Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания
METHOD OF PNEUMATIC DRIVE OF TWO-VALVED GAS DISTRIBUTOR OF A FREE PISTON POWER MODULE WITH A GENERIC EXTERNAL COMBUSTION CHAMBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения патент РФ 2566851 «Способ привода двухприводного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода воздухом из атмосферы».
ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель заявленного изобретения состоит в увеличении интенсивности газообмена в цилиндрах свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.
СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность заявленного изобретения поясняется на основе патента РФ 2422655 «Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движение поршней», который действует он следующим образом. Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания (далее - внешняя камера сгорания) и линейным электрогенератором с двумя якорями. Продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 (фиг. 1) по трубопроводу 2 через газораспределительный клапан 3 поступают в правую (по чертежу) торцевую полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и газораспределительный клапан 7 в левую полость поршня 8 правой расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни расширительных машин 4 и 8 и соединенные с ними якоря линейных электрогенераторов 10 и 11 начинают встречные движение. Якоря 10 и 11 могут представлять собой постоянные магниты, либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12 при протекании по ее виткам тока подмагничивания. В обоих случаях магнитный поток замыкается по контуру: якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10. При оппозитном движении якорей 10 и 11 (в данном случае движении расхождения) пересекаются магнитные линии их магнитных полей, в результате чего в статорном магните 13 и якорях 10 и 11 изменяется магнитный поток и, как следствие, в статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления (не показана) переводит клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 15 поступают в левую полость поршня 17 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 16 в правую полость поршня 18 правой расширительной машины 9. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря электрогенераторов начинают сходиться. В статорной катушке 14 генерируется импульс противоположного знака. Отработавшие газы при расхождении поршней 17, 18 выбрасываются в атмосферу через газораспределительные клапаны 15 и 16, а при схождении - через газораспределительные клапаны 3 и 7. Одновременно при рабочих тактах расширительных машин 5, 9 через обратные клапаны 19, 20, 21, 22 из соответствующих полостей поршней расширительных машин 5, 9 по трубопроводам 23, 24 для обеспечения процесса горения топлива в камеру сгорания 1 подается воздух, а через обратные клапаны 25, 26, 27, 28 из атмосферы засасывается воздух.
Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания состоит в следующем. Сжатый воздух для привода пневматического двухклапанного газораспределителя энергомодуля отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания 1 (Фигура 1) и по каналу 29 (Фигура 2) через обратный клапан 30 поступает в пневмоаккумулятор 31, и заряжает его. Для открытия газораспределительного клапана 32 система управления устанавливает золотник управления положением газораспределительного клапана 33 в положение как показано на рисунке. Воздух из пневмоаккумулятора 31 по каналам 34, 35, поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 36 и переводит газораспределительный клапан 32 в открытое положение. Отработавший воздух из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 36 по каналам 37, 38 выбрасывается в атмосферу. Продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 (Фигура 1) по каналу 39 (Фигура 2) через газораспределительный клапан 32 поступают в полость поршня 3 (Фигура 1). На фигуре 2 полость поршня 3 (Фигура 1) примыкает к газораспределительному клапану 32 (Фигура 2). Для закрытия газораспределительного клапана 32 система управления переводит золотник управления положением газораспределительного клапана 33 в правое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 31 по каналам 34, 37 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 36 и переводит газораспределительный клапан 32 в закрытое положение. Отработавший воздух из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 36 по каналам 35, 40 выбрасывается в атмосферу. После такта выпуска отработавших продуктов сгорания клапан впуска продуктов сгорания 41 переводится в закрытое, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания 42 в открытое положение. Для этого система управления переводит золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска 43 в левое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 31 по каналам 34, 44 поступает в левую полость поршня привода клапана впуска-выпуска 45. В результате поршень привода клапана впуска-выпуска 45, движется вправо, и клапан впуска продуктов сгорания 41 закрывается, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания 42 открывается. Отработавший воздух из правой полости поршня привода клапана впуска-выпуска 45 по каналам 46, 47 выбрасывается в атмосферу. Для выпуска отработавших продуктов сгорания из полости поршня 3 (Фигура 1) система управления переводит золотник управления положением газораспределительного клапана 33 (Фигура 2) в левое положение и, как было показано выше, газораспределительный клапан 32 открывается. Отработавшие продукты сгорания из полости поршня расширительной машины энергомодуля через канал выпуска отработавших продуктов сгорания 48 выбрасываются в выхлопной коллектор. Для возвращения клапана впуска продуктов сгорания 41 в открытое, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания 42 в закрытое положение система управления переводит золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска 43 в правое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 31 по каналам 34, 46 поступает в правую полость поршня привода клапана впуска-выпуска 45. Отработавший воздух из левой полости поршня привода клапана впуска-выпуска 45 по каналам 44, 49 выбрасывается в атмосферу. Таким образом, пневматический привод двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля позволяет управлять моментами открытия, закрытия и временем нахождения в соответствующем положении каждого из этих клапанов в интересах повышения интенсивности процессов газообмена в цилиндрах свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания во всем диапазоне нагрузок на энергомодуль.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, включающего внешнюю камеру сгорания, пневмоаккумулятор, газораспределительный клапан, золотник управления положением газораспределительного клапана, поршень привода газораспределительного клапана, полость поршня расширительной машины, клапан впуска продуктов сгорания, клапан выпуска отработавших продуктов сгорания, полость поршня привода клапана впуска-выпуска, выхлопной коллектор и золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска, отличающийся тем, что сжатый воздух для привода пневматического двухклапанного газораспределителя энергомодуля с общей внешней камерой сгорания отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания, поступает в пневмоаккумулятор и заряжает его, для открытия газораспределительного клапана система управления устанавливает золотник управления положением газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении сжатого воздуха в которую газораспределительный клапан открывается, и продукты сгорания из внешней камеры сгорания поступают в полость поршня расширительной машины энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, для закрытия газораспределительного клапана система управления переводит золотник управления положением газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении сжатого воздуха в которую газораспределительный клапан закрывается, после такта выпуска отработавших продуктов сгорания клапан впуска продуктов сгорания переводится в закрытое, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания в открытое положение, для этого система управления переводит золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода клапана впуска-выпуска, при поступлении сжатого воздуха в которую клапан впуска продуктов сгорания закрывается, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания открывается, в результате отработавшие продукты сгорания из полости поршня расширительной машины энергомодуля с общей внешней камерой сгорания выбрасываются в выхлопной коллектор, для возвращения клапана впуска продуктов сгорания в открытое, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания в закрытое положение система управления переводит золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода клапана впуска-выпуска, при поступлении сжатого воздуха в которую клапан впуска продуктов сгорания открывается, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания закрывается.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР системы смазки и охлаждения поршней и штоков энергомодуля с общей внешней камерой сгорания не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классического ДВС.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1. Принципиальная схема двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей.
1 - камера сгорания; 2, 6, 23, 24 - трубопровод; 3, 7, 15, 16 - газораспределительный клапан; 4, 8, 17, 18 - поршень расширительной машины; 5, 9 - расширительная машина; 10, 11 - якорь; 12 - катушка подмагничивания якоря; 13 - статорный магнит; 14 - статорная катушка; 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - обратный клапан.
Фигура 2. Принципиальная схема пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.
29, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 44, 46, 47, 48, 49 - канал; 30 - обратный клапан; 31 - пневмоаккумулятор; 32 - газораспределительный клапан; 33 золотник управления положением газораспределительного клапана; 36 - поршень привода газораспределительного клапана; 41 - клапан впуска продуктов сгорания; 42 - клапан выпуска отработавших продуктов сгорания; 43 - золотник управления положением клапана впуска-выпуска; 45 - поршень привода клапана впуска-выпуска.