RU2039879C1 - Engine-pump device - Google Patents
Engine-pump device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2039879C1 RU2039879C1 RU93018064A RU93018064A RU2039879C1 RU 2039879 C1 RU2039879 C1 RU 2039879C1 RU 93018064 A RU93018064 A RU 93018064A RU 93018064 A RU93018064 A RU 93018064A RU 2039879 C1 RU2039879 C1 RU 2039879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- rod
- motor
- engine
- valves
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам, содержащим двигательную часть для преобразования энергии сгорания топлива в энергию потока жидкости, и может быть применено, в частности, на транспортных установках с гидравлическим приводом. The invention relates to engine building, and in particular to devices containing an engine part for converting the energy of fuel combustion into energy of the fluid flow, and can be applied, in particular, in transport units with a hydraulic drive.
Известно двигательно-насосное устройство, содержащее двигательную часть, выполненную в виде оппозитно расположенных соосных силовых цилиндров с двигательными поршнями, связанными между собой штоком, и насосную часть, выполненную в виде гидроцилиндров с размещенными в них плунжерами, жестко связанными с двигательными поршнями, причем гидроцилиндры размещены между силовыми цилиндрами параллельно друг другу и с взаимным перекрытием по длине (авт.св. СССР N 985363, кл. F 02 B 71/00, 1980). It is known a motor-pumping device comprising a motor part made in the form of opposed coaxial power cylinders with motor pistons connected by a rod, and a pump part made in the form of hydraulic cylinders with plungers placed therein, rigidly connected with motor pistons, the hydraulic cylinders being located between power cylinders parallel to each other and with mutual overlap in length (ed. St. USSR N 985363, class F 02 B 71/00, 1980).
Описанное устройство отличается компактностью и малыми габаритами, но практически не пригодно для использования в транспортных установках, где требуется экономичная работа двигателя в широком диапазоне нагрузок, поскольку отсутствуют эффективные средства регулирования производительности насоса в нужных пределах. The described device is compact and small in size, but practically unsuitable for use in transport installations where economical operation of the engine is required over a wide range of loads, since there are no effective means of regulating the pump performance within the required limits.
Известно также двигательно-насосное устройство (авт.св. СССР N 996739, кл. F 02 B 71/04. 29.06.81), содержащее двигательную часть, выполненную в виде оппозитно расположенных соосных силовых цилиндров с двигательными поршнями, связанными между собой штоком, и насосную часть, включающую компрессорные полости с впускным и выпускным клапанами и поршнем, связанным со штоком двигательных поршней. It is also known motor-pumping device (ed. St. USSR N 996739, class F 02 B 71/04. 06/29/81), containing the motor part, made in the form of opposed coaxial power cylinders with motor pistons connected by a rod, and a pump part including compressor cavities with inlet and outlet valves and a piston associated with the piston rod of the engine.
Данное устройство обеспечивает изменение производительности практически во всем диапазоне нагрузок, что позволяет эффективно использовать его на транспортных установках, однако имеет большие габариты, обусловленые тем, что насосная часть расположена параллельно двигательной части а некотором расстоянии от последней с возможностью перемещения перпендикулярно к ней. Увеличение габаритов также обусловлено наличием механизма для перемещения насосной части и механизма для приведения в действие (запуска) двигателя. This device provides a change in performance in almost the entire load range, which allows it to be used effectively in transport installations, but it has large dimensions due to the fact that the pump part is located parallel to the motor part and at some distance from the latter with the possibility of moving perpendicular to it. The increase in size is also due to the presence of a mechanism for moving the pump part and a mechanism for actuating (starting) the engine.
В основу изобретения положена задача создать двигательно-насосное устройство, которое позволяло бы осуществлять бесступенчатое регулирование производительности во всем диапазоне нагрузок и при этом было бы компактным и имело малые габариты. The basis of the invention is the task of creating a motor-pumping device that would allow stepless performance control over the entire load range and at the same time be compact and small in size.
Поставленная задача решается тем, что в двигательно-насосном устройстве, содержащем двигательную часть, выполненную в виде оппозитно расположенных соосных силовых цилиндров с двигательными поршнями, связанными между собой штоком, и насосную часть, включающую компрессорные полости с впускным и выпускным клапанами и поршнем, связанным со штоком двигательных поршней, согласно изобретению насосная часть выполнена в виде гидроцилиндра, установленного соосно двигательной части, с компрессорными полостями, образованными внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и торцовыми поверхностями поршня, закрепленного на штоке, причем впускные клапана снабжены приводом для открывания. The problem is solved in that in a motor-pumping device containing a motor part made in the form of opposed coaxial power cylinders with motor pistons connected by a rod, and a pump part including compressor cavities with inlet and outlet valves and a piston associated with the piston rod of the motor pistons, according to the invention, the pump part is made in the form of a hydraulic cylinder mounted coaxially to the motor part, with compressor cavities formed on the inside awn hydraulic cylinder body and end surfaces of the piston fixed to the rod, wherein the inlet valve actuator for opening are provided.
Выполнение насосной части в виде гидроцилиндра, установленного соосно силовым цилиндрам, с компрессорными полостям, образованными внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и торцовыми поверхностями поршня, который закреплен на штоке, а также наличие у впускных клапанов привода для открывания во всех необходимых случаях позволяют компактно совместить в едином блоке двигательную и насосную части и осуществлять бесступенчатое регулирование производительности насоса, принудительно открывая впускной клапан компрессорной полости, в которой идет процесс вытеснения жидкости в нагнетающую магистраль. Изменение производительности происходит потому, что при открывании впускного клапана (в описанном выше случае) давление в компрессорной полости резко падает, так как жидкость через этот клапан начинает вытекать в полость, сообщенную с атмосферой, и впускной клапан закрывается. Чем дольше впускной клапан открыт, тем меньше производительность и наоборот. The execution of the pump part in the form of a hydraulic cylinder mounted coaxially with the power cylinders, with compressor cavities formed by the inner surface of the hydraulic cylinder body and the end surfaces of the piston, which is mounted on the rod, as well as the presence of actuator inlet valves for opening in all necessary cases allow compact combination in a single unit motor and pump parts and to carry out stepless control of pump performance, forcibly opening the inlet valve of the compressor cavity, in which the process of displacing the fluid into the discharge line. The change in performance occurs because when the inlet valve is opened (in the case described above), the pressure in the compressor cavity drops sharply, as liquid through this valve starts to flow into the cavity in communication with the atmosphere, and the inlet valve closes. The longer the inlet valve is open, the lower the capacity and vice versa.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет создать компактное со сравнительно малыми габаритами устройство, осуществляющее бесступенчатое регулирование производительности в самых широких пределах: практически от нуля до расчетного максимума. Thus, the claimed technical solution allows you to create a compact with a relatively small size device that provides stepless performance control in the widest range: from practically zero to a design maximum.
Если снабдить устройство гидроакукумулятором, включенным в нагнетающую магистраль, а выпускные клапана приводом для открывания в любом необходимом случае, то можно энергию, запасенную в гидроаккумуляторе, использовать для запуска двигателя. Для этого достаточно открыть соответствующие (в зависимости от положения штока с поршнем в гидроцилиндре) впускной и выпускной клапаны в разных компрессорных полостях, и под давлением жидкости поршень будет двигать шток с двигательными поршнями, сжимая топливную смесь в одном из силовых цилиндров. If you equip the device with a hydraulic accumulator included in the discharge line, and the exhaust valves with a drive for opening in any necessary case, then the energy stored in the hydraulic accumulator can be used to start the engine. To do this, it is enough to open the inlet and outlet valves (depending on the position of the rod with the piston in the hydraulic cylinder) in different compressor cavities, and under the pressure of the liquid the piston will move the rod with the engine pistons, compressing the fuel mixture in one of the power cylinders.
Таким образом исключаются специальные средства для запуска двигателя, предусмотренные, в частности, в приведенных выше аналогах, что также способствует уменьшению габаритов устройства и снижению энергетических затрат на запуск двигателя. Кроме того, значительно снижается пульсация давления в нагнетающей магистрали. This eliminates special means for starting the engine, provided, in particular, in the above counterparts, which also helps to reduce the size of the device and reduce energy costs for starting the engine. In addition, pressure pulsation in the discharge line is significantly reduced.
В варианте исполнения привод клапанов выполняют электромагнитным, катушки возбуждения которого подключены к блоку управления, и имеется устройство определения скорости движения поршня, которое также подключено к упомянутому блоку. In an embodiment, the valve actuator is electromagnetic, the excitation coil of which is connected to the control unit, and there is a device for determining the speed of the piston, which is also connected to the said unit.
Блок управления получает сигналы, характеризующие скорость движения поршня, и открывает впускной клапан в компрессорной полости, где идет процесс вытеснения жидкости в случае, если скорость поршня меньше заданного значения. Это позволяет при любой нагрузке автоматически поддерживать заданный (с максимальным КПД) режим работы двигателя, исключить его перегрузку и остановку и способствует наиболее эффективному использованию заявляемого устройства на транспортных установках. The control unit receives signals characterizing the speed of the piston, and opens the inlet valve in the compressor cavity, where the liquid is displaced in case the piston speed is less than the specified value. This allows for any load to automatically maintain the specified (with maximum efficiency) engine operating mode, to exclude its overload and stop and contributes to the most efficient use of the inventive device in transport installations.
Устройство определения скорости движения поршня в гидроцилиндре целесообразно выполнять в виде катушки индуктивности, расположенной вблизи штока, который выполнен при этом из магнитного материала. Это способствует решению постановленной задачи и позволяет простыми средствами определять с высокой точностью скорость движения поршня. The device for determining the speed of the piston in the hydraulic cylinder, it is advisable to perform in the form of an inductor located near the rod, which is made of magnetic material. This contributes to the solution of the problem and allows simple means to determine with high accuracy the speed of the piston.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство. The drawing schematically shows the proposed device.
Двигательно-насосное устройство содержит двигательную часть, выполненную в виде оппозитно расположенных соосных силовых цилиндров 1, 2 с двигательными поршнями 3, 4, жестко связанными между собой штоком 5, и насосную часть, выполненную в виде гидроцилиндра 6, установленного соосно силовым цилиндрам 1 и 2, с компрессорными полостями 7 и 8, образованными внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра 6 и торцовыми поверхностями 9 и 10 поршня 11, неподвижно закрепленного на штоке 5. Компрессорные полости 7,8 имеют впускные клапаны 12, 13 и выпускные клапаны 14, 15, которые снабжены электроприводом для открывания с катушками 16, 17, 18 и 19 возбуждения, подключенными к блоку 20 управления, к входу которого подключено устройство определения скорости движения поршня 11, выполненное в данном случае в виде катушки 21 индуктивности, установленной вблизи штока 5, который выполнен при этом из магнитного материала. Устройство содержит также гидроаккумулятор 22, включенный в нагнетательную магистраль. The motor-pump device comprises a motor part made in the form of opposed coaxial power cylinders 1, 2 with motor pistons 3, 4, rigidly interconnected by a rod 5, and a pump part made in the form of a hydraulic cylinder 6 mounted coaxially to the power cylinders 1 and 2 , with compressor cavities 7 and 8, formed by the inner surface of the cylinder body 6 and the end surfaces 9 and 10 of the piston 11, fixedly mounted on the rod 5. Compressor cavities 7.8 have inlet valves 12, 13 and exhaust valves 14, 15, which are equipped with an electric drive for opening with excitation coils 16, 17, 18 and 19 connected to a control unit 20, to the input of which a piston 11 speed detection device is connected, made in this case in the form of an inductor 21 installed near rod 5, which is made of magnetic material. The device also contains a hydraulic accumulator 22 included in the discharge line.
Позициями 23 и 24 обозначены управляющие входы блока 20 управления. К входу 23 подключена катушка 21. Позициями 25, 26, 27 и 28 обозначены клеммы подключения к блоку 20 управления катушек 16,17, 18 и 19 возбуждения электроприводов клапанов 15, 14, 13 и 12. Positions 23 and 24 indicate the control inputs of the control unit 20. Coil 21 is connected to input 23. Positions 25, 26, 27, and 28 denote the terminals for connecting to the control unit 20 of the coils 16.17, 18, and 19 of excitation of the electric actuators of valves 15, 14, 13, and 12.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При работе двигательной части поршень 11 со штоком 5 и двигательными поршнями 3, 4 совершает возврат- но-поступательное движение. Жидкость засасывается через впускные клапаны 12, 13 и вытесняется через выпускные клапаны 14 и 15. Если катушки 16, 17, 18 и 19 возбуждения привода для открывания клапанов 15, 14, 13 и 12 обесточены, то клапаны 12, 13, 14 и 15 открываются и закрываются под действием избыточного давления или разрежения, т.е. как обычные клапаны. Для изменения производительности устройства впускной клапан 12 или 13 в компрессорной полости 8 или 7, когда в ней идет процесс вытеснения жидкости, принудительно открывается приводом для открывания с катушкой 19 или 18 возбуждения. При открывании соответствующего впускного клапана 12 или 13 давление в компрессорной полости 8 или 7 резко падает и выпускной клапан 14 или 15 закрывается, а жидкость через впускной клапан 8 или 7 вытесняется в полость, сообщенную с атмосферой. Увеличивая или уменьшая длительность открывания впускного клапана 7 и 8, можно осуществлять регулирование производительности в самых широких пределах: от нуля до расчетного максимума. Чем дольше открыт впускной клапан 12 или 13, тем меньше производительность и наоборот. During the operation of the motor part, the piston 11 with the rod 5 and motor pistons 3, 4 makes a reciprocating motion. The fluid is sucked in through the inlet valves 12, 13 and forced out through the outlet valves 14 and 15. If the drive excitation coils 16, 17, 18 and 19 to open the valves 15, 14, 13 and 12 are de-energized, then the valves 12, 13, 14 and 15 open and are closed by excessive pressure or vacuum, i.e. like ordinary valves. To change the performance of the device, the inlet valve 12 or 13 in the compressor cavity 8 or 7, when the liquid is being displaced, is forcedly opened by the drive to open with the excitation coil 19 or 18. When the corresponding inlet valve 12 or 13 is opened, the pressure in the compressor cavity 8 or 7 drops sharply and the exhaust valve 14 or 15 closes, and the liquid is displaced through the inlet valve 8 or 7 into the cavity in communication with the atmosphere. By increasing or decreasing the opening time of the intake valve 7 and 8, it is possible to regulate the performance in the widest range: from zero to the design maximum. The longer the inlet valve 12 or 13 is open, the lower the productivity and vice versa.
Применительно к транспортным установкам регулировку производительности осуществляют в зависимости от скорости движения двигательных поршней 3,4. Сигнал, характеризующий скорость двигательных поршней 3, 4, поступает с катушки 21 индуктивности на вход 23 блока 20 управления и, если значение скорости превышает заданную величину, то катушки 18, 19 возбуждения приводов для открывания клапанов 13, 12 обесточены и клапаны 13, 12 работают как обычные клапаны, т. е. при разрежении открыты, а при избыточном давлении закрыты. Но если скорость двигательных поршней 3, 4 меньше заданного значения, то даже при избыточном давлении впускной клапан 12 или 13 открыт под воздействием привода для открывания с катушкой 19 или 18 возбуждения. Это позволяет поддерживать заданный режим работы двигательной части, исключает ее перегрузку и остановку при изменении нагрузки в самых широких пределах и способствует эффективному использованию устройства на транспортных установках. In relation to transport installations, performance adjustment is carried out depending on the speed of movement of the engine pistons 3.4. The signal characterizing the speed of the motor pistons 3, 4 is supplied from the inductance coil 21 to the input 23 of the control unit 20 and, if the speed value exceeds a predetermined value, the drive coils 18, 19 for opening the valves 13, 12 are de-energized and the valves 13, 12 are working like ordinary valves, i.e. open during rarefaction, and closed at overpressure. But if the speed of the motor pistons 3, 4 is less than a predetermined value, then even with excess pressure, the intake valve 12 or 13 is open under the influence of the actuator to open with the excitation coil 19 or 18. This allows you to maintain the specified mode of operation of the engine part, eliminates its overload and stop when the load changes in the widest range and contributes to the effective use of the device in transport installations.
Кроме того, заявляемое техническое решение обеспечивает высокий КПД (до 80% ), так как в начальной фазе рабочего хода двигательные поршни 3,4 движутся без какого-либо существенного сопротивления (впускной клапан 12 или 13 открыт, так как скорость мала), и таким образом обеспечиваются наиболее благоприятные условия преобразования максимума энергии сгорающего топлива в кинетическую энергию системы двигательные поршни 3, 4, шток 5, поршень 11, которая по достижении заданной скорости и закрывания впускного клапана 12 или 13 преобразуется в энергию потока жидкости, направляемого к нагрузке. In addition, the claimed technical solution provides high efficiency (up to 80%), since in the initial phase of the stroke the engine pistons 3,4 move without any significant resistance (the intake valve 12 or 13 is open, since the speed is low), and so In this way, the most favorable conditions are provided for converting the maximum energy of the burning fuel into kinetic energy of the system: engine pistons 3, 4, rod 5, piston 11, which, upon reaching a predetermined speed and closing the intake valve 12 or 13, is converted into sweat energy ka fluid directed to the load.
Сигнал, характеризующий скорость движения двигательных поршней 3, 4, образуется в результате движения штока 5 из магнитного материала относительно катушки 21 индуктивности, так как ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока. A signal characterizing the speed of movement of the motor pistons 3, 4 is formed as a result of the movement of the rod 5 of magnetic material relative to the inductor 21, since the induction emf is proportional to the rate of change of the magnetic flux.
Для запуска двигателя на управляющий вход 24 блока 20 управления подается команда и в зависимости от положения поршня 11 запитываются катушки 18,17 или 19,16 клапанов 13, 14 или 12, 15, которые открываются и жидкость, находящаяся в гидроаккумуляторе 22 под давлением, воздействуя на поршень 11, перемещает его вместе со штоком 5 и двигательными поршнями 3, 4, сжимая топливную смесь в одном из силовых цилиндров 1 или 2, после чего смесь поджигают и двигатель начинает работать, а управление впускными и выпускными клапанами 12, 13 и 14, 15 осуществляется выше описанным способом. Заявляемое техническое решение представляет собой компактное, с малыми габаритами устройство, позволяющее регулировать производительность в самых широких пределах и при этом поддерживать заданный режим работы двигателя. Такое устройство отличается простотой и надежностью в эксплуатации и может быть эффективно использовано на транспортных установках. To start the engine, a command is sent to the control input 24 of the control unit 20 and, depending on the position of the piston 11, the coils 18.17 or 19.16 of the valves 13, 14 or 12, 15 are energized, which open and the liquid in the accumulator 22 under pressure, acting to the piston 11, moves it together with the rod 5 and the engine pistons 3, 4, compressing the fuel mixture in one of the power cylinders 1 or 2, after which the mixture is ignited and the engine starts to work, and the control of the intake and exhaust valves 12, 13 and 14, 15 is carried out as described above way. The claimed technical solution is a compact, small-sized device that allows you to adjust the performance in the widest range and at the same time maintain the specified mode of operation of the engine. Such a device is simple and reliable in operation and can be effectively used in transport installations.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018064A RU2039879C1 (en) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | Engine-pump device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018064A RU2039879C1 (en) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | Engine-pump device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2039879C1 true RU2039879C1 (en) | 1995-07-20 |
| RU93018064A RU93018064A (en) | 1996-08-27 |
Family
ID=20139890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93018064A RU2039879C1 (en) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | Engine-pump device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2039879C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ301677B6 (en) * | 2002-10-31 | 2010-05-19 | General Electric Company | Turbine and turbine flowpath sealing and streamlining configuration |
| CN103306810A (en) * | 2012-10-16 | 2013-09-18 | 张海兵 | Microcomputer-controlled one-way valve-matched piston pressure-storing crankless internal-combustion engine |
-
1993
- 1993-04-09 RU RU93018064A patent/RU2039879C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 996739, кл. F 02B 71/04, 1981. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ301677B6 (en) * | 2002-10-31 | 2010-05-19 | General Electric Company | Turbine and turbine flowpath sealing and streamlining configuration |
| CN103306810A (en) * | 2012-10-16 | 2013-09-18 | 张海兵 | Microcomputer-controlled one-way valve-matched piston pressure-storing crankless internal-combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0179077B1 (en) | Valve operating apparatus of internal combustion engine | |
| KR100350461B1 (en) | Apparatus and method for controlling the sealing element of a cyclically reciprocating valve | |
| AU639213B2 (en) | Pump control method and poppet valve therefor | |
| CN102472265B (en) | Method for controlling delivery quantity, and reciprocating compressor having delivery quantity control | |
| CA2591345A1 (en) | Reciprocating pump system | |
| JP6283356B2 (en) | Electromagnetic actuator for reciprocating compressors | |
| US20020073703A1 (en) | Free piston engine system with direct drive hydraulic output | |
| CN101305229A (en) | System and method for operating a compressor | |
| CA2469058A1 (en) | Reciprocating fluid pump employing reversing polarity motor | |
| JPH04232319A (en) | Non-symmetrical double stabilizing fluid pressurre operation actuator mechanism | |
| CN111322217B (en) | Double-acting electromagnetic direct-drive linear servo pump | |
| RU2039879C1 (en) | Engine-pump device | |
| AU762852B2 (en) | Free piston internal combustion engine with pulse compression | |
| WO1996032576A1 (en) | Operation and control of a free piston aggregate | |
| JP7144016B2 (en) | Piston compressor and method of using such a piston compressor | |
| CN212508690U (en) | Piston type compressor | |
| RU2775102C1 (en) | Piston compressor and gas compression method using it | |
| CN111472860A (en) | Marine intelligent integrated low-speed diesel engine electric hydrostatic exhaust valve system | |
| CN111502950B (en) | Efficient and high-precision bidirectional flow distribution method for linear hydraulic pump | |
| RU2784252C1 (en) | Reciprocating compressor | |
| JPS62500676A (en) | Methods for hydraulic equipment operation and piston pumps | |
| EP3149294B1 (en) | A valve arrangement |