлива выхлопные газы двигателя, использующего топливо в качестве источника энергии, содержат большое количество загрязняющих окружающую среду вредных веществ. С другой стороны, топливо получают из нефти, и вследствие увеличивающего дефицита нефтяных ресурсов все больше ограничены разработка и применение систем, использующих топливный двигатель в качестве источника энергии. Таким образом, актуальна проблема разработки нового, чистого и не создающего загрязнений альтернативного источника энергии или в максимально возможной степени уменьшения потребления топлива и сокращения выбросов. Пневматический двигатель, использующий сжатый воздух в качестве источника энергии, способен удовлетворить этим требованиям.
Ги Негрэ, проектировщик французской компании MDI, ранее исследовал двигатель на сжатом воздухе. В 2002 г. он создал первый чисто-пневматический экономичный, предназначенный для домашнего пользования, автомобиль с кузовом типа “седан”. В FR 2731472 A1, US 6311486 B1 и US 20070101712 A1 и т.д. описаны исследования по двигателям на сжатом воздухе.
В патенте Франции FR 2731472 A1 описан двигатель, работающий в двух режимах: режиме подачи топлива и режиме подачи сжатого воздуха. На скоростной автотрассе этот двигатель использует обычное топливо, например, бензин или дизельное топливо, а при медленном движении в городском районе и пригороде сжатый воздух (или другой любой свободный от загрязнений сжатый газ) поступает в камеру сгорания. Этот двигатель способен частично уменьшить расход топлива, однако, ввиду использования рабочего режима с подачей топлива он не разрешает проблему выбросов.
В патенте США №6311486 B1 описан чисто пневматический двигатель, предназначенный для дальнейшего уменьшения загрязненности. Этот тип двигателя содержит три отдельные камеры: камеру сжатия на впуске, камеру расширения и выпуска и камеру сгорания постоянного объема. Камера сжатия на впуске соединена с камерой сгорания постоянного объема посредством клапана, а камера сгорания постоянного объема соединена с камерой расширения и выпуска посредством клапана. Недостаток этого двигателя состоит в большом времени, необходимом для прохождения сжатого воздуха из камеры сжатия на впуске в камеру расширения и выпуска, то есть, необходимо большое время для получения используемого в качестве источника энергии газа, перемещающего поршень с выполнением работы. Кроме того, не используют газ высокого давления, выходящий из камеры расширения и выпуска, что ограничивает эффективность работы и продолжительность непрерывной работы для одной заправки двигателя.
Китайские исследования в области двигателя на сжатом воздухе начались с запозданием. В настоящее время исследование проведено в основном на уровне теоретического изучения и концептуального конструирования. Не решены проблемы, связанные с выхлопом сжатого воздуха и с управлением и распределением сжатого воздуха высокого давления. Еще предстоит длинный путь по разработке способа создания двигателя на сжатого воздуха.
В заявке на патент Китая №101413403 A (родственной заявке РСТ WO 2010051668 А1) заявитель настоящей заявки раскрыл узел пневматического двигателя, предназначенный для транспортного средства. Этот двигатель содержит резервуар для газа, воздухораспределитель, корпус двигателя, соединительный стержень, сцепление, автоматическую коробку передач, дифференциал и привод крыльчатки, размещенный в камере выпуска. Для выполнения работы этот двигатель использует сжатый воздух, а не топливо, и, таким образом, нет выброса выхлопных газов, то есть, он реализует «нулевой выброс». Выхлопной газ повторно использован для генерации электроэнергии, что экономит источник энергии и сокращает затраты. Но этот двигатель представляет собой обычный четырехтактный двигатель, где при повороте коленчатого вала на 720 градусов поршень совершает работу только один раз. Используемый в качестве источника энергии воздух высокого давления при его поступлении в цилиндр может толкать поршень с совершением работы, а затем происходит его выпуск, то есть, такты двигателя на сжатом воздухе фактически представляют собой такт впуска-расширения и такт выпуска. Очевидно, что раскрытый в заявке на патент CN 101413403 A четырехтактный двигатель на сжатом воздухе в значительной степени непроизводительно расходует эффективный такт работы, что уменьшает эффективность работы двигателя. Кроме того, выхлопной газ этого двигателя не может быть зациклен и использован соответствующим образом, вследствие чего двигатель может работать достаточно долго только при наличии достаточно большого резервуара для газа высокого давления.
Цель настоящего изобретения состоит в создании пневматического двигателя со вспомогательным контуром сжатого воздуха. Изобретение нацелено на решение проблемы эффективной работы и решение проблемы повторного использования выхлопных газов для пневматического двигателя, то есть создания нового экономичного и эффективного двигателя на сжатом воздухе с нулевыми выбросами.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения выполнен блок пневматического двигателя, содержащий блок двигателя, причем блок двигателя содержит цилиндр, головку блока цилиндров, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, поршень, соединительный стержень, коленчатый вал, распределительный вал выпуска, распределительный вал впуска, передний редуктор и задний редуктор. Указанный поршень соединен с коленчатым валом посредством соединительного стержня. Указанный передний редуктор выполнен с возможностью передачи перемещения коленчатого вала и распределительного вала. На системе головки блока цилиндров расположены отверстие горловины для газа для впуска сжатого воздуха, и выпускное отверстие для выпуска выхлопных газов. Узел пневматического двигателя также содержит установку резервуаров для газа высокого давления, сообщающийся с внешним заправочным устройством через трубопровод, и резервуар постоянного давления, сообщающийся с установкой резервуаров для газа высокого давления через трубопровод. Указанный узел пневматического двигателя с электромагнитным вспомогательным силовым блоком дополнительно содержит клапан регулировки скорости на входе, сообщающийся с резервуаром постоянного давления посредством трубопровода, систему устройства управления, многоступенчатый распределитель мощности, соединенный с коленчатым валом корпуса двигателя, силовое оборудование, соединенное с многоступенчатым распределителем мощности для получения мощности, передаваемой коленчатым валом, электронный блок управления, управляющий клапаном регулировки скорости на входе согласно обнаруженному сигналу от датчика и вспомогательный контур сжатого воздуха, соединенный с выпускным коллектором для дополнительной подачи в корпус двигателя выхлопных газов из выпускного коллектора.
В варианте реализации настоящего изобретения указанный блок пневматического двигателя представляет собой двухтактный двигатель.
В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения указанный вспомогательный контур сжатого воздуха содержит воздушный компрессор, резервуар повторного использования выхлопных газов, однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос, глушитель шума выхлопных газов, конденсатор и клапан ограничения давления, причем выхлопной газ входит в глушитель шума выхлопных газов через выпускной коллектор где происходит его всасывание в резервуар повторного использования выхлопных газов посредством однонаправленного электрического отсасывающего турбинного насоса, а выхлопной газ, накопленный в резервуаре повторного использования выхлопных газов, попадает в установку резервуаров для газа высокого давления через клапан ограничения давления после сжатия воздушным компрессором и охлаждения в конденсаторе.
Предпочтительно, чтобы указанный вспомогательный контур сжатого воздуха дополнительно содержал клапан последовательности. При давлении выхлопного газа, сжатого воздушным компрессором, меньше 15 МПа выхлопной газ непосредственно попадает через клапан последовательности в резервуар постоянного давления.
Предпочтительно воздушный компрессор соединен с многоступенчатым распределителем мощности посредством соединительной муфты для управления мощностью, передаваемой от многоступенчатого распределителя мощности и выполнения работы по сжатию выхлопного газа, поступающего из резервуара повторного использования выхлопных газов.
В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения клапан одностороннего действия расположен между однонаправленным электрическим всасывающим турбинный насосом и резервуаром повторного использования выхлопных газов. Клапан одностороннего действия предотвращает обратный поток выхлопных газов из резервуара повторного использования выхлопных газов в однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос. Предпочтительно, чтобы фильтр выхлопных газов и/или клапан одностороннего действия были расположены в трубопроводе между испарителем и установкой резервуаров для газа высокого давления. Фильтр выхлопных газов используют для очистки выхлопного газа после его сжатия таким образом, чтобы после фильтрации выхлопной газ был пригоден для хранения в блоке резервуаров для газа высокого давления. При этом клапан одностороннего действия предотвращает обратный поток воздуха высокого давления из блока резервуаров для газа высокого давления. В другом варианте реализации настоящего изобретения клапан регулировки скорости на входе может быть электромагнитным пропорциональным клапаном или комбинацией электромагнитного пропорционального клапана и редукционного клапана, так что могут быть легко обеспечены требования к впуску сжатого воздуха при работе двигателя с высокой скоростью, промежуточной скоростью и низкой скоростью.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения система устройства управления содержит трубу высокого постоянного давления с общей системой подачи, верхнюю крышку устройства управления, среднее гнездо устройства управления и нижнее основание устройства управления. Верхняя крышка устройства управления, среднее гнездо устройства управления и нижнее основание устройства управления герметически и с возможностью разборки соединены посредством болтов.
В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения датчик представляет собой датчик скорости поворота двигателя или потенциометр акселератора или комбинацию обоих.
В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения впускной трубопровод расположен на указанной верхней крышке устройства управления, причем впускной трубопровод соединен с трубой высокого постоянного давления с общей системой подачи посредством резьбового соединения.
Кроме того, в среднем гнезде крепления устройства управления установлены впускной клапан устройства управления, пружина впускного клапана и седло клапана устройства управления. Клапан устройства управления уперт в свое посадочное место под действием пружины клапана устройства управления.
Предпочтительно, чтобы в нижнем основании устройства управления был установлен толкатель устройства управления, управляющий открытием и закрытием клапана устройства управления, причем перемещение толкателя устройства управления происходит посредством распределительного вала впуска.
В другом варианте реализации настоящего изобретения количество цилиндров в узле двигателя равно шести и коленчатый вал содержит шесть колен коленчатого вала.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения шесть колен коленчатого вала представляют собой по отдельности первое колено коленчатого вала, второе колено коленчатого вала, третье колено коленчатого вала, четвертое колено коленчатого вала, пятое колено коленчатого вала и шестое колено коленчатого вала, причем фазы колен установлены следующим образом: разность фаз между первым коленом коленчатого вала и вторым коленом коленчатого вала составляет 120 градусов, разность фаз между вторым коленом коленчатого вала и третьим коленом коленчатого вала составляет 120 градусов, разность фаз между третьим коленом коленчатого вала и четвертым коленом коленчатого вала составляет 180 градусов, разность фаз между четвертым коленом коленчатого вала и пятым коленом коленчатого вала составляет 120 градусов, разность фаз между пятым коленом коленчатого вала и шестым коленом коленчатого вала составляет 120 градусов.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения выполнен многоступенчатый распределитель мощности для пневматического двигателя, причем указанный пневматический двигатель содержит корпус двигателя, содержащий цилиндр, систему головки цилиндра, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, поршень, соединительный стержень, коленчатый вал, распределительный вал выпуска, распределительный вал впуска. Система пневматического генератора также содержит установку резервуаров для газа высокого давления, сообщающуюся посредством трубопровода с внешним заполняющим устройством, резервуар постоянного давления, сообщающийся посредством трубопровода с установкой резервуаров для газа высокого давления, и клапан регулировки скорости на входе, сообщающийся посредством трубопровода с резервуаром постоянного давления. Указанный многоступенчатый распределитель мощности содержит ступени, причем каждая ступень содержит сателлитную шестерню, кольцо с внутренними зубьями и центральную шестерню. Сателлитная шестерня размещена между кольцом с внутренними зубьями и солнечным зубчатым колесом и входит в зацепление с кольцом с внутренними зубьями посредством внутреннего зацепления, а также входит в зацепление с центральной шестернею посредством внешнего зацепления.
Многоступенчатый распределитель мощности по настоящему изобретению может быть соединен с коленчатым валом различными способами. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения многоступенчатый распределитель мощности входит в зацепление с кольцом с зубьями на маховике коленчатого вала через кольцо с внутренними зубьями для получения мощности от коленчатого вала.
В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения многоступенчатый распределитель мощности содержит пять ступеней, то есть, составлен из первой ступени, второй ступени, третьей ступени, четвертой ступени и пятой ступени. Наличие нескольких ступеней обеспечивает многоступенчатому распределителю мощности возможность легкой и стабильной передачи мощности от пневматического двигателя.
Кроме того, сателлитные шестерни первой ступени и второй ступени многоступенчатого распределителя мощности соединены посредством штифта сателлитной шестерни. Центральные шестерни второй ступени и третьей ступени соединены штифтом центральной шестерни. Центральные шестерни третьей ступени и четвертой ступени также соединены штифтом центральной шестерни. Таким образом, реализована передача мощности от первой ступени на пятую ступень, причем мощность, введенная в первую ступень, может быть выведена из пятой ступени.
В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения все штифты сателлитной шестерни соединены с сателлитными шестернями посредством гладкой плоской шпонки с целью передачи перемещения с первой ступени на вторую ступень или передачи перемещения с третьей ступени на четвертую ступень. Предпочтительно выполнение штифта сателлитной шестерни в виде цилиндрического штифта. Количество штифтов в каждой ступени может быть равно по меньшей мере двум. Кроме того, штифт сателлитной шестерни может быть соединен с сателлитной шестерней посредством шлица.
В другом аспекте настоящего изобретения количество сателлитных шестерен в каждой ступени может быть равно нечетному числу, например, трем, пяти, семи. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждая ступень содержит пять шестерен планетарной передачи, причем эти пять сателлитных шестерен однородно распределены по окружности относительно центральной шестерни.
В другом аспекте настоящего изобретения поворотный вал сателлитной шестерни в пятой ступени указанного многоступенчатого распределителя мощности представляет собой сторону выхода. Таким образом, перемещение коленчатого вала может быть селективным образом передано на внешнее оборудование.
В сопоставлении с коробкой передач обычного двигателя пять ступеней сателлитной передачи использованы для передачи и перераспределения мощности, что может сократить объем работы и уменьшить колебания кручения во время передачи.
Краткое описание чертежей
Далее описаны предпочтительные, но не ограничивающие варианты реализации настоящего изобретения. Эти и другие характерные особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны в ходе их детального описания со ссылками на чертежи:
На фиг. 1 схематически показан общий вид блока пневматического двигателя, содержащего двухтактный двигатель по настоящему изобретению.
На фиг. 2 показан вид спереди корпуса двигателя блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 3 показан вид с правой стороны корпуса двигателя блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 4 показан вид с левой стороны корпуса двигателя блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 5 показан вид сверху корпуса двигателя блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 6 показан узел (коленчатый вал - соединительный стержень - поршень) корпуса двигателя блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель и, в частности, показано соединение между одним из блоков (поршень - соединительный стержень) и корпусом цилиндра.
На фиг. 7 схематически показан структурный вид коленчатого вала из узла (коленчатый вал - соединительный стержень - поршень) по фиг. 6.
На фиг. 8 схематически показан структурный вид распределительного вала корпуса двигателя по фиг. 2.
На фиг. 9А показан перспективный вид блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 9В показан продольный разрез системы устройства управления по фиг. 9А.
На фиг. 9С показан поперечный разрез системы устройства управления.
На фиг. 10А показан перспективный вид переднего редуктора блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 10В показан вид слева по фиг. 10А.
На фиг. 10С показан частичный вид в разрезе с правой стороны по фиг. 10А.
На фиг. 11А показан перспективный вид многоступенчатого распределителя мощности блока пневматического двигателя по фиг. 1, содержащего двухтактный двигатель.
На фиг. 11В показан поперечный разрез по продольной оси по фиг. 11А.
На фиг. 11С показан вид с левой стороны по фиг. 11А.
На фиг. 11D показан вид сверху по фиг. 11А.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание приведено только в качестве иллюстрации и никоим образом не ограничивает раскрытие, применение и использование изобретения. Следует иметь в виду, что на всех фигурах одинаковые номера позиций обозначают одинаковые или соответствующие компоненты или характеристики.
Обратимся к фиг. 1, где схематически показан общий вид блока двухтактного двигателя на сжатом воздухе по настоящему изобретению, причем стрелки обозначает направление потока воздуха. На фиг. 1 блок двигателя на сжатом воздухе содержит корпус 1 двигателя, многоступенчатый распределитель 2 мощности, силовое оборудование 4, систему 6 устройства управления, воздушный компрессор 7, конденсатор 11, резервуар 9 повторного использования выхлопных газов, установку 13 резервуаров для газа высокого давления, резервуар 16 постоянного давления, клапан 23 регулировки скорости впускаемого воздуха, однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос 19, электронный блок 29 управления, клапан 702 ограничения давления, клапан 703 последовательности и глушитель 22 шума выхлопных газов. Как показано на фиг. 1, установка 13 резервуаров для газа высокого давления сообщается с внешней заправочной станцией или с внешним заправочным устройством посредством впускного трубопровода 14 для сжатого воздуха для получения сжатого воздуха необходимого высокого давления от внешнего устройства. На впускном трубопроводе для сжатого воздуха установлены расходомер А, манометр Р и переключатель ручного управления (не показан). Расходомер А для измерения и контроля расхода сжатого воздуха, входящего в установку 13 резервуаров для газа высокого давления, а манометр Р для измерения и контроля давления сжатого воздуха, входящего в блок 13 резервуаров для газа высокого давления. При необходимости заправки воздуха в установку 13 резервуаров для газа высокого давления через внешнее заправочное устройство или внешнюю заправочную станцию, необходимо включить переключатель ручного управления и сжатый воздух войдет в установку 13 резервуаров для газа высокого давления. При достижении для показаний расходомера А и манометра Р на впускном трубопроводе 14 для сжатого воздуха некоторых определенных значений переключатель ручного управления выключен, процедура наполнения установки 13 резервуаров для газа высокого давления завершена и получен сжатый воздух под номинальным давлением, например, 30 МПа. Для обеспечения безопасности резервуара газа на установке 13 резервуаров для газа высокого давления может быть установлен по меньшей мере один предохранительный клапан (не показаны).
Установка 13 резервуаров для газа высокого давления состоит из одного, двух, трех, четырех или большего количества резервуаров достаточного объема для газа высокого давления, соединенных последовательно или параллельно. Количество резервуаров для газа высокого давления в установке 13 резервуаров для газа высокого давления определено согласно практическим требованиям на месте применения. Установка 13 резервуаров для газа высокого давления сообщена с резервуаром 16 постоянного давления через трубопровод 15, причем на трубопроводе 15 также установлены расходомер А, манометр Р и клапан 701 понижения давления для измерения и контроля расхода и давления сжатого воздуха. Клапан 701 понижения давления для сброса давления сжатого воздуха высокого давления, поступающего из установки 13 резервуаров для газа высокого давления, и подачи этого воздуха при соответствующем давлении в резервуар 16 постоянного давления. Резервуар 16 постоянного давления для стабилизации давления сжатого воздуха высокого давления, выходящего из установки 13 резервуаров для газа высокого давления. Давление в резервуаре 16 постоянного давления немного ниже давления в установке 13 резервуаров для газа высокого давления и составляет от 21 до 25 МПа, предпочтительно около 21 МПа. Между резервуаром 16 постоянного давления и клапаном 23 регулировки скорости впускаемого воздуха установлен трубопровод 17, на котором также расположены расходомер А и манометр Р для измерения и контроля расхода и давления сжатого воздуха. После контроля и регулировки посредством клапана 23 регулировки скорости впускаемого воздуха воздух высокого давления из резервуара 16 постоянного давления входит в систему 6 устройства управления.
Ниже подробно описан клапан 23 регулировки скорости впускаемого воздуха. Клапан 23 регулировки скорости впускаемого воздуха для управления временем открытия электромагнитного клапана в соответствии с командным сигналом от электронного блока 29 управления для регулировки объема впускаемого сжатого воздуха. Вследствие декомпрессионной функции электромагнитного клапана его комбинируют с клапаном снижения и регулировки давления с образованием клапана регулировки скорости, так что можно регулировать в подходящем диапазоне скорость поворота двигателя. Управление клапаном 23 регулировки скорости впускаемого воздуха происходит посредством управляющего сигнала 26 от электронного блока 29 управления. Многие типы датчиков могут быть при необходимости установлены на корпусе 1 двигателя, например, датчик скорости для измерения скорости поворота двигателя, позиционный датчик для определения положения верхней мертвой точки цилиндра, потенциометр акселератора для определения положения педали акселератора, а также температурный датчик для измерения температуры корпуса двигателя. Согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения показаны датчик 24 скорости и/или потенциометр 242 акселератора. Датчик 24 скорости может быть выбран из различных существующих при настоящем уровне техники датчиков скорости для измерения скорости поворота двигателя, и обычно установлен на коленчатом вале 56. Потенциометр 242 акселератора может быть выбран из различных существующих при настоящем уровне техники позиционных датчиков для измерения положения педали акселератора, и обычно установлен в положении педали акселератора. При использовании не для транспортных средств датчик нагрузки двигателя может быть похож на потенциометр акселератора, находящийся в положении акселератора. Это может быть, например, датчик крутящего момента для контроля выходного крутящего момента двигателя, позиционный датчик кнопки селектора электрического тока для контроля за генерацией тока и др. На основании сигнала о скорости, поступающего отдатчика скорости 24, и/или сигнала о положении, поступающего от потенциометра 242 акселератора, электронный блок 29 управления производит расчет и подает сигнал 26 управления. Сигнал 26 управления управляет клапаном регулировки скорости впускаемого воздуха, так что клапан регулировки скорости впускаемого воздуха может удовлетворять требованиям высокой скорости, средней скорости и низкой скорости и двигатель может, соответственно, выполнять поворот с высокой скоростью, средней скоростью и низкой скоростью.
Сжатый воздух высокого давления, проходящий через клапан регулировки скорости впускаемого воздуха, попадает в систему 6 устройства управления через трубопровод высокого давления. Сжатый воздух высокого давления подают в каждый цилиндр двигателя 1 посредством системы 6 устройства управления. Давление составляет, например, от 7 до 18 МПа, предпочтительнее от 9 до 15 МПа и еще предпочтительнее от 11 до 13 МПа, и предназначено для приведения поршня 51 в возвратно-поступательное перемещение в системе 40 цилиндра (см. рисунки 2-6). При этом обеспечена возможность преобразования посредством соединительного стержня 54 возвратно-поступательного перемещения поршня 51 в поворотное перемещение коленчатого вала 56, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к различным состояниям двигателя. Специальная конструкция системы 6 управления будет подробно описана ниже.
Снова обратившись к фиг. 1, можно видеть, что поворотное перемещение, создаваемое корпусом 1 двигателя, распределено на прикладное оборудование посредством многоступенчатого распределителя 2 мощности, как показано на фиг. 1. Это прикладное оборудование включает воздушный компрессор 7 и силовое оборудование 4. Воздушный компрессор 7 может быть обычным компрессором лопастного типа или компрессором поршневого типа, а также он может быть блоком нагнетателя, описанным в патентном документе (CN 201261386Y) настоящего заявителя. Силовое оборудование 4 может представлять собой систему силовой передачи, генератор или систему силовой передачи и т.д. Многоступенчатый распределитель 2 мощности может быть связан с маховиком на коленчатом вале и также может также быть связан с соединительным устройством, например, с соединительной муфтой. Многоступенчатый распределитель 2 мощности разделяет мощность на две ветви, причем одна ветвь мощности подана на силовое оборудование 4, а другая ветвь мощности подана на воздушный компрессор 7. Силовое оборудование 4 соединено к многоступенчатым распределителем 2 мощности посредством соединительного устройства, например, сцепления 3 или чего-то подобного, а воздушный компрессор 7 соединен с многоступенчатым распределителем 2 мощности посредством соединительной муфты 5, например, шестерни. При работе двигателя поворот коленчатого вала 56 приводит к включению многоступенчатого распределителя 2 мощности. Затем происходит распределение мощности на воздушный компрессор 7 и силовое оборудование 4, так что воздушный компрессор 7 и силовое оборудование 4 начинают работать.
Поскольку двигатель на сжатом воздухе по настоящему изобретению непосредственно приведен в действие воздухом высокого давления, воздух высокого давления приводит к перемещению поршня 51 при повороте коленчатого вала на угол от 0 до 180 градусов. При продолжении перемещения поршня вверх по инерции после достижения нижней мертвой точки коленчатый вал продолжает поворот на углы от 180 до 360 градусов, двигатель работает на такте выпуска, причем при этом выпускаемый воздух имеет относительно высокое давление, например, примерно 3 МПа. С одной стороны, выпускаемый газ высокого давления склонен к образованию потока выхлопного газа высокого давления при его непосредственном выпуске в атмосферу и создает шум выхлопных газов. С другой стороны, происходит потеря энергии сжатого воздуха. Таким образом, следует повторно использовать выхлопной газ двигателя на сжатом воздухе. Ниже описан вспомогательный контур сжатого воздуха.
Выхлопной газ, выпущенный выпускным коллектором 28 корпуса 1 двигателя, проходит в глушитель 22 шума выхлопных газов через трубопровод 27. После обработки в глушителе выхлопной газ попадает в однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос 19 через трубопровод 18. Трубопровод 20 соединяет однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос 19 с резервуаром 9 повторного использования выхлопных газов, а клапан 21 одностороннего действия расположен в трубопроводе 20. Клапан одностороннего действия 21 обеспечивает возможность протекания выхлопного газа только из однонаправленного электрического всасывающего турбинного насоса 19 в резервуар 9 повторного использования выхлопных газов, причем обратный поток не допустим. Расходомер А и манометр Р расположены на трубопроводе 8 между резервуаром 9 повторного использования выхлопных газов и воздушным компрессором 7 для индивидуального измерения и контроля расхода и давления выхлопного газа после его сжатия воздушным компрессором. После сжатия воздушным компрессором 7 давление выхлопного газа значительно возрастает и может достигнуть значений в диапазоне от примерно 10 МПа до примерно 25 МПа. Воздушный компрессор 7 разделяет сжатый выхлопной газ на два потока, а именно, на поток через трубопровод 705 и поток дополнительной подачи к двигателю 1. Ветви 704 и 706 трубопроводов расположены вниз по течению трубопровода 705, причем трубопровод 706 осуществляет жидкостное соединение с трубопроводом 12, ведущим в блок резервуаров для газа высокого давления. Если давление выхлопного газа, сжатого воздушным компрессором 7, превышает 15 МПа, сжатый выхлопной газ проходит через клапан ограничения давления, давление открытия которого установлено, например, равным 15 МПа. Затем выхлопной газ вступает в конденсатор 11 через трубопровод 10 и после охлаждения в конденсаторе отработанный газ может быть непосредственно направлен в установку резервуаров 13 для газа высокого давления через трубопровод 12, или выхлопной газ может быть направлен в блок резервуаров 13 для газа высокого давления после прохождения через фильтр для выхлопного газа (не показан на фигуре). Трубопровод 705 жидкостным образом соединен с трубопроводом 704 через клапан 703 последовательности. Если давление выхлопного газа, сжатого воздушным компрессором 7, меньше 15 МПа, сжатый выхлопной газ проходит через клапан последовательности, предельное давление которого установлено, например, равным 15 МПа (клапан последовательности открыт при давлении на впуске меньше 15 МПа, и его автоматическое закрытие происходит при давлении на впуске, превышающем 15 МПа), и затем поступает в резервуар постоянного давления 16 через трубопровод 704. В альтернативных вариантах реализации давление открытия для клапана ограничения давления и давление закрытия для клапана последовательности могут быть установлены согласно фактическим требованиям. Например это может быть любое давление между 7 МПа и 20 МПа. Предпочтительно, чтобы оно равнялось одному из значений 10, 12, 15, 17, и 20 МПа. В качестве альтернативы клапан одностороннего действия (не показан на фигуре) может быть расположен в трубопроводе между конденсатором 11 и установкой 13 резервуаров для газа высокого давления, причем обеспечена возможность однонаправленного протекания чистого выхлопного газа в установку 13 резервуаров для газа высокого давления после повышения давления. Таким образом, после совершения работы большая часть сжатого воздуха высокого давления для перемещения поршня 51 двигателя, может быть подвергнута сжатию и очистке посредством вспомогательного контура сжатого воздуха (содержащего глушитель отработанного газа, клапан ограничения давления, клапан последовательности, однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос 19, резервуар 9 повторного использования выхлопных газов, воздушный компрессор 7, конденсатор 11 и соединительный трубопровод между ними), и затем циклически возвращена в установку резервуаров для газа высокого давления, обеспечивая, таким образом, циркуляцию выхлопного газа. Наличие вспомогательного контура сжатого воздуха может не только в значительной степени решить задачу шумового загрязнения, связанную с выбросом выхлопных газов значительного давления (обычно примерно 3 МПа) непосредственно в атмосферу, но также существенно облегчить проблему, связанную с необходимостью использования резервуаров большого объема в установке 13 резервуаров для газа высокого давления. Другими словами, для обладающего заданным объемом установки 13 резервуаров для газа высокого давления наличие вспомогательного контура сжатого воздуха значительно увеличивает период непрерывной работы двигателя на сжатом воздухе. Для транспортного средства или генератора, использующего двигатель на сжатом воздухе, период непрерывной работы транспортного средства или генератора значительно увеличен, а эффективность работы двигателя на сжатом воздухе заметно возрастает.
Теперь перейдем к фиг. 2-5. На фиг. 2-5 под разными углами показан вид корпуса 1 двигателя по фиг. 1. В том числе на фиг. 2 показан вид корпуса 1 двигателя спереди, на фиг. 3 показан вид корпуса 1 двигателя с правой стороны, на фиг. 4 показан вид корпуса 1 двигателя с левой стороны и на фиг. 5 показан вид корпуса 1 двигателя сверху. Из фиг. 6 видно, что корпус 1 двигателя содержит цилиндр 40, систему 36 головки цилиндра, впускной трубопровод 42 (горловину впускного клапана), выпускной трубопровод 27, поршень 51, соединительный стержень 54, коленчатый вал 56, распределительный вал 800 выпуска (см. фиг. 8), распределительный вал 200 впуска (установлен в установочном отверстии распределительного вала 113 впуска по фиг. 9), передний редуктор 43 и задний редуктор 33. Передний редуктор 43 выполнен с возможностью приведения в действие коленчатого вала 56 и распределительного вала. Кольцо 31 с зубьями и маховик 32, которые могут быть соединены посредством многоступенчатого распределителя 2 мощности, размещены в заднем редукторе 33. Распределительный вал 200 впуска и распределительный вал 800 выпуска расположены в иллюстративном варианте реализации корпуса 1 двигателя. Они прикреплены к коленчатому валу 56 посредством переднего редуктора 43 с возможностью соответствующего поворота вместе с коленчатым валом 56. Поскольку система 6 устройства управления непосредственно управляет впуском и распределением сжатого воздуха, впускной клапан на системе 36 головки цилиндра двигателя не установлен, а установлен только выпускной клапан 62. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждый цилиндр содержит 4 выпускных клапана, причем при необходимости количество выпускных клапанов может быть равно одному, двум, четырем или шести. Сжатый воздух из системы 6 компрессора попадает непосредственно в камеру 63 расширения и выпуска через горловину 42 клапана (см. фиг. 6). При работе двигателя сжатый воздух толкает поршень 51 для перемещения вниз. Происходит превращение линейного перемещения поршня 51 в поворотное перемещение коленчатого вала 56 посредством соединительного стержня 54. Мощность на выходе двигателя можно реализовать посредством поворота коленчатого вала. После достижения поршнем 51 нижней мертвой точки коленчатый вал 56 продолжает поворот по инерции и заставляет поршень 51 перемещаться из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Теперь распределительный вал 800 выпуска может открыть выпускной клапан 62 посредством размещенного на нем кулачка и соответствующего коромысла клапана. Такт выпуска тем самым выполнен. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения предпочтительно, чтобы выпускаемый выхлопной газ попадал во вспомогательный контур сжатого газа.
На корпусе 1 двигателя кроме того размещены стартер 39 для запуска двигателя, генератор 391, соединенный с коленчатым валом посредством соединительного компонента, например, ременного шкива, нижний масляный картер 44 блока цилиндров для повторного использования смазочного масла, и масляный фильтр 2 двигателя для фильтрации моторного масла. Генератор 391 может быть, например, интегральным генератором переменного тока, генератором переменного тока без щеток, генератором переменного тока с насосом или генератором с постоянным магнитом и т.д. При работе двигателя генератор может подавать мощность на блок двигателя и заряжать элемент батареи или элемент аккумулятора (не показаны на фигурах).
Обратимся теперь к фиг. 6. На ней показана система (коленчатый вал - соединительный стержень - поршень) корпуса двигателя блока двухтактного двигателя по фиг. 1, в которой показано соединение одного узла (поршень - соединительный стержень) с цилиндром 40. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения двигатель преимущественно содержит шесть цилиндров 40 и, соответственно, шесть поршней 51 и шесть соединительных стержней 54. В качестве альтернативы количество поршней 51, цилиндров 40 и соединительных стержней 54 может быть соответственно равным единице, двум, четырем, шести, восьми, двенадцати или другому числу, определяемому специалистами в данной области техники. Аналогичным образом, конструкция коленчатого вала 56 должна соответствовать количеству узлов (поршень - соединительный стержень). В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг. 6 и 7, коленчатый вал 56 предпочтительно содержит 6 колен коленчатого вала в соответствии с оптимальным вариантом реализации настоящего изобретения. Снова обратившись к фиг. 6, можно видеть, что в показанном соединении одного узла (поршень - соединительный стержень) и цилиндра 40 сжатый воздух высокого давления из системы устройства управления 6 входит в камеру 63 расширения и выпуска газа через впускной трубопровод 41 и отверстие 402 горловины для газа на крышке 36 цилиндра. В камере 63 расширения и выпуска происходит расширение газа высокого давления с выполнением работы. Расширение газа приводит к перемещению поршня 51 вниз, что представляет собой такт выполнения работы. Работа, полученная в этом такте выполнения работы, может быть подана вовне посредством системы коленчатого вала и соединительного стержня. При перемещении поршня 51 в цилиндре от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке выпускной клапан 62 открыт и воздух с определенным давлением выходит из камеры расширения и выпуска по трубопроводу 27, что представляет собой выпускной такт. Непосредственно перед достижением поршнем верхней мертвой точки происходит закрытие выпускного клапана 62 и система устройства управления 6 начинает подавать воздух в камеру 63 расширения и выпуска, начиная, тем самым, следующий цикл. Очевидно, что поршень совершает работу один раз при полном повороте (360 градусов) коленчатого вала 56 двигателя по настоящему изобретению, причем этот двигатель не похож на обычный четырехтактный двигатель, коленчатый вал которого может совершить полный набор тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска один раз при повороте на два оборота (720 градусов). Двигатель по настоящему изобретению похож на двухтактный двигатель, но все же отличен от двухтактного двигателя, поскольку в обычном двухтактном двигателе впускное отверстие обычно расположено на дне цилиндра, а продувочное отверстие и выпускное отверстие расположены в подходящих местах в цилиндре. В двухтактном двигателе по настоящему изобретению отверстие 402 горловины для газа для впуска сжатого воздуха высокого давления, и выпускное отверстие 272 расположены на вершине цилиндра, причем открытие и закрытие отверстия 402 горловины для газа происходит посредством распределительного вала 200 впуска через систему устройства управления 6, а открытие и закрытие выпускного отверстия происходит посредством распределительного вала 800 выпуска, приводимого в движение коленчатым валом, и посредством открытия и закрытия выпускного клапана 62, управляемого шарниром. Таким образом, двухтактный двигатель по настоящему изобретению полностью отличен от обычного двухтактного двигателя. Он эффективно использует воздух высокого давления с возможностью расширения и непосредственного выполнения работы, причем поршень 51 совершает работу один раз при повороте коленчатого вала 56 на один оборот (360 градусов). Таким образом, двигатель по настоящему изобретению может увеличить мощность в два раза по сравнению с обычным четырехтактным двигателем при условии одинакового объема вытесняемого газа.
Обратимся теперь к фиг. 5 и фиг. 6. Коленчатый вал 56 содержит соединительный болт 79 шестерни, передний конец 80 коленчатого вала, коническую шестерню 61, коренную шейку 78, колено 71 коленчатого вала, противовес 77, палец 76 колена коленчатого вала, задний конец коленчатого вала 75 и соединительный болт 72 маховика. На коренной шейке 78 и пальце 76 колена коленчатого вала 56 предусмотрены одно или несколько отверстий заливки машинного масла для подачи машинного масла к коленчатому валу. Палец колена коленчатого вала расположен на коленчатом валу 56. Соединительный болт 79 шестерни для крепления к соответствующей шестерне переднего редуктора 43 расположен справа (как показано стрелкой на фигурах) от переднего конца 80 коленчатого вала и в смежном положении. Коническая шестерня 61, приводящая к повороту распределительного вала, расположена слева (как показано стрелкой на фигурах) от переднего конца 80 коленчатого вала и в смежном положении. Соединительный болт 72 маховика для неподвижного соединения с маховиком 32 расположен снаружи от заднего конца 75 коленчатого вала и в смежном положении. На противовесе 77 расположено одно или два или больше двух отверстий противовеса для регулировки баланса. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения в состав колен 71 коленчатого вала входят шесть колен коленчатого вала: первое колено 71а коленчатого вала, второе колено 71b коленчатого вала, третье колено 71с коленчатого вала, четвертое колено 71d коленчатого вала, пятое колено 71е коленчатого вала, шестое колено 71f коленчатого вала. Они соответствуют соединительным стержням 54 от первого до шестого или поршням 51. В качестве альтернативы количество колен 71 коленчатого вала может быть другим, например, быть равным одному, двум, четырем, шести, восьми или больше, как может быть легко определено специалистами в данной области техники. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения по фиг. 6 или фиг. 7 фаза каждого колена коленчатого вала установлена следующим образом: разность фаз между первым коленом 71а коленчатого вала и вторым коленом коленчатого вала 71b равна 120 градусов, разность фаз между вторым коленом коленчатого вала 71b и третьим коленом коленчатого вала 71с равна 120 градусов, разность фаз между третьим коленом коленчатого вала 71с и четвертым коленом коленчатого вала 71d равна 180 градусов, разность фаз между четвертым коленом коленчатого вала 71d и пятым коленом коленчатого вала 71е равна - 120 градусов, разность фаз между пятым коленом коленчатого вала 71е и шестым коленом коленчатого вала 71f равна - 120 градусов. Таким образом, последовательность работы колен коленчатого вала установлена следующим образом: первое и пятое колена коленчатого вала работают одновременно, затем третье и шестое колена коленчатого вала работают одновременно и, наконец, второе и четвертое колена коленчатого вала работают одновременно. Таким образом, последовательность работы цилиндров двигателя установлена следующим образом: первый и пятый цилиндры, третий и шестой цилиндры, второй и четвертый цилиндры. В соответствии с идеей настоящего изобретения специалист в данной области техники может установить количество колен коленчатого вала, их разности фаз и последовательность работы, отличающиеся от вышеуказанных, но не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
Обратившись к фиг. 6, можно видеть, что поршень 51 соединен с коленчатым валом 56 посредством соединительного стержня 54. Соединительный стержень 54 содержит суженный конец соединительного стержня, тело соединительного стержня и расширенный конец соединительного стержня. Расширенный конец соединительного стержня содержит крышку 58 соединительного стержня, причем в крышке 58 соединительного стержня образовано круговое пространство, так что крышка 58 соединительного стержня соединена с пальцем 76 колена коленчатого вала посредством втулки 57 подшипника соединительного сьтержня в этом пространстве. Выполненное из тетрафторэтилена масляное защитное кольцо 53 и выполненное из тетрафторэтилена поршневое кольцо 52 расположены на периферийной поверхности поршня 51. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения на каждом поршне 51 расположены четыре выполненных из тетрафторэтилена поршневых кольца 52 и два масляных защитных кольца 53. В качестве альтернативы, количество выполненных из тетрафторэтилена масляных защитных колец 53 и выполненных из тетрафторэтилена поршневых колец 52 может быть равно, двум, трем, четырем или больше. Выполненные из тетрафторэтилена масляные защитные кольца 53 предназначены для предотвращения протекания масла, а выполненные из тетрафторэтилена поршневые кольца 52 предназначены для снятия масла, причем их совместное действие гарантирует надежную смазку и уплотнение смазочного масла.
На фиг. 8 схематически показан структурный вид распределительного вала 800 выпуска корпуса 1 двигателя по фиг. 2. Распределительный вал 800 выпуска содержит кулачковые звенья 81 и звездочку 83. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения в состав кулачковых звеньев 81 входит шесть кулачковых звеньев: первое кулачковое звено 81а, второе кулачковое звено 81b, третье кулачковое звено 81с, четвертое кулачковое звено 81d, пятое кулачковое звено 81е и шестое кулачковое звено 81f. В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения количество кулачковых звеньев 81 может быть равно одному, двум, четырем, шести, восьми, двенадцати или больше, причем это зависит от количества цилиндров в двигателе и количества выпускных клапанов в каждом цилиндре. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждое кулачковое звено 81 содержит по два кулачка 82, причем каждый кулачок 82 управляет открытием соответствующего выпускного клапана 62. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения по фиг. 8 фаза каждого кулачкового звена 81 установлена следующим образом: разность фаз между первым кулачковым звеном 81а и вторым кулачковым звеном 81b равна 120 градусов, разность фаз между вторым кулачковым звеном 81b и третьим кулачковым звеном 81с равна 120 градусов, разность фаз между третьим кулачковым звеном 81с и четвертым кулачковым звеном 81d равна 180 градусов, разность фаз между четвертым кулачковым звеном 81d и пятым кулачковым звеном 81е равна -120 градусов, разность фаз межу пятым кулачковым звеном 81е и шестым кулачковым звеном 81f равна -120 градусов. Таким образом, последовательность работы кулачковых звеньев установлена следующим образом: первое и пятое кулачковые звенья работают одновременно, затем третье и шестое кулачковые звенья работают одновременно и, наконец, второе и четвертое кулачковые звенья работают одновременно. Таким образом, последовательность работы цилиндров двигателя установлена следующим образом: первый и пятый цилиндры, третий и шестой цилиндры, второй и четвертый цилиндры. В соответствии с идеей настоящего изобретения специалист в данной области техники может установить количество кулачковых звеньев, их разности фаз и последовательность работы, отличающиеся от вышеуказанных, но не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
Обратимся теперь к фиг. 9, содержащей фиг. 9А - фиг. 9B. На фиг. 9 показаны виды системы устройства управления 6 блока двухтактного двигателя на сжатом воздухе по фиг. 1. Как показано на фиг. 9, система 6 устройства управления содержит трубу 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи, нижнее основание 97 устройства управления, среднее гнездо 98 устройства управления, воздушный клапан 92 устройства управления, пружину 94 устройства управления и верхнюю крышку 108 устройства управления. Труба 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи имеет цилиндрическую форму, также она может быть квадратной, треугольной или другой формы. Внутренняя часть трубы 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи представляет собой цилиндрическую полость, например, для получения входящего газа высокого давления из клапана 23 регулировки скорости впускаемого воздуха, причем давление содержащегося в этой полости сжатого воздуха обычно равновесно, так что воздух высокого давления, первоначально входящий в камеру 63 расширения и выпуска каждого цилиндра 40, имеет одинаковое давление, что способствует стабильности работы двигателя. Торцевые крышки 100 трубы высокого постоянного давления с общей системой подачи неподвижно закреплены на двух концах трубы 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи. Торцевая крышка 100, прикрепленная к клапану 23 регулировки скорости впускаемого воздуха, имеет выступающий фланец (на фигурах не показан). Этот фланец входит в трубопровод между клапаном 23 регулировки скорости впускаемого воздуха и трубой 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи, и неподвижно, но с возможностью разборки, соединен с трубопроводом высокого давления посредством, например, резьбового соединения. Торцевые крышки 100 трубы высокого постоянного давления с общей системой подачи соединены с трубой 91 высокого постоянного давления посредством соединительных болтов торцевой крышки. Соединительные отверстия 111 верхней крышки, количество которых совпадаете количеством цилиндров, расположены на трубе высокого постоянного давления с общей системой подачи. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения количество соединительных отверстий 111 равно шести. Форма поперечного сечения верхней крышки устройства управления 108 вдоль его центральной линии представляет собой перевернутую букву Т. Имеет место цилиндрический боковой приточный патрубок и круглая нижняя поверхность (не показана на фигурах). Боковой приточный патрубок 112 соединен с соединительным отверстием 111 верхней крышки посредством наружной резьбы на ее верхнем конце, так что он неподвижно, но с возможностью разборки, соединен с трубой 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи. Верхняя крышка 108 устройства управления неподвижно, но с возможностью разборки, герметически соединена со средним гнездом 98 устройства управления посредством соединительных болтов для верхней крышки и среднего гнезда крепления или другого крепежного элемента. Среднее гнездо 98 устройства управления неподвижно, но с возможностью разборки, герметически соединено с нижним основанием 97 устройства управления посредством соединительных болтов 110 для среднего гнезда крепления и нижнего основания или другого крепежного элемента.
Как показано на фиг. 9, несколько отверстий различного диаметра расположено в центре среднего гнезда 98 крепления устройства управления, а именно, по очереди сверху вниз: отверстие 120 для гнезда клапана устройства управления, отверстие 117 для клапана устройства управления, отверстие 116 для втулки масляного уплотнения, отверстие 119 для пружины клапана устройства управления. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения диаметр отверстия 120 больше диаметра отверстия 117 и больше диаметра отверстия 116. Диаметр отверстия 117 больше диаметра отверстия 116. Диаметр отверстия 119 может быть равным диаметру отверстия 117, или отличаться от него, но должен быть больше диаметра отверстия 116. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения диаметр отверстия 119 равен диаметру отверстия 117, но немного меньше диаметра отверстия 120. Гнездо клапана устройства управления установлено внутри отверстия 120 для гнезда клапана устройства управления и опирается на отверстие 117 для клапана устройства управления. Отверстие 117 для клапана устройства управления выполнено в виде полого канала. Оно соединено с соединительным отверстием 118 горловины для газа. Таким образом, при открытом клапане устройства управления сжатый воздух из трубы 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи поступает в соединительное отверстие 118 горловины для газа через ветвь впускного трубопровода 112. Один конец соединительного отверстия 118 горловины для газа соединен с отверстием 117 для клапана устройства управления, а другой конец соединительного отверстия 118 горловины для газа соединен с отверстием 402 горловины для газа системы 36 крышки цилиндров. Это отверстие в нормальном состоянии открыто и, таким образом, при открытом клапане 92 устройства управления сжатый воздух поступает в камеру 63 расширения и выпуска газа и заставляет двигатель производить работу. Втулка 99 масляного уплотнения установлена внутри отверстия 116 для втулки масляного уплотнения и опирается на пружину 94 клапана устройства управления. Шток клапана (не указан на фигурах) клапана 92 устройства управления проходит через внутреннюю часть втулки 99 масляного уплотнения. Эта втулка 99 масляного уплотнения выполнена не только для уплотнения клапана 92 устройства управления, но и для направления штока клапана. Пружина 94 клапана устройства управления установлена внутри отверстия 119 для пружины клапана устройства управления. Ее нижний конец опирается на нижнее гнездо 95 пружины клапана устройства управления и закреплен на нижнем гнезде 95 пружины клапана устройства управления посредством замочной скобы клапана устройства управления. При прекращении работы двигателя пружина 94 клапана устройства управления предварительно нагружена, что толкает клапан 92 устройства управления по направлению к гнезду 93 клапана устройства управления, и клапан 92 устройства управления переходит в закрытое состояние.
Шесть иллюстративных монтажных отверстий 114 для толкателя устройства управления предусмотрены на нижнем основании 97 устройства управления. Изменяющееся количество монтажных отверстий 114 для толкателя устройства управления может быть определено согласно количеству цилиндров в двигателе, например, одно, два, четыре, шесть, восемь, десять или больше. Толкатель 115 устройства управления размещен в монтажном отверстии 114 для толкатели устройства управления. Он производит поступательно-возвратное перемещение следуя повороту распределительного вала 200 впуска, установленного в монтажном отверстии 113 для распределительного вала впуска. При необходимости подачи сжатого воздуха высокого давления в цилиндр 40 двигателя толкатель устройства управления 115 поднимается кулачком распределительного вала 200 впуска, и затем толкатель устройства управления 115 поднимает стержень клапана устройства управления, так что стержень клапана преодолевает натяжение пружины 94 клапана устройства управления и отходит от гнезда 93 клапана устройства управления, открывая, тем самым, клапан устройства управления. Сжатый воздух высокого давления поступает в камеру 63 расширения и выпуска газа через трубу 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи для удовлетворения потребности подачи воздуха в двигатель. После поворота распределительного вала 200 впуска на определенный угол вместе с коленчатым валом 56, толкатель клапана 92 устройства управления снова переходит в гнездо 93 клапана устройства управления под действием возвращающей силы со стороны пружины 94 клапана устройства управления, происходит закрытие клапана 92 устройства управления 92 и прекращение подачи воздуха. Поскольку пневматический двигатель данного изобретения представляет собой двухтактный двигатель, открытие и закрытие клапана 92 устройства управления и выпускного клапана 62 происходит один раз при одном полном повороте коленчатого вала 56, так что можно легко установить фазы кулачков распределительного вала 200 впуска и распределительного вала 800 выпуска и их соединение с коленчатым валом. Детальная структура и передача перемещения показаны на фиг. 10.
Обратимся теперь к фиг. 10. Фиг. 10 содержит фиг. 10А - фиг. 10С, представляющие собой разные виды переднего редуктора 43 блока двухтактного двигателя на сжатом воздухе по фиг. 1. Как показано на фиг. 10, передний редуктор содержит многоугольную крышку 313, передаточную шестерню 308, шестерню 307 коленчатого вала, паразитную шестерню 303, шестерню 302 распределительного вала впуска и шестерню 306 распределительного вала выпуска. Шестерня 307 коленчатого вала неподвижно соединена с одним концом коленчатого вала 56, проходящим через многоугольную крышку 313 с целью передачи поворотного перемещения от коленчатого вала. Передаточная шестерня 308, представляющая собой, например, шестерню масляного насоса двигателя, расположена под шестерней 307 коленчатого вала (ориентация показана на фиг. 10В) и выполнена с возможностью поворота компонента масляного насоса двигателя. Над шестерней 307 коленчатого вала расположены по очереди слева направо шестерня 302 распределительного вала впуска, паразитная шестерня 303 и шестерня 306 распределительного вала выпуска. Шестерня 307 коленчатого вала сцеплена с паразитной шестерней 303 для реализации поворота паразитной шестерни 303. Паразитная шестерня 303 сцеплена с шестерней 302 распределительного вала впуска и шестерней 306 распределительного вала выпуска с левой стороны и правой стороны одновременно, так что шестерню 302 распределительного вала впуска и шестерню 306 распределительного вала выпуска понуждают производить поворот посредством шестерни 307 коленчатого вала и паразитной шестерни 303 при повороте коленчатого вала 56, что приводит к повороту распределительного вала впуска 200 и распределительного вала выпуска 800, и в конечном счете к открытию и закрытию выпускного клапана 62 и клапана 92 устройства управления. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения шестерня 306 распределительного вала выпуска неподвижно закреплена непосредственно на распределительном вале 800 выпуска, в результате чего поворот шестерни 306 распределительного вала выпуска непосредственно приводит к повороту распределительного вала выпуска 800. Ременный шкив (не показан) прикреплен в соответствующем положении на центральной оси шестерни 302 распределительного вала впуска. Этот ременный шкив соединен с ременным шкивом, расположенным на распределительном вале 200 впуска посредством передаточного ремня 35 распределительного вала, тем самым поворачивая распределительный вал 200 впуска и выполняя открытие и закрытие клапана 92 устройства управления. В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения звездочка (не показана) может также быть прикреплена в подходящем положении на центральной оси шестерни 302 распределительного вала впуска. Эта звездочка соединена со звездочкой, расположенной на распределительном вале 200 впуска, посредством цепи, поворачивая, тем самым, распределительный вал впуска 200 и выполняя открытие и закрытие клапана 92 устройства управления.
Несколько отверстий различного предназначения расположены на многоугольной крышке 313, например, соединительные отверстия 309 для винтов, отверстия 310 для винтов и соединительные отверстия 311 для болтов. Многоугольная крышка 313 соединена с корпусом двигателя посредством соединительных отверстий 309 для винтов, паразитная шестерня 303 соединена с многоугольной крышкой 313 посредством отверстий 310 для винтов, а соединительные отверстия 311 для болтов использованы для скрепления многоугольной крышки 313 с корпусом двигателя. Соединительные отверстия 311 для болтов могут быть приварены к узлу 5 для приваривания на многоугольной крышке 313. Кроме того, на многоугольной крышке 313 также расположены смазочное отверстие 304 для протекания смазочного масла и основание 12 транспортного кольца.
Обратимся теперь к фиг. 11. Фиг. 11 содержит фиг. 11А - фиг. 11С, представляющие собой разные виды многоступенчатого распределителя 2 мощности блока пневматического двухтактного двигателя по фиг. 1. Как показано на фиг. 11, в иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения многоступенчатый распределитель 2 мощности представляет собой многоступенчатый распределитель мощности, состоящий из первой ступени 601, второй ступени 602, третьей ступени 603, четвертой ступени 604 и пятой ступени 605 (как показано на фиг. 10В, слева направо). В качестве альтернативы многоступенчатый распределитель мощности может содержать другое количество ступеней, например, три, четыре, шесть или семь ступеней. Структура каждой ступени по существу одинакова, причем каждая ступень содержит сателлитную шестерню 401, кольцо 407 с внутренними зубьями и центральную шестерню 405. Количество сателлитных шестерен 401 в каждой ступени можно выбрать одинаковым, например, равным трем, пяти, семи или больше. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждая ступень содержит 5 равномерно распределенных сателлитных шестерен 401. Преимущество такого расположения состоит в том, что вследствие равномерного распределения сателлитных шестерен нагрузка на главный вал равномерна, что гарантирует стабильность передачи и высокую передаточную мощность. Как показано на фиг. 11В, сателлитные шестерни 401 первой ступени 601 и второй ступени 602 соединены штифтом 403 сателлитной шестерни, что обеспечивает синхронность поворота первой ступени 601 и второй ступени 602. Штифт 403 сателлитной шестерни соединен с сателлитной шестернею 401 посредством гладкой плоской шпонки 4021 или шлица. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения штифт 403 сателлитной шестерни может быть выполнен в виде тонкого цилиндрического штифта или штифта прямоугольной, трапецеидальной и полукруглой формы. Количество штифтов в каждой ступени может быть равно двум, трем, четырем, пяти или больше. Центральные шестерни 405 второй ступени 602 и третьей ступени 603 соединены штифтом 406 центральной шестерни с возможностью совместного перемещения второй ступени 602 и третьей ступени 603. Соединение между третьей ступенью 603 и четвертой ступенью 604 аналогично соединению между первой ступенью 601 и второй ступенью 602, а соединение между четвертой ступенью 604 и пятой ступенью 605 аналогично соединению между второй ступенью 602 и третьей ступенью 603. Таким образом, реализована передача мощности от первой ступени 601 на пятую ступень 605 многоступенчатого распределителя мощности 4, причем мощность, введенная в первую ступень 601, может быть выведена из пятой ступени 605. В частности, сателлитная шестерня 401 в каждой ступени осуществляет поворот только вокруг собственной оси, но не осуществляет поворот вокруг соответствующей центральной шестерни 405. Таким образом, внутренняя структура многоступенчатого распределителя мощности проста и содействует стабильной передаче мощности.
Ниже описан принцип работы многоступенчатого распределителя 2 мощности. Маховик 32 расположен на коленчатом валу 51 корпуса 1 двигателя. Кольцо 31 с зубьями закреплено на периферии маховика 32. Кольцо 31 с зубьями содержит кольцо с наружными зубьями, сцепленное с внутренним зубчатым колесом 407 с внутренними зубьями на первой ступени 601 многоступенчатого распределителя 2 мощности, что передает перемещение коленчатого вала 56 на внутреннее зубчатое колесо 407 первой ступени 601. Сателлитная шестерня 401 первой ступени 601 соединена с сателлитной шестерней на второй ступени 602, в результате чего происходит передача мощности от первой ступени 601 на вторую ступень 602, и шестерня 401 планетарной передачи второй ступени 602 приводит к повороту центральной шестерни 405 второй ступени. Центральная шестерня 405 второй ступени соединена с центральной шестерней третьей ступени посредством штифта 406 центральной шестерни и приводит к повороту центральной шестерни 405 третьей ступени, и таким образом происходит передача мощности от второй ступени 602 к третьей ступени 603. По аналогии с первой ступенью 601, третья ступень 603 передает мощность на четвертую ступень 604 посредством сателлитной шестерни 401. По аналогии со второй ступенью, четвертая ступень 604 передает мощность от четвертой ступени на пятую ступень посредством центральной шестерни 405. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения поворотный вал сателлитной шестерни пятой ступени 605 представляет собой сторону выхода мощности. Мощность разделена на несколько ветвей (в иллюстративном варианте реализации на две ветви) и подается на элемент, соединенный с многоступенчатым распределителем 2 мощности. Например, в иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения эти элементы представляют собой силовую установку 4 генератора и воздушный компрессор 7. Таким образом, мощность снимают с коленчатого вала 56 двигателя, а выход в виде нескольких ветвей реализован посредством многоступенчатого распределителя 2 мощности. В сопоставлении с редуктором обычного двигателя пять ступеней сателлитной передачи использованы для передачи и перераспределения мощности, что не только экономит энергию, но уменьшает колебания крутящего момента при передаче.
Настоящее изобретение подробно раскрыто в этом описании, включающем предпочтительные варианты реализации, позволяющем специалисту в данной области техники использовать настоящее изобретение, и описывающем выполнение и использование любого оборудования или систем и связанные с этим способы. Объем изобретения определен прилагаемыми пунктами формулы изобретения, причем настоящее изобретение может быть модифицировано или изменено без выхода за пределы объема и сути настоящего изобретения.