RU2244834C2

RU2244834C2 - Air motor

Info

Publication number: RU2244834C2
Application number: RU2003111042/06A
Authority: RU
Original assignee: Профатилов Николай Александрович
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: transport engineering.

SUBSTANCE: proposed air motor can be used as power plant for pollution free vehicles. Proposed air motor is made in form of piston expansion machine containing in line cylinder block with head, pistons mechanically connected with output shaft, distributing mechanism with rotary cylindrical spool installed in head bore and communicating cylinder expansion chambers with intake channels made in head and connected to compressed air source, and exhaust pipeline. Blind metering chambers with radial channels made in spool body communicate periodically in turn with intake channels and with intake ports made in head from side of expansion chamber coaxially with intake channels. Discharge ports connected with discharge pipeline are made in cylinder wall in zone of bottom dead center.

EFFECT: improved reliability, simple design.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, преимущественно, в качестве силовой установки для транспортных средств с экологически чистым выхлопом.The invention relates to mechanical engineering and can be used mainly as a power plant for vehicles with environmentally friendly exhaust.

Из уровня техники известен пневмодвигатель, выполненный в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, впускными и выпускными каналами, поршни, кинематически связанные с выходным валом, золотниковый механизм распределения, который сообщает цилиндры с впускными каналами, подключенными к источнику сжатого воздуха, и выпускными каналами (SU 1548475 A1, F 01 B 23/02, 1990; SU 1629570 A1, F 01 B 23/02, 1991). Золотниковый механизм распределения выполнен в виде концентрических золотников с осевым перемещением, что усложняет конструкцию пневмодвигателя.The prior art air motor made in the form of a piston expansion machine containing a single-row cylinder block with a head, intake and exhaust channels, pistons kinematically connected to the output shaft, a spool distribution mechanism that communicates cylinders with intake channels connected to a source of compressed air, and exhaust channels (SU 1548475 A1, F 01 B 23/02, 1990; SU 1629570 A1, F 01 B 23/02, 1991). The spool distribution mechanism is made in the form of concentric spools with axial movement, which complicates the design of the air motor.

Известна также поршневая расширительная машина, содержащая однорядный блок цилиндров с головкой, поршни, кинематически связанные с выходным валом, распределительный механизм с вращающимся золотником, сообщающим камеры расширения цилиндров с впускными каналами, которые связаны с источником рабочего тела (SU 989120 А, F 01 B 1/02, 1983). Основным недостатком данного решения является использование в качестве источника рабочего тела тепловой трубы, пар из зоны испарения которой при внешнем подводе тепла поступает в охлаждаемые камеры расширения цилиндров, что сложно и не надежно в работе и конструктивно малопригодно для реального использования, например, на транспортном средстве.Also known is a piston expansion machine comprising a single-row cylinder block with a head, pistons kinematically connected to the output shaft, a distribution mechanism with a rotating spool communicating cylinder expansion chambers with intake channels that are connected to the source of the working fluid (SU 989120 A, F 01 B 1 / 02, 1983). The main disadvantage of this solution is the use of a heat pipe as a source of working fluid, the vapor from the evaporation zone of which, with an external supply of heat, enters the cooled expansion chamber of the cylinder, which is difficult and not reliable in operation and structurally unsuitable for real use, for example, in a vehicle.

Изобретение направлено на создание простой и надежной в работе конструкции пневмодвигателя, пригодно для использования в качестве силовой установки для транспортного средства.The invention is aimed at creating a simple and reliable design of the air motor, suitable for use as a power plant for a vehicle.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в пневмодвигателе, выполненном в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, поршни, кинематически связанные с выходным валом, распределительный механизм с вращающимся золотником, сообщающим камеры расширения цилиндров с впускными каналами, выполненными в головке цилиндра и подключенными к источнику сжатого воздуха, выпускной трубопровод, согласно изобретению в теле установленного в расточке головки цилиндров вращающегося цилиндрического золотника выполнены глухие дозирующие камеры с радиальными каналами, которые периодически поочередно сообщаются с впускными каналами и с впускными окнами, выполненными в головке цилиндра со стороны камеры расширения соосно впускным каналам, при этом в стенке цилиндров в зоне нижней мертвой точки выполнены выпускные окна, соединенные с выпускным трубопроводом.The solution to this problem is provided by the fact that in a pneumatic engine made in the form of a piston expansion machine, containing a single-row cylinder block with a head, pistons kinematically connected with the output shaft, a distribution mechanism with a rotating spool communicating cylinder expansion chambers with intake channels made in the cylinder head and connected to a source of compressed air, an exhaust pipe according to the invention in a body of a rotating cylindrical cylinder mounted in a bore of a cylinder head about the spool, blind metering chambers with radial channels are made, which periodically alternately communicate with inlet channels and with inlet windows made in the cylinder head from the expansion chamber side coaxially with the inlet channels, while outlet windows connected to the cylinder wall in the zone of the bottom dead center are made exhaust pipe.

При этом глухие дозирующие каналы золотника выполнены Г-образными с возможностью изменения объема и снабжены дополнительными осевыми каналами, в которых установлены на резьбе с возможностью осевого перемещения регулировочные пробки.In this case, the blind metering channels of the spool are made L-shaped with the possibility of changing the volume and are equipped with additional axial channels in which adjusting plugs are mounted on the thread with the possibility of axial movement.

Кроме того, камеры расширения цилиндров дополнительно снабжены системой внешнего подвода тепла.In addition, the cylinder expansion chambers are additionally equipped with an external heat supply system.

Предпочтительно, чтобы во впускных каналах и впускных окнах головки цилиндров со стороны золотника были установлены подпружиненные уплотнительные втулки из самосмазывающегося материала с добавками бисульфидо-молибдена, торцевые, прилегающие к золотнику поверхности которых выполнены сопряженными с цилиндрической поверхностью расточки головки цилиндров под золотник.It is preferable that spring-loaded sealing sleeves made of self-lubricating material with bisulfide-molybdenum additives are installed in the inlet channels and inlet windows of the cylinder head on the spool side, the end surfaces of which are adjacent to the spool and are mated to the cylindrical surface of the cylinder head bore for the spool.

Выполнение вращающегося золотника распределительного механизма с глухой дозирующей камерой изменяемого - регулируемого объема в сочетании с размещением выпускных окон в стенке цилиндров внешнего подвода тепла к камере расширения при простоте конструктивного решения снижает потери в окружающую среду, приближает процесс расширения рабочего тела к изотермическому, что повышает экономичность, эффективность и надежность работы пневмодвигателя и делает его пригодным для использования в качестве силовой установки, в том числе и на транспортном средстве.The implementation of a rotating spool of the distribution mechanism with a variable dosing chamber of variable - adjustable volume in combination with the placement of exhaust windows in the cylinder wall of the external heat supply to the expansion chamber, while the design solution is simple, reduces losses to the environment, brings the process of expansion of the working fluid closer to isothermal, which increases efficiency, the efficiency and reliability of the air motor and makes it suitable for use as a power plant, including transport ortho tool.

На чертеже представлен общий вид пневмодвигателя.The drawing shows a General view of the air motor.

Пневмодвигатель выполнен в виде поршневой расширительной машины и содержит однорядный блок цилиндров 1 с головкой 2, поршни 3, кинематически связанные с выходным валом 4, и вращающийся золотник 5 цилиндрической формы распределительного механизма, установленный в цилиндрической расточке головки 2, в теле которого выполнены глухие дозирующие камеры (число которых соответствует числу цилиндров) Г-образной формы с радиальными каналами 6 и осевыми каналами 7, в которых установлены на резьбе с возможностью осевого перемещения регулировочные пробки 8.The pneumatic motor is made in the form of a piston expansion machine and contains a single-row cylinder block 1 with a head 2, pistons 3 kinematically connected to the output shaft 4, and a rotating spool 5 of a cylindrical shape of a distribution mechanism mounted in a cylindrical bore of the head 2, in the body of which blind metering chambers are made (the number of which corresponds to the number of cylinders) L-shaped with radial channels 6 and axial channels 7, in which the adjusting axes are mounted on the thread with the possibility of axial movement BCI 8.

В головке 2 соосно выполнены впускные каналы 9, подключенные посредством впускного трубопровода к источнику сжатого воздуха (на чертеже не показано), и со стороны камеры 10 расширения цилиндров 1 впускные окна 11, соосно которым со стороны золотника 5 оппозитно установлены уплотнительные втулки 12 и 13 (соответственно) из самосмазывающегося материала (например, чугуна, тегракса или бронзы с добавками бусульфидо-молибдена) с перепускными каналами 14, торцевые прилегающие к золотнику 5 поверхности которых выполнены цилиндрическими - сопряженными с цилиндрической поверхностью расточки головки 2 и подпружинены для герметичности к золотнику 5 пружинами 15.Inlet head 9 is coaxially formed with inlet channels 9 connected via an inlet pipe to a source of compressed air (not shown in the drawing), and from the side of cylinder expansion chamber 10 1 inlet windows 11, sealing bushings 12 and 13 opposite to which are mounted on spool 5 side ( respectively) of a self-lubricating material (for example, cast iron, tegrax or bronze with the addition of busulfide-molybdenum) with bypass channels 14, the end surfaces adjacent to the spool 5 of which are made cylindrical - conjugated with a cylindrical surface of the bore of the head 2 and spring-loaded for tightness to the spool 5 by springs 15.

В стенке 16 цилиндров 1 в зоне нижней мертвой точки выполнены выпускные окна 17, соединенные с выпускным трубопроводом 18. Блок цилиндров 1 снабжен рубашкой 19 для подвода тепла в камеру 10 расширения. Герметичность золотника 5 и втулок 12, 13 относительно головки 2 обеспечивается уплотнительными элементами 20. Золотник 5 кинематически связан с выходным валом передачей 21.In the wall 16 of the cylinders 1 in the zone of the bottom dead center there are exhaust ports 17 connected to the exhaust pipe 18. The cylinder block 1 is provided with a jacket 19 for supplying heat to the expansion chamber 10. The tightness of the spool 5 and bushings 12, 13 relative to the head 2 is provided by the sealing elements 20. The spool 5 is kinematically connected to the output shaft by a gear 21.

Пневмодвигатель работает следующим образом.The air motor operates as follows.

Когда поршень 3 находится вблизи нижней мертвой точки (на чертеже - справа), открывается выпускное окно 17 в стенке 16 цилиндра 1, и отработавший воздух под собственным давлением через выпускной трубопровод 18 выбрасывается в атмосферу, при этом радиальный канал 6 дозирующей камеры золотника 5 данного цилиндра 1 сообщается через перепускной канал 14 втулки 12 с соответствующим впускным каналом 9 и подключается к источнику сжатого воздуха, а порция сжатого воздуха заполняет дозирующую камеру.When the piston 3 is located near the bottom dead center (on the right, in the drawing), the exhaust window 17 opens in the wall 16 of the cylinder 1, and the exhaust air under its own pressure is discharged through the exhaust pipe 18 into the atmosphere, while the radial channel 6 of the metering chamber of the spool 5 of this cylinder 1 communicates through the bypass channel 14 of the sleeve 12 with the corresponding inlet channel 9 and is connected to a source of compressed air, and a portion of compressed air fills the metering chamber.

При движении поршня 3 вверх от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке происходит предварительное сжатие оставшейся в цилиндре 1 части отработавшего воздуха, при этом радиальный канал 6 заполненной сжатым воздухом дозирующей камеры вращающегося золотника 5 отходит от впускного канала 9 и герметизируется в поверхности цилиндрической расточки головки 2 оппозитными уплотнительными втулками 12 и 13 и уплотнительными элементами 20.When the piston 3 moves up from the bottom dead center to the top dead center, the remaining part of the exhaust air remaining in the cylinder 1 is precompressed, while the radial channel 6 of the rotary valve 5 metering chamber filled with compressed air moves away from the inlet channel 9 and is sealed in the surface of the cylindrical bore of the head 2 Opposite sealing sleeves 12 and 13 and sealing elements 20.

Когда поршень 3 проходит верхнюю мертвую точку (на чертеже - слева), радиальный канал 6 вращающегося золотника 5 совмещается с перепускным каналом 14 втулки 13, при этом порция сжатого воздуха из дозирующей камеры золотника 5 через впускные окна 11 поступает в камеру 10 расширения цилиндра 1 и соединяется с предварительно сжатой частью отработавшего воздуха. Давление в камере 10 расширения возрастает, в результате этого поршень 3 начинает двигаться вниз к нижней мертвой точке, передавая давление воздуха коленчатому валу 22, который создает на выходном валу 4 крутящий момент.When the piston 3 passes the top dead center (on the left, in the drawing), the radial channel 6 of the rotary valve 5 is aligned with the bypass channel 14 of the sleeve 13, while a portion of compressed air from the metering chamber of the valve 5 through the inlet windows 11 enters the expansion chamber 10 of the cylinder 1 and connects to the pre-compressed part of the exhaust air. The pressure in the expansion chamber 10 increases, as a result of which the piston 3 begins to move down to bottom dead center, transmitting air pressure to the crankshaft 22, which generates torque on the output shaft 4.

При движении поршня 3 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке воздух в процессе расширения дополнительно подогревается теплом, подводимым от внешнего источника через рубашку 19, и совершает внешнюю полезную механическую работу с высоким эффективным КПД. Режимами работы пневмодвигателя можно управлять, регулируя расход - порции сжатого воздуха путем изменения объема дозирующей камеры посредством перемещения регулирующей пробки 8 в осевом канале 7.When the piston 3 moves from the top dead center to the bottom dead center, the air during the expansion process is additionally heated by heat supplied from an external source through the jacket 19, and performs external useful mechanical work with high effective efficiency. The air motor operating modes can be controlled by adjusting the flow rate - portions of compressed air by changing the volume of the metering chamber by moving the control plug 8 in the axial channel 7.

Claims

1. A pneumatic motor made in the form of a piston expansion machine, comprising a single-row cylinder block with a head, pistons kinematically connected to the output shaft, a distributing mechanism with a rotating spool communicating cylinder expansion chambers with intake channels made in the cylinder head and connected to a source of compressed air , an exhaust pipe, characterized in that in the body of the cylinder of the rotating cylindrical spool installed in the bore of the cylinder, blind metering chambers are made with rad the other channels, which periodically alternately communicate with the inlet channels and with the inlet windows made in the cylinder head from the expansion chambers coaxially with the inlet channels, while outlet windows connected to the outlet pipe are made in the cylinder wall in the zone of the bottom dead center.

2. The air motor according to claim 1, characterized in that the blind metering channels of the spool are made L-shaped with the possibility of changing the volume and are provided with additional axial channels in which the adjusting plugs are mounted on the thread with the possibility of axial movement.

3. The air motor according to claim 1 or 2, characterized in that the expansion chamber of the cylinder is additionally equipped with an external heat supply system.

4. A pneumatic motor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that spring-loaded sealing bushings of self-lubricating material with additives of bisulfide-molybdenum are installed in the inlet channels and inlet windows of the cylinder heads from the spool, the end surfaces of which are adjacent to the spool and are mated to the cylindrical surface of the bore cylinder heads under the spool.