СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ МОМЕНТА СИЛЫ НА ВАЛУ ОТБОРА МОЩНОСТИ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПИТАНИЕМ РАБОЧИМ ТЕЛОМ ОТ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ГЕНЕРАТОРА ГАЗОВ С ОБЩЕЙ ВНЕШНЕЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ
METHOD OF INCREASING TORQUE AT POWER TAKEOFF SHAFT OF PISTON ENGINE WITH WORKING MEDIUM FEED FROM PLUNGER-FREE GAS GENERATOR WITH COMMON COMBUSTION CHAMBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к энергомашиностроению.
УРОВЕНРЬ ТЕХНИКИ
Ближайшие аналоги, имеющие отношение к заявленному изобретению.
1. Патент RU 2324060 «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора».
Свободнопоршневой генератор газов служит источником газообразного рабочего тела для поршневого двигателя с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания. Принцип его действия состоит в следующем.
При пуске генератора газов с внешней камерой сгорания (далее - генератор газов) в камеру сгорания 1 (фигура 1) форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через газораспределительный клапан 4 поступают в левую полость поршня 5, в результате чего поршень 5 и соединенный с ним штоком 6 поршень 7 движутся (по рисунку) слева направо. Так как площадь левой поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6, то давление воздуха в полости справа от поршня 5 больше, чем давление продуктов сгорания слева от поршня 5. Поэтому воздух из правой полости поршня 5 (клапан 8 закрыт) через клапан 9 поступает в камеру сгорания 1, тем самым обеспечивая воздухом непрерывный процесс горения топлива. Одновременно воздух (при следующих рабочих циклах продукты сгорания) из правой полости поршня 7 через клапан 10 выбрасывается в атмосферу 9 (клапан 11 закрыт), а через открытый клапан 12 воздух из атмосферы засасывается в левую полость поршня 7. При достижении поршнями крайнего правого положение система управления (на фигуре не показана) переводит клапаны 4 и 10 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 через клапан 10 поступают в правую полость поршня 7 и поршни начинают движение справа налево. Воздух из левой полости поршня 7 открывает клапан 11 и поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 8 засасывается в правую полость поршня 5. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания достигнет рабочего значения, система управления открывает заслонку 13 и продукты сгорания поступают на расширительную машину.
2. Патент RU 2450137 «Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания».
Если продукты сгорания от генератора газов направить на поршневые расширительные машины, получится поршневой двигатель в составе генератора газов с внешней камерой сгорания и поршневыми расширительными машинами. Действует следующим образом.
Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания генератора газов 1 (фигура 1) достигнет рабочего значения, система управления открывает заслонку 13 и продукты сгорания поступают к газораспределительным клапанам расширительных машин. Система управления отслеживает положение поршней в цилиндрах расширительных машин и открывает газораспределительный клапан того цилиндра, в котором поршень находится между начальной и конечной крайними точками движения. Поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень и он начинает движение. Энергия движущегося поршня механизмом преобразования движения (для машин с цилиндрическими поршнями кривошипно-шатунный механизм, для машин с роторными поршнями кривошипный) преобразуется в энергию вращения вала отбора мощности. По прибытию поршня в крайнюю конечную точку движения система управления закрывает впускной клапан и открывает выпускной. Механизмом передачи поршень возвращается в исходную точку движения и продукты сгорания выбрасываются из цилиндра в атмосферу.
Поскольку поршни всех расширительных машин связаны шатунами с общим коленвалом, управление мощностью двигателя осуществляется производительностью газообразного рабочего тела генератором газов. Следовательно, во всем диапазоне развиваемых двигателем мощностей одновременно задействованы все расширительные машины. Происходит износ всех расширительных машин одновременно, а также и тепловые потери через стенки их цилиндров на всех режимах нагрузки.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель заявленного изобретения - создание силовой установки на основе поршневого двигателя с управляемыми тяговыми характеристиками (моментом силы) на валу отбора мощности силовой установки без механизма перемены передач.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поршневой двигатель с питанием рабочим телом, генерируемым свободнопоршневым генератором газов, включает свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, вал отбора мощности двигателя несколько поршневых расширительных машин с муфтами сцепления валов расширительных машин с валом отбора мощности двигателя и систему управления. Основой такого двигателя является поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, указан выше патент RU 2450137. Действует он следующим образом.
Двигатель комплектуется несколькими расширительными машинами, принцип действия которых аналогичен расширительной машине парового двигателя. Такая схема позволяет путем включения-выключения расширительных машин менять величину момента силы на валу отбора мощности двигателя в нескольких диапазонах соответствующих числу расширительных машин двигателя. В первом диапазоне задействована одна расширительная машина. Для перехода во второй диапазон система управления подает продукты сгорания от генератора газов на следующую расширительную машину и соединяет ее вал с валом отбора мощности, т.д.
Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания генератора газов достигнет рабочего значения (фигура 1), система управления открывает заслонку 13 и продукты сгорания поступают к газораспределительным клапанам расширительных машин.
Подключение и отключение расширительных машин осуществляется механизмами сцепления валов расширительных машин с валом отбора мощности двигателя, действие которых обеспечивается энергией сжимаемого в генераторе газов воздухом. Для этого сжатый воздух отбирается из полости между клапанами 9, 11 и входом в камеру сгорания 1 и по трубопроводу 14, (фигура 2) через обратный клапан 15 поступает в пневмоаккумулятор 16 и при пуске генератора газов сначала заряжает, а затем по мере расхода воздуха подзаряжает его. Далее от пневмоаккумулятора 16 по трубопроводу 17 и через золотник 18, который находится в правом положении по рисунку, поступает в правую полость поршня привода муфты 19. Предположим, что поршень привода муфты 19 находится в правом положении как показано на рисунке. Тогда под действием сжатого воздуха поршень привода муфты 19 перемещается влево и поводком 20 перемещает муфту 21 и шестерню 22 влево. Муфта 21 шлицевая - может перемещаться вдоль вала расширительной машины 25. Шестерня 22 входит в зацепление с шестерней 23 и передает момент силы валу отбора мощности двигателя 24. Одновременно система управления направляет продукты сгорания от генератора газов в расширительную машину 25. Если расширительная машина 26 была уже включена, момент силы вала отбора мощности двигателя 24 становится равным сумме моментов сил валов расширительных машин 26 и 25. Дальнейшее наращивание момента силы двигателя может реализовываться подключением очередной расширительной машины, например расширительной машины 27. Подключение расширительных машин может производиться в любой другой последовательности. Для отключения расширительной машины 25 от вала отбора мощности двигателя 24 система управления подает электрический сигнал на обмотку катушки 28, в результате чего якорь соленоида 29 и соединенный с ним золотник 18 перемещается влево. Теперь сжатый воздух из пневмоаккумулятора 16 направляется в левую полость поршня привода муфты 19, перемещает его вправо и разъединяет шестерни 22 и 23. Таким образом, в зависимости от требуемого момента силы на валу двигателя производится включение и выключение требуемого числа расширительных машин.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ увеличения момента силы на валу отбора мощности поршневого двигателя с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с общей внешней камерой сгорания, включающего свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, вал отбора мощности двигателя, две и более расширительных машин с муфтами сцепления валов расширительных машин с валом отбора мощности двигателя, и систему управления, отличающийся тем, что для увеличения момента силы на валу отбора мощности двигателя при соединенном вале отбора мощности двигателя с валом одной или более одной расширительных машин система управления двигателя подает продукты сгорания от генератора газов на еще одну, либо на несколько, либо на все незадействованные расширительные машины и муфтами сцепления соединяет их валы с валом обора мощности двигателя.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Расширительные машины представляют собой пневматические машины любого поршневого типа. Заявленный способ увеличения момента силы на валу двигателя позволит экономить ресурс двигателя и снизить расход топлива за счет выключения части расширительных машин - исключить влияние трения в парах трения отключенных расширительных машин - в режиме частичных нагрузок на двигатель.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1. Принципиальная схема свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания.
1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 10 - газораспределительный клапан, 5, 7 - поршни, 6 - шток, 8, 9, 11, 12 - обратный клапан, 6 - шток, 13 - заслонка.
Фигура 2. Принципиальная схема пневматического привода муфт сцепления расширительных машин с валом отбора мощности двигателя.
14, 17 - трубопровод; 15 - обратный клапан; 16 - пневмоаккумулятор; 18 - золотник; 19 - поршень привода муфты; 20 - поводок; 21 - муфта; 22, 23 - шестерня; 24 - вал отбора мощности двигателя; 25, 26, 27 - расширительная машина; 28 - обмотка катушки соленоида; 29 - якорь соленоида.