двигательно-насосное устройство

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬНО-НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО, 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 впускными и выпускными клапанами и поршнем, связанным со штоком двигательных поршней, отличающееся тем, что насосная часть выполнена в виде гидроцилиндра, установленного соосно с силовым цилиндром, с компрессорными полостями, образованными внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и торцевыми поверхностями поршня, закрепленного на штоке, причем впускные клапаны снабжены управляемым приводом для открывания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено гидроаккумулятором, включенным в нагнетающую магистраль, а выпускные клапаны также снабжены управляемым приводом для открывания.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что привод для открывания клапанов выполнен электромагнитным, катушка возбуждения которого подключена к блоку управления, к которому также подключено устройство определения скорости движения поршня.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство для определения скорости движения поршня выполнено в виде катушки индуктивности, расположенной вблизи штока, выполненного из магнитного материала.

Описание изобретения к патенту

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

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.

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.

Устройство работает следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.