RU2086805C1

RU2086805C1 - Engine-compressor unit

Info

Publication number: RU2086805C1
Application number: RU94024823A
Authority: RU
Inventors: Алексей Степанович Мельников
Original assignee: Алексей Степанович Мельников
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU94024823A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines; installations with engine and compressor units for use on mobile compressor plants and jet piston engine plants. SUBSTANCE: to provide large supercharging of cylinders with compressed air at a pressure of 2 kg/cm², pistons and rods are hollow, thin-walled, and are provided with stiffening ribs and cylindrical bosses with rods fitted in bosses. Reed valves are installed in pistons. To provide starting at low compression ratio, inlet branch pipes are installed on compressor cylinders. Each branch pipe has two read valves and throttle valve with lever secured on turning axle. To unload electric starter, reed valves are installed on compressor cylinders and outlet branch pipe. These valves open automatically at starting under action of pushers and cams mechanically coupled with control handle. To reduce hydraulic losses, reed valves are installed at compressor cylinder inlet. Taper boss and fairings cast integral with cylinder are made for fastening the valves. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к установкам, содержащим двигательную и компрессорную части, и может быть использовано на передвижных компрессорных установках и в компоновке с реактивно-поршневым двигателем. The invention relates to internal combustion engines, in particular to installations containing an engine and compressor parts, and can be used on mobile compressor units and in an arrangement with a jet piston engine.

Известны свободнопоршневые двигатели-мотокомпрессоры [1, 2] (а.с. N 928050, кл. F О2 В 71/00, N 985363, кл. F О2 В 71/00), которые имеют двигательную часть, состоящую из двигателя внутреннего сгорания со свободнодвижущимися поршнями и компрессорную часть, состоящую из компрессорных цилиндров. Known free-piston engine-compressor [1, 2] (a.s. N 928050, class F O2 B 71/00, N 985363, class F O2 B 71/00), which have a motor part consisting of an internal combustion engine with free-moving pistons and a compressor part consisting of compressor cylinders.

Поршни двигательные и компрессорные жестко соединены между собой. Каждая группа поршней соединена между собой с помощью механизма синхронизации, который состоит из коромысла и рычагов, шарнирно связанных с рабочими поршнями. Motor and compressor pistons are rigidly interconnected. Each group of pistons is interconnected using a synchronization mechanism, which consists of a rocker arm and levers pivotally connected to the working pistons.

Двигатели со свободнодвижущимися поршнями работают по принципу двухтактного двигателя, который преобразует энергию сгорания топлива в энергию сжатого воздуха с помощью компрессорных цилиндров. Возврат рабочих поршней на сжатие осуществляется сжатым воздухом буферных цилиндров, в результате чего скорость поршней снижается и количество ходов уменьшается, следовательно, снижается расход сжатого воздуха. Engines with free-moving pistons operate on the principle of a two-stroke engine, which converts the energy of fuel combustion into the energy of compressed air using compressor cylinders. The return of the working pistons to compression is carried out by the compressed air of the buffer cylinders, as a result of which the speed of the pistons decreases and the number of strokes decreases, therefore, the consumption of compressed air is reduced.

Передача энергии от рабочих поршней к компрессорным производится напрямую с минимальными потерями на трение между поршневыми кольцами и цилиндрами, благодаря чему КПД этих двигателей достигает 0,38-0,43. Energy is transferred directly from the working pistons to the compressor ones with minimal friction losses between the piston rings and cylinders, due to which the efficiency of these engines reaches 0.38-0.43.

Недостатком этих мотокомпрессоров является малая цикличность ходов (в пределах 800-1200 ходов/мин), обусловленная отсутствием вращательного движения и наличием тяжелых движущихся масс поршней. The disadvantage of these motor compressors is the low cycle frequency (within 800-1200 strokes / min), due to the lack of rotational motion and the presence of heavy moving masses of pistons.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является поршневая машина, содержащая корпус, на котором оппозитно расположены цилиндры с поршнями. Причем с одной стороны корпуса расположены рабочие, а с другой стороны компрессорные. Машина содержит реечно-шестеренчатый механизм синхронизации поршней [3]
Известная машина работает по принципу двухтактного двигателя, рабочие цилиндры которой преобразуют тепловую энергию в энергию сжатого воздуха с помощью компрессорных цилиндров.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a piston machine containing a housing on which cylinders with pistons are located opposite. Moreover, workers are located on one side of the housing, and compressor ones are located on the other. The machine contains a rack and pinion piston synchronization mechanism [3]
The well-known machine operates on the principle of a two-stroke engine, the working cylinders of which convert thermal energy into energy of compressed air using compressor cylinders.

Недостатком этой машины является малая мощность и малый расход сжатого воздуха из-за отсутствия вращательного движения и тяжелых движущихся масс поршней. The disadvantage of this machine is its low power and low consumption of compressed air due to the lack of rotational motion and heavy moving masses of pistons.

Задачей изобретения является повышение мощности и получение большого расхода сжатого воздуха при наличии малого удельного расхода топлива. The objective of the invention is to increase power and obtain a large flow of compressed air in the presence of a small specific fuel consumption.

Задача достигается наполнением рабочих цилиндров сжатым воздухом с давлением 2 кг/см² и снижением веса движущихся масс поршневых групп, для чего штоки и поршни выполнены тонкостенными, полыми и имеют ребра жесткости и цилиндрические бобышки, куда запрессованы штоки. В поршни установлены запорные, пластинчатые клапаны.The task is achieved by filling the working cylinders with compressed air with a pressure of 2 kg / cm ² and reducing the weight of the moving masses of the piston groups, for which the rods and pistons are made thin-walled, hollow and have stiffeners and cylindrical bosses into which the rods are pressed. Shut-off, plate valves are installed in the pistons.

На фиг.1 изображен мотокомпрессор, главный вид; на фиг.2 сечение А-А; на фиг. 3 сечение Б-Б; на фиг.4 входной патрубок; на фиг.5, 6 - пластинчатый клапан. In Fig.1 shows a motor compressor, the main view; figure 2 section aa; in FIG. 3 section BB; figure 4 inlet pipe; figure 5, 6 - plate valve.

Предлагаемый мотокомпрессор содержит корпус 1, на котором установлены два рабочих цилиндра 2 и два компрессорных цилиндра 3, магнето 4 и электростартер 5 (фиг.1-3). В корпус установлен шатунно-кривошипный механизм 6, на оси которого посажен маховик 7. The proposed motor compressor contains a housing 1 on which two working cylinders 2 and two compressor cylinders 3, magneto 4 and electric starter 5 are installed (Figs. 1-3). A crank mechanism 6 is installed in the housing, on the axis of which a flywheel 7 is mounted.

На рабочих цилиндрах (снизу) установлены выхлопной патрубок 8 и (сверху) две газовые форсунки 9. На компрессорных цилиндрах (снизу) установлены выходной патрубок 10 и (сверху) два входных патрубка 11 (на каждом цилиндре по одному патрубку). На компрессорных цилиндрах и выходном патрубке 10 установлены нагнетательные пластинчатые клапаны 12, которые во время работы поджаты к седлам а толкателями 13 с помощью кулачков 14 (фиг.1, 6). Кулачки посажены на валик, который связан кинематически с рукояткой управления мотокомпрессором (на фиг.2 валик не показан). On the working cylinders (bottom), an exhaust pipe 8 and (above) two gas nozzles 9 are installed. On the compressor cylinders (bottom) there is an output pipe 10 and (above) two inlet pipes 11 (one pipe on each cylinder). On the compressor cylinders and the outlet pipe 10 are installed pressure plate valves 12, which during operation are pressed against the seats and pushers 13 using the cams 14 (1, 6). The cams are planted on a roller, which is kinematically connected to the control handle of the motor compressor (the roller is not shown in FIG. 2).

На компрессорных цилиндрах (спереди) имеются конусные бобышки б и обтекатели в, выполненные в виде ребер литьем заодноцелое с цилиндром. На этих цилиндрах (внутри) установлены всасывающие пластинчатые клапаны 15,16, которые крепятся винтами 17 к бобышкам б (фиг.2). On the compressor cylinders (front) there are conical bosses b and fairings c made in the form of ribs by casting integrally with the cylinder. On these cylinders (inside), suction plate valves 15.16 are installed, which are fastened with screws 17 to the bosses b (Fig. 2).

В цилиндрах 2 установлены рабочие поршни 18,19, а в цилиндрах 3 установлены компрессорные поршни 20,21 (фиг.2). Поршни имеют цилиндрические бобышки г,д и ребра жесткости е,ж, выполненные литьем заодноцелое с поршнями. В бобышках расточены отверстия, куда запрессованы штоки 22,23. Поршни и штоки выполнены тонкостенными и полыми. В поршни установлены запорные, пластинчатые клапаны 24,25. Working cylinders 18.19 are installed in the cylinders 2, and compressor pistons 20.21 are installed in the cylinders 3 (FIG. 2). Pistons have cylindrical bosses g, e and stiffeners e, g, made by casting integrally with the pistons. Holes are drilled in the bosses into which the stocks 22,23 are pressed. Pistons and rods are made thin-walled and hollow. The pistons are equipped with shut-off, plate valves 24.25.

Штоки с кривошипом 6 соединены с помощью вилок 26 и шатунов 27. Вилки с шатунами соединены шарнирно с помощью осей 28. Вилки со штоками соединены сваркой (фиг.2). The rods with a crank 6 are connected using forks 26 and connecting rods 27. The forks with rods are pivotally connected using the axes 28. The forks with rods are connected by welding (figure 2).

Шатунно-кривошипный механизм имеет две полуоси 29,30 и диск 31 (фиг.3). Диск имеет с двух сторон оси и, которые выполнены заодноцелое с диском. С целью обеспечения постановки кривошипа с шатунами и поршневых групп, корпус 1 выполнен сборным из двух частей: основания 32 и крышки 33 (фиг.3). The crank mechanism has two axles 29.30 and a disk 31 (figure 3). The disk has axles on both sides and which are made integral with the disk. In order to ensure the setting of the crank with connecting rods and piston groups, the housing 1 is made prefabricated in two parts: base 32 and cover 33 (figure 3).

На основании и крышке имеются бобышки к, которые выполнены литьем заодноцелое с ними. В бобышках расточены отверстия, куда запрессованы втулки 34. На втулках выполнены отверстия л подвода масла. На корпусе 1 имеется гнездо, куда установлен электростартер 5 и закреплен хомутами 35 (фиг.2,3). On the base and lid there are bosses k, which are made integrally cast with them. Holes are drilled in the bosses where the bushings 34 are pressed into. The holes for oil supply are made on the bushings. On the housing 1 there is a socket where the electric starter 5 is installed and secured with clamps 35 (Fig. 2,3).

На компрессорном цилиндре выполнены два входных окна, на которые установлен патрубок (фиг.4). Патрубок содержит корпус 1, который имеет входной канал А и полость Б. Корпус имеет две бобышки в,г, в отверстиях которых выполнены канавки под уплотнительные кольца 2. На бобышке в выполнено гнездо, куда установлены тарельчатые пружины 3, обеспечивающие плавный поворот оси 4. На бобышке в навернута гайка 5, обеспечивающая поджатие пружин (фиг.4). On the compressor cylinder, two input windows are made, on which a pipe is installed (Fig. 4). The nozzle contains a housing 1, which has an input channel A and a cavity B. The housing has two bosses c, d, in the holes of which grooves are made for the sealing rings 2. On the boss, a socket is made where cup springs 3 are installed, providing a smooth rotation of axis 4. On the boss screw screw 5, providing a preload of the springs (figure 4).

На оси установлена дроссельная заслонка 6 и закреплена штифтами 7. На оси напрессована втулка 8 и одет рычаг 9, закрепленный гайкой 10. По торцу корпуса выполнены два окна, куда установлены пластинчатые клапана 11, содержащие седло Д и клапан Е, имеющий форму лепестков. На седле выполнена бобышка и с отверстием, а на клапане выполнен штифт К. Бобышка и штифт обеспечивают сборку клапана 11. Рычаги 9 патрубков кинематически связаны с рукояткой управления мотокомпрессором. A throttle valve 6 is mounted on the axis and secured with pins 7. A sleeve 8 is pressed on the axis and a lever 9 is mounted, fastened with a nut 10. Two windows are made at the end of the body where plate valves 11 are installed, containing a seat D and a valve E, in the form of petals. A boss and a hole are made on the saddle, and a pin K is made on the valve. The boss and the pin provide assembly of valve 11. The levers 9 of the nozzles are kinematically connected with the control handle of the motor compressor.

На рабочих и компрессорных поршнях установлены пластинчатые клапана 24,25 (фиг. 2). Между собой клапаны не имеют конструктивных отличий, только имеют разные посадочные диаметры А (фиг.5). Клапаны содержат седло 1 и пластинку 2, выполненную по форме лепестков Б. На седле выполнены окна, имеющие форму лепестков. Окна постоянно закрыты лепестками Б пластинки. Седло и пластинка соединены заклепками 3. В центре клапана выполнено отверстие В, обеспечивающее сборку штока с поршнем. On the working and compressor pistons installed plate valves 24.25 (Fig. 2). Between themselves, the valves do not have structural differences, they only have different landing diameters A (Fig. 5). The valves contain a seat 1 and a plate 2, made in the shape of the petals B. On the saddle made windows with the shape of the petals. Windows are constantly closed by the petals of the B plate. The seat and plate are connected by rivets 3. In the center of the valve, hole B is made, which assembles the piston rod.

Принцип работы клапана. Под действием давления воздуха лепестки отгибаются, пропуская воздух через окна седла. При обратной ходе поршня лепестки закрывают окна, обеспечивая перекрытие потоку воздуха. Пластинчатые клапана работают как прямоточные клапана, вызывая минимальное сопротивление воздуха по сравнению с тарельчатыми и стержневыми клапанами. The principle of operation of the valve. Under the influence of air pressure, the petals bend, passing air through the windows of the saddle. During the reverse stroke of the piston, the petals close the windows, blocking the air flow. Lamellar valves work as direct-flow valves, causing the minimum resistance of air in comparison with poppet and rod valves.

Принцип работы мотокомпрессора. При запуске движение передается поршням от электростартера 5 через пару шестерен 36,37, на маховик 7 и кривошип 6 (фиг. 3). Мотокомпрессор работает по принципу двухтактного двигателя, но с наполнением рабочих цилиндров сжатым воздухом с давлением 2 кг/см². Запуск производится без наддува при давлении 0,85 кг/см², со степенью сжатия Е 6, а с наддувом будет работать при Е 6•2=12. При запуске дроссельная заслонка 6 на входном патрубке должна быть приоткрытой на угол 30^o (фиг.4), а клапана 12 на патрубке 10 открыты с помощью кулачков 14 (фиг.1). Движение кулачков, дроссельных заслонок, магнето и дроссельного газового золотника производится синхронно при вращении рукоятки управления мотокомпрессором (схема автоматики не патентуется).The principle of operation of a motor compressor. When starting, the movement is transmitted to the pistons from the electric starter 5 through a pair of gears 36.37, to the flywheel 7 and crank 6 (Fig. 3). The motor compressor operates on the principle of a two-stroke engine, but with the filling of the working cylinders with compressed air with a pressure of 2 kg / cm ² . The launch is made without pressurization at a pressure of 0.85 kg / cm ² , with a compression ratio of E 6, and with pressurization it will work at E 6 • 2 = 12. When starting the throttle valve 6 at the inlet pipe must be ajar at an angle of 30 ^o (figure 4), and the valve 12 on the pipe 10 are opened using the cams 14 (figure 1). The movement of cams, throttles, magneto and throttle gas spools is performed synchronously when the control handle of the motor compressor is rotated (automation circuit is not patented).

Поршневой блок движется по стрелке 1 (фиг.2). В полости Р компрессорного цилиндра производится всасывание воздуха через клапаны 11 входного патрубка, а в полости Ф второго компрессорного цилиндра производится сжатие воздуха - клапаны 11 второго патрубка 11 закрыты. Второй поршневой блок движется по стрелке П (фиг.2). The piston unit moves in the direction of arrow 1 (FIG. 2). In the cavity P of the compressor cylinder, air is drawn in through the valves 11 of the inlet pipe, and in the cavity F of the second compressor cylinder, air is compressed - the valves 11 of the second pipe 11 are closed. The second piston block moves along the arrow P (figure 2).

В полости С сжатие воздуха не производится, так как клапаны 12 открыты. Под действием сжатого воздуха клапан 25 открыт и воздух наполняет полость поршня 21. По штоку 23 воздух перетекает в полость поршня 19. Под давлением клапан 24 открывается и воздух заполняет полость Ч и продувочные каналы Н. В полости П рабочим поршнем 18 производится сжатие воздуха, клапан на поршне прижат воздухом. Газообразное топливо поступает из баллона по трубке на форсунку 9 (фиг.1) (cистема питания пока не патентуется). Отверстие 3 на рабочем цилиндре 2 еще не закрыто поршнем 19 и газ через отверстие 3 поступает в полость Х. Отверстие 3 перекрывается поршнем 19, поступление газа в полость Х прекращается. В полости Х производится сжатие рабочей смеси. В это время в полости М производится продувка и ее наполнение сжатым воздухом, который перетекает из полости П через продувочные каналы Н. В это время окна, продувочные и выхлопные открыты поршнем 18. Поршень 19 дошел до верхней мертвой точки и на свечу 38 подается электроток от магнето. Рабочая смесь в полости Х зажигается, производится рабочий ход поршня 19. Блоки поршней движутся в обратные стороны, и циклы повторяются вновь. В это время электростартер автоматически отключается. In cavity C, air is not compressed since the valves 12 are open. Under the action of compressed air, valve 25 is open and air fills the piston cavity 21. Along the stem 23, air flows into the piston cavity 19. Under pressure, the valve 24 opens and air fills the cavity Ch and the purge channels N. In the space P, the working piston 18 compresses the air, the valve pressed against the piston by air. Gaseous fuel flows from the cylinder through the tube to the nozzle 9 (Fig. 1) (the power system is not patented yet). The hole 3 on the working cylinder 2 is not yet closed by the piston 19 and the gas through the hole 3 enters the cavity X. The hole 3 is blocked by the piston 19, the gas flow into the cavity X is stopped. In cavity X, the working mixture is compressed. At this time, a purge is carried out in the cavity M and filled with compressed air, which flows from the cavity P through the purge channels N. At this time, the purge and exhaust windows are opened by the piston 18. The piston 19 has reached the top dead center and an electric current is supplied from the candle 38 magneto. The working mixture in the cavity X is ignited, the working stroke of the piston 19. The piston blocks move in the opposite direction, and the cycles are repeated again. At this time, the electric starter automatically shuts off.

При повороте рукоятки управления сектором газа расход газа через форсунки 9 увеличивается, одновременно дроссельная заслонка 11 на входных патрубках автоматически открывается на угол 60^o. Расход воздуха через полости Р, Ф компрессорных цилиндров увеличивается, производится наполнение рабочих цилиндров сжатым воздухом с давлением 2 кг/см². Это давление обеспечивается клапаном 24 на рабочих поршнях. Мотокомпрессор выходит на номинальный режим 3000 об/мин. Клапаны 12 полностью прижаты к седлам а и сжатый воздух с давлением 3,6 кг/см² и расходом 55 л/с поступает на потребитель (в баллон) через клапаны 12 и патрубок 10.1When you turn the knob to control the gas sector, the gas flow through the nozzles 9 increases, while the throttle valve 11 at the inlet nozzles automatically opens at an angle of 60 ^o . The air flow through the cavity P, F of the compressor cylinders increases, the working cylinders are filled with compressed air with a pressure of 2 kg / cm ² . This pressure is provided by valve 24 on the working pistons. The motor compressor goes to a nominal mode of 3000 rpm. Valves 12 are fully pressed to the seats and compressed air with a pressure of 3.6 kg / cm ² and a flow rate of 55 l / s is supplied to the consumer (in the cylinder) through the valves 12 and the pipe 10.1

Claims

1. A motor compressor comprising a housing on which working and compressor cylinders are mounted and a rack and pinion gear mechanism for synchronizing pistons, characterized in that the rods and pistons are thin-walled, hollow and have stiffening ribs and cylindrical bosses into which the rods are pressed, and plate-like pistons are installed valves for the flow of compressed air from the compressor cylinders into the cavities of the working cylinders through hollow rods and pistons.

2. The motor compressor according to claim 1, characterized in that the inlet pipes are installed on the compressor cylinders, comprising two plate valves and a throttle valve with a lever fixed to the pivot axis.

3. The motor compressor according to claim 1, characterized in that plate valves are installed on the compressor cylinders and the outlet pipe, which automatically open when starting up using pushers and cams kinematically connected to the control handle.

4. The motor compressor according to claim 1, characterized in that a plate valve is installed at the inlet of the compressor cylinder, for the fastening of which a cone boss and fairings are molded integrally with the cylinder.