Номер патенту: 21251

Опубліковано: 04.11.1997

Автор: Абракітов Володимир Едуардович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Карбюраторный электроагрегат, содержащий линейный электрический генератор и элементы поршневого двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что он имеет неподвижный цилиндр с верхним основанием (крышкой), где размещены свеча зажигания и впускной клапан, за счет которого к цилиндру подключена система питания с топливным насосом, обладающим электроприводом, во внутренней полости цилиндра находится подвижный поршень с установленными на нем поршневыми кольцами, изготовленными из диэлектрического материала, например, керамики, посредством гибкого троса-ограничителя и электрического выключателя системы зажигания, разомкнутого при ненатянутом гибком троссе-ограничителе, закрепленный к имеющейся в цилиндре, помимо верхнего, нижнему основанию (крышке), которое также имеет: упругую пружину во внутренней полости между ним и поршнем, отверстие с газо- и маслонепроницаемой прокладкой, куда извне цилиндра вставлен шток стартера-толкателя, углубление с отверстием, к которому подключены входные патрубки систем смазки и выпуска отработанных газов, второй входной патрубок системы выпуска отработанных газов подключен к выпускному окну в боковой стенке цилиндра, с входным патрубком системы смазки соединен через маслоотстойник масляный насос, обладающий электроприводом, который (выходом) подключен к отверстию, снабженному форсункой для впрыска смазочных материалов в боковой стенке цилиндра, расположенному на уровне ниже нижней мертвой точки поршня на 1/2 высоты поршня, ротор линейного электрического генератора совмещен с подвижным поршнем, имеющим вмонтированную в него магнитную систему, статор линейного электрического генератора совмещен с неподвижным цилиндром, изготовленным из ферромагнитного материала, на наружной поверхности которого имеется обмотка, где может наводиться электродвижущая сила, к выводам которой электрически параллельно подсоединены потребители электрической энергии, топливный и масляный насосы, входящие в системы питания и смазки соответственно, и преобразователь системы зажигания, последовательно соединенный через электрический выключатель системы зажигания со свечой зажигания.

2. Електроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что корпус свечи зажигания и система питания с топливным насосом электрически изолированы от верхнего основания (крышки) цилиндра, электрический выключатель системы зажигания, шток стартера-толкателя, входные патрубки систем смазки и выпуска отработанных газов электрически изолированы от нижнего основания (критики) цилиндра, второй входной патрубок системы выпуска отработанных газов и масляный насос электрически изолированы от боковых стенок цилиндра и обмотки, где может наводиться электродвижущая сила.

3. Электроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что упругая пружина и гибкий трос-ограничитель выполнены из диэлектрических материалов или обладают электрически изолированными узлами крепления, к нижнему основанию (крышке) цилиндра и подвижному поршню соответственно.

4. Электроагрегат по п.1, отличающийся тем, что впускной клапан представляет собой полый металлический цилиндр с верхним и нижним основаниями, в верхнем основании имеется круглое (входное) отверстие с центром, совпадающим с центром основания впускного клапана, радиусом менее радиуса находящегося во внутренней полости впускного клапана металлического шара, в нижнем основании имеются два или более (выходных) отверстия произвольной формы и расположения, общей площадью более площади диаметральной секущей плоскости металлического шара, причем высота внутренней полости составляет 1,1-1.5, диаметр внутренней полости 1,1-1.5 диаметра металлического шара.

5. Электроагрегат по п.1, отличающийся тем, что подвижный поршень выполнен из магнитных материалов.

6. Электроагрегат по п,1, отличающийся тем, что шток стартера-толкателя выполнен в виде металлического стержня длиной не менее разности расстояния от верхней мертвой точки поршня до наружной поверхности нижнего основания (крышки) цилиндра и высоты поршня, с возможностью его выдвижения во внутреннюю полость цилиндра через отверстие с газо- и маслонепроницаемой прокладкой в нижнем основании (крышке) цилиндра под воздействием внешней механической энергии.

Текст

Изобретение относится к области машиностроения (двигателестроению и энергетике), а именно: к двигателям внутреннего сгорания, скомбинированным с электрическим генератором в единый агрегат, линейным генератором, преобразующим механическую энергию поступательного (возвратнопоступательного) движения в электрическую энергию, а также к поршневым машинам, состоящим из единых агрегатных секций "Цилиндр - Картер", и может быть использовано в качестве источника электроэнергии на тепловых электростанциях, энергопоездах, кораблях и т.д. Известны автомобили, танки, локомотивы и т.п. с первичным тепловым двигателем, электрогенератором, электротрансмиссией, электромобили со вспомогательным бензиновым двигателем и др., таким образом карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э. может найти весьма широкое применение в промышленности. Известен поршневой карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (в дальнейшем - ДВС), содержащий: кривошипно-шатунный механизм в составе: блока цилиндров или цилиндра с головкой (верхним основанием или крышкой цилиндра), поршня с поршневыми кольцами, находящегося внутри цилиндра, передающего усилие через поршневой палец на шатун, соединенный с шатунной шейкой коленчатого вала, который воспринимает усилие от поршней, преобразуя его в крутящий момент, маховика, установленного на коленчатом валу, картера двигателя, где устанавливаются коленчатый вал и другие детали; газораспределительный механизм с распределительными шестернями, распредвалом, толкателями, штангами, коромыслами, клапанами, пружинами; систему смазки с поддоном картера, маслоприемником, маслоотстойником, масляным насосом (как, правило с механическим приводом), масляными фильтрами, масляными радиаторами, трубопроводами и каналами; систему питания в составе: топливного бака, топливного фильтра, топливного насоса (как правило с механическим приводом), карбюратора, воздушного фильтра, впускного и выпускного трубопровода, глушителя (последние два элемента могут быть названы системой выпуска отработанных газов) систему зажигания с аккумулятором, генератором, реле-регулятором катушкой зажигания, прерывателем-распределителем, свечой зажигания, а также стартер-электродвигатель, обеспечивающий первичное вращение коленчатому валу [Автомобиль /Калисский В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. М.: Транспорт, 1975. - С. 4-128]. Также известен двухтактный карбюраторный ДВС, являющийся частной формой выполнения теплового двигателя с поршнями и имеющий те же структурные элементы [Политехнический словарь /Под ред. Артаболевского И.И. М.: Сов. энцикл., 1977 - С. 132, 133, 382]. Такие 2- и 4-тактные двигатели содержат обилие вращающихся и неподвижных деталей, совершенно ненужных при использовании их для привода электрического генератора, отличаются большой сложностью, плохими виброакустическими характеристиками, а подключение отдельного механизма - электрогенератора, к коленчатому валу ухудшает и без того низкие массо-габаритные показатели. Известен электроагрегат, содержащий тепловой двигатель с поршнями, трансформатор с первичной и вторичной обмотками на сердечниках и генератор переменного тока, включающий неподвижную магнитную систему с элементами возбуждения, между полюсами которой размещены камеры с жидким металлом, к которым примыкают электроды и в которых расположены якори, связанные с поршнями теплового двигателя, образующие вместе с электродами и участками камеры с жидким металлом первичную обмотку упомянутого трансформатора, якори выполнены в виде дисков, установленных с возможностью качания в плоскости, перпендикулярной их оси, камеры, полюса магнитной системы и сердечники выполнены в виде тел вращения, соосных с якорем [Авт.св. СССР №1073853, кл, Н 02 К 35/00, опублик. 15.02.84]. В конструкции прототипа можно четко выделить две отдельные составные части: 1) тепловой двигатель; 2) линейный генератор. Это кажущееся его преимущество, т.к. разделить электроагрегат на эти две части, например, в случае поломки одной из них использовать для иных целей другую, исходя из его конструктивных особенностей, невозможно. Однако, если разделить электроагрегат невозможно, нецелесообразно отдельно выделять в нем эти части, т.к. это значительно ухудшает его массогабаритные показатели и является его весьма существенным недостатком. Из-за несовмещения функций двигателя и генератора наряду с увеличением массы и габаритов конструкция отличается сложностью, повышенным шумом и вибрацией и еще одним недостатком - невозможностью уменьшить мощность за счет выключения одного или нескольких цилиндров двигателя при сохранении работы остальных, а также невозможностью иметь в указанном тепловом двигателе одновременно рабочие цилиндры разного диаметра, размеров, механической мощности. Изобретение имеет следующие задачи: 1. Максимальное упрощение конструкции электроагрегата. 2. Обеспечение совмещения выполнения функций отдельных узлов. 3. Минимизация размеров и массы электроагрегата. 4. Улучшение виброакустических характеристик электроагрегата. Эти задачи решаются тем, что карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э., содержащий линейный электрический генератор и элементы поршневого карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, согласно изобретению, имеет неподвижный цилиндр с верхним основанием (крышкой), где размещены свеча зажигания и впускной клапан, за счет которого к цилиндру подключена система питания с топливным насосом, обладающим электроприводом, во внутренней полости цилиндра находится подвижный поршень с установленными на нем поршневыми кольцами, изготовленными из диэлектрического материала, например, керамики, посредством гибкого троса - ограничителя и электрического выключателя системы зажигания, разомкнутого при ненатянутом тросе ограничителе, закрепленный к имеющемуся в цилиндре, помимо верхнего нижнему основанию (крышке), которое также имеет: упругую пружину во внутренней полости между ним и поршнем, отверстие с газо- и маслонепроницаемой прокладкой, куда извне цилиндра вставлен шток стартера-толкателя, углубление с отверстием, к которому подключены входные патрубки систем смазки и выпуска отработанных газов, второй входной патрубок системы выпуска отработанных газов подключен к выпускному окну в боковой стенке цилиндра, с входным патрубком системы смазки соединен через маслоотстойник масляный насос, обладающий электроприводом, который (выходом) подключен к отверстию, снабженному форсункой для впрыска смазочных материалов, в боковой стенке цилиндра, расположенному на уровне ниже нижней мертвой точки поршня на 1/2 высоты поршня, ротор линейного электрического генератора совмещен с подвижным поршнем, имеющим вмонтированную в него магнитную систему, статор линейного электрического генератора совместно с неподвижным цилиндром, изготовленным из ферромагнитного материала, на наружной поверхности которого имеется обмотка, где может наводиться электродвижущая сила, к выводам которой электрически параллельно подключены потребители электрической энергии, топливный и масляный насосы, входящие в системы питания и смазки соответственно, и преобразователь системы зажигания, последовательно соединенный через электрический выключатель системы зажигания со свечой заживления. Поставленная задача также достигается тем, что корпус свечи зажигания и система питания с топливным насосом электрически изолированы от верхнего основания (крышки) цилиндра, электрический выключатель системы зажигания, шток стартера-толкателя, входные патрубки систем смазки и выпуска отработанных газов электрически изолированы от нижнего основания (крышки) цилиндра, второй входной патрубок системы выпуска отработанных газов и масляный насос электрически изолированы от боковых стенок цилиндра и обмотки, где может наводиться электродвижущая сила. Поставленная задача также достигается тем, что упругая пружина и гибкий трос-ограничитель выполнены из диэлектрических материалов или обладают электрически изолированными узлами крепления к нижнему основанию (крышке) цилиндра и подвижному поршню соответственно. Поставленная задача также достигается тем, что впускной клапан представляет собой полый металлический цилиндр с верхним и нижним основаниями, в верхнем основании имеется круглое (входное) отверстие с центром, совпадающим с центром основания впускного клапана, радиусом менее радиуса находящегося во внутренней полости впускного клапана металлического шара, в нижнем основании имеются два или более (выходных) отверстия произвольной формы и расположения, общей площадью более площади диаметральной секущей плоскости металлического шара, причем высота внутренней полости составляет 1,1-1,5, и диаметр внутренней полости составляет 1,1-1,5 диаметра металлического шара. Поставленная задача достигается также тем, что подвижный поршень выполнен из магнитных материалов. Поставленная задача достигается также тем, что шток стартера-толкателя выполнен в виде металлического стержня длиной не менее разности расстояния от верхней мертвой точки поршня до наружной поверхности нижнего основания (крышки) цилиндра и высоты поршня, с возможностью выдвижения его во внутреннюю полость цилиндра через отверстие с газо- и маслонепроницаемой прокладкой в нижнем основании (крышке) цилиндра под воздействием внешней механической энергии. Технический результат, получаемый при применении электроагрегата, заключается в: значительном упрощении его конструкции; значительном улучшении его массогабаритных показателей; независимости нескольких одноцилиндровых электроагрегатов, объединенных в один блок, друг от друга, возможность объединять в один блок несколько различных по габаритам, мощности и т.п. электроагрегатов, возможность выключения одного из них без влияния на остальные; улучшение виброакустических характеристик. Сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известных электроагрегатов в предлагаемом устройстве детали и узлы линейного электрического генератора совмещены с деталями и узлами карбюраторного двухтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). При этом выявилось, что ряд деталей типичного ДВС, например, картер, коленчатый вал с маховиком, шатуны и др. являются совершенно ненужными, за счет их удаления и совмещения функций деталей двигателя и генератора конструкция электроагрегата существенно упрощается. В принципе, карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э.не содержит каких-либо вращающихся деталей. Электроэнергия вырабатывается им за счет возвратнопоступательного перемещения подвижного поршня-ротора относительно неподвижного цилиндра-статора, электрически ротор и статор разделены между собой зазором между стенками цилиндра и поршнем, поршневыми кольцами, выполненными из диэлектрического материала, например, керамики, предусмотрена электрическая изоляция всех его систем и вспомогательных узлов, например, штока стартера-толкателя. Электроагрегат принципиально относится именно к двухтактным двигателям (имеется в виду его "двигательная часть"), т.е. к двигателям, у которых рабочий процесс осуществляется за два хода поршня. Известно, что такие двигатели ~50% мощнее четырехтактных с таким же рабочим объемом [Политехнический словарь / Под ред. Артаболевского И.И. М.: Сов. энциклопедия, 1977. - С. 133]. Наполнение двигателя новой "свежей" порцией горячей смеси и удаление отработанных газов занимает часть тактов сжатия и рабочего хода, причем движение поршня в такт рабочего хода определяется взрывом горючей смеси в камере сгорания (как и в обычных ДВС), в такт сжатия - распрямлением упругой пружины (которой заменена часть функций коленчатого вала) или ходом штока стартера-толкателя (при запуске электроагрегата). Нижняя мертвая точка поршня определяется упругостью пружины, а верхняя - натяжением гибкого тросаограничителя. Система зажигания предельно упрощена и питается от самого же электроагрегата; состоит из преобразователя (эквивалента функций катушки зажигания), задающего необходимые электрические параметры сигналу, поступающему на свечу зажигания, и выключателя системы зажигания, коммутирующего их, причем выключатель срабатывает при полном натяжении гибкого троса-ограничителя. Известно опережение зажигания - воспламенение искрой топлива в ДВС с принудительным зажиганием перед концом такта сжатия, применяемое для осуществления максимального тепловыделения в начале такта расширения (рабочего хода) [Политехнический словарь / Под ред. Артаболевского И.И. М.: Сов. энциклопедия, 1977. - С. 328]. Из-за отсутствия коленчатого вала в предлагаемом электрогенераторе термин "угол опережения" неприменим, но время опережения зажигания может быть определено за счет усилия растяжения гибкого троса-ограничителя, т.е. после срабатывания зажигания трос еще растягивается до определенных пределов, и поршень выводится в верхнюю мертвую точку, уже при коммутированной системе зажигания за счет своей кинетической энергии. Из-за отсутствия вращающихся деталей, которые обычно используются для привода топливного и масляного насосов, указанные насосы имеют электропривод, причем питаются от самого же электроагрегата. По этой же причине отпала необходимость в картере, он заменен нижним основанием (крышкой) цилиндра, к которому крепится: упругая пружина, поршень посредством гибкого троса-ограничителя и электрического выключателя системы зажигания (выполняют функции коленчатого вала), также там имеется газо- и масло-изолированное отверстие, куда извне вставлен шток стартера-толкателя, причем размеры его (штока) и привод в виде поступательного движения для запуска электроагрегата обусловлен именно отсутствием коленчатого вала; и специальное углубление с отверстием для слива отработанного масла (смазочного материала) и удалении отработанных газов (эквивалент вентиляции картера). Удаление отработанных газов из самой камеры сгорания осуществляется через выпускное окно в боковой стенке цилиндра, оба отверстия соединены входными патрубками с другими элементами системы выпуска отработанных газов, например, глушителем. Из-за таких изменений возникла необходимость в обеспечении смазки трущихся деталей через форсунку в боковой стенке цилиндра путем впрыска, а ее геометрическое расположение диктуется требованиями обеспечения работоспособности электроагрегата. За счет отсутствия картера, совмещения линейного генератора с ДВС и полного отсутствия вращающихся деталей размеры электроагрегата, его объем и масса резко уменьшаются. В сущности электроагрегат состоит из цилиндрической формы карбюраторного двигателя, совмещенного с линейным генератором (объекты изобретения), и отдельных элементов системы питания (топливный бак, топливопроводы, карбюратор и т.п.), системы выпуска отработанных газов (глушитель, выпускная труба и т.п.), системы смазки (маслоотстойник, масляные фильтры и т.п.), причем все эти элементы идентичны тем, что применяются в обычных двигателях. Описанный электроагрегат по своей сути является одноцилиндровым, но объединение нескольких таких электроагрегатов (цилиндров с "начинкой") в единый блок сложности не представляет, при этом они могут иметь единые систему питания, смазки, выпуска отработанных газов, за исключением их элементов, индивидуальных для каждого одноцилиндрового электроагрегата (указанных в настоящем описании). При этом известные многоцилиндровые ДВС обычного типа представляют каждый самостоятельную конструкторскую разработку, имеют жесткосимметричную структуру с цилиндрами обязательно равного объема и четким порядком их работы, причем нарушение этой симметрии (например, отсутствие воспламенения горючей смеси в нескольких из них) ведет к остановке всего двигателя, удалить (изъять) один из цилиндров без коренной реконструкции самого такого ДВС невозможно и т.п. В то же время энергетическая нагрузка на один и тот же ДВС может быть разной в разные периоды времени и целесообразно было бы регулировать мощность, отключая по необходимости один или несколько цилиндров с сохранением работы остальных. Это возможно достичь, лишь используя несколько карбюраторных электроагрегатов Абракитова В.Э., объединенных в один блок. При этом прямой взаимосвязи между отдельными электроагрегатами в таком блоке, аналогичной взаимосвязи между цилиндрами обычного двигателя, все поршни которого шатунами соединены с единым коленчатым валом, нет. Следовательно, в такой блок могут быть объединены самые разнообразные по диаметру, размерам, мощности и т.п. одноцилиндровые электроагрегаты, причем возможна единовременная работа лишь части из них при выключенной или даже просто физически изъятой из такого блока другой части. Такое варьирование отразится лишь на электроэнергетических характеристиках блока предлагаемых электроагрегатов, т.е. на вырабатываемом ими электрическом сигнале, что является важным их преимуществом. Как известно, снижение шума и вибрации в источнике возникновение - наиболее эффективный способ борьбы с ними. Основными источниками шума в прототипе являются: 1) движение поршней в цилиндре (цилиндрах) двигателя; 2) работа вспомогательных систем (питания, смазки, выпуска отработанных газов и т.д.); 3) движение всех вращающихся и качающихся деталей; 4) движение деталей линейного генератора (отдельного от ДВС). У предлагаемого электроагрегата имеются в наличии только первые два основных источника шума из перечисленных. То же самое следует сказать и о вибрации. Предлагаемая взаимосвязь совокупности структурных элементов электроагрегата обеспечивает его работоспособность. Предлагаемая конструкция впускного клапана системы питания обеспечивает его работу в необходимом режиме (прекращение впуска горючей смеси внутрь цилиндра при избыточном давлении в нем). Оригинальная конструкция стартера позволяет осуществлять запуск электроагрёгата. Наличие электрической изоляции предотвращает замыкание статора и ротора, а также предотвращает распространение электрического потенциала по металлическим деталям электроагрегата. Фиг. 1-4 иллюстрируют работу карбюраторного электроагрегата Абракитова В.Э. в различных режимах его работы; фиг.5 - работу впускного клапана 1 системы питания: фиг.1 - стартовое положение (непосредственно перед запуском); фиг.2 - запуск электроагрегата (первый такт сжатия); фиг.3 - такт рабочего хода (поршень в нижней мертвой точке); фиг.4 - такт сжатия (типовой, поршень в верхней мертвой точке); фиг.5 - впускной клапан (разрезы в тактах рабочего хода и сжатия, вид сверху, вид снизу). На фиг.1-4 показан цилиндр с "начинкой" в разрезе, электрическая схема подключения элементов электроагрегата (объекты изобретения), стрелками показаны направления движения горючей смеси и ее компонентов, смазочного материала, отработанных газов к блокам структурных элементов электроагрегата (не являющихся объектами изобретения), приведенным в виде условных обозначений. Карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э. содержит: систему питания, состоящую из впускного клапана 1, к которому через карбюратор 2 подключен топливный насос 3 с электроприводом и другие элементы указанной системы 4 (воздухозаборник, фильтр очистки воздуха, топливный бак, топливный фильтр, трубопроводы - на фиг.1-4 не показаны); впускной клапан 1 установлен на верхнем основании (крышке) 5 неподвижного цилиндра 6, изготовленного из ферромагнитных материалов, в котором имеется внутренняя полость 7, где находится подвижный поршень 8, имеющий магнитную систему (изготовленный например, из магнитного материала), с установленными на нем поршневыми кольцами 9 из диэлектрического материала, например, керамики; выпускное окно 10 в боковой стенке цилиндра 6, к которому через входной патрубок 11 подключены другие элементы системы выпуска отработанных газов (глушитель, выпускная труба и т.п. - на фиг.1-4 не показаны) 12, нижнее основание (крышку) 13 цилиндра 6, где имеется отверстие 14 с находящейся в нем газо- и маслонепроницаемой прокладкой 15, куда извне цилиндра 6 вставлен шток стартера-толкателя 16 в виде металлического стержня длиной не менее разности расстояния от верхней мертвой точки поршня 8 до наружной поверхности нижнего основания (крышки) 13 цилиндра 6 и высоты поршня 8, с возможностью его выдвижения во внутреннюю полость 7 под воздействием внешней механической ("стартовой") энергии; гибкий трос-ограничитель 17, связывающий (механически) поршень 8 с электрическим выключателем 18, установленным на нижнем основании (крышке) 13 цилиндра 6, причем выключатель 18 при ненатянутом тросе-ограничителе 17 разомкнут (декоммутирован) при натянутом коммутирован и электрически подсоединен между преобразователем 19 системы зажигания и свечой зажигания 20, которая установлена в верхнем основании (крышке) 5 цилиндра 6; закрепленную на нижнем основании (крышке) 13 цилиндра 6 упругую пружину 21; имеющиеся там же (на основании 13) углубление с отверстием 22, к которому подключены: входной патрубок системы выпуска отработанных газов 23 (который наряду с входным патрубком 11 подключен также к другим элементам системы выпуска отработанных газов 12) и входной патрубок системы смазки 24, который через маслоотстойник и другие элементы системы смазки (на фиг. 1-4 не показаны) 25 подключен к масляному насосу 26 с электроприводом, который в свою очередь подключен к отверстию с форсункой для впрыска смазочных материалов 27, расположенному на боковой стенке цилиндра 6 на уровне ниже нижней мертвой точки поршня 8 на 1/2 высоты поршня 8; обмотку 28 на наружной поверхности цилиндра 6, где может наводиться электродвижущая сила, с выводами в виде клемм 29 и 30, к которым электрически параллельно подсоединены потребители электрического тока, топливный 3 и масляный 26 насосы, входящие в системы литания и смазки соответственно и преобразователь системы зажигания 19, которые также могут быть коммутированы со вспомогательным источником питания 31 за счет выключателя 32. В зависимости от положения поршня 8 относительно верхнего основания 5 цилиндра 6 можно выделить следующие зоны внутренней полости 7: - камеру сгорания 7I - т.е. объем, предназначенный для сжигания горючей смеси - поршень 8 чуть ниже верхнего края выпускного окна 10, - камеру сжигания 7II - т.е., часть объема внутренней полости 7 при положении поршня в верхней мертвой точке (на фиг. 1-4 и далее в тексте - в.м.т.), т.е. объем 7I больше объема 7II и включает его в себя. - рабочий объем 7III - т.е. объем, освобождаемый поршнем 8 при перемещении от точки минимального объема (в.м.т.) к точке максимального объема (нижней мертвой точке (на фиг. 1-4 и далее в тексте - н.м.т.)); а в зависимости от положения поршня 8 относительно нижнего основания (крышки) 13 цилиндра 6: - квазикартерную полость 7IV, объем которой есть переменная величина, эквивалентен объему картера обычного двигателя. Карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э. работает следующим образом. При его запуске через впускной клапан 1 от карбюратора 2, топливного насоса 3 и других элементов системы питания 4 (аналогичных применяемым в обычных ДВС), установленный на верхнем основании (крышке) 5 цилиндра 6, в верхнюю часть внутренней полости 7 цилиндра 6 подается горючая смесь, т.е. смесь паров топлива с воздухом, в отношении, обеспечивающем ее последующее сгорание. Эта смесь готовится карбюратором 2, по своим физико-химическим свойствам идентична горючей смеси, применяемой для питания обычных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. В объеме верхней части внутренней полости 7 создается избыточное давление, выталкивающее поршень 8 с установленными на нем поршневыми кольцами 9 в положение, когда приоткрывается выпускное окно 10 в боковой стенке цилиндра 6, т.е. объем верхней части внутренней полости 7 увеличивается до объема камеры сгорания 7I и несколько превышает его. Переполнения горючей смеси камеры сгорания 7I не происходит, т.к. избыток ее удаляется через выпускное окно 10 во входной патрубок 11, оттуда в другие элементы системы выпуска отработанных газов 12, т.е. в камере сгорания 7I Находится четко определенная порция горючей смеси (фиг.1). В нижнем основании (крышке) 13 цилиндра 6 имеется отверстие 14 с находящейся в нем газои маслонепроницаемой прокладкой 15, оттуда высовывается шток стартера-толкателя 16, вернее, его верхний конец. Приложив внешнюю механическую ("стартовую") энергию к штоку стартера-толкателя 16 в виде его резкого поступательного движения вверх, посредством его выталкивают поршень 8 вверх (здесь и далее под понятием "поршень 8" подразумеваются также установленные на нем поршневые кольца 9) (фиг.2). При этом выпускное окно 10 перекрывается поршнем 8, т.е., выпуск туда избыточного давления горючей смеси прекращается, и заполнение горючей смесью внутренней полости 7 (камеры сгорания 7I) прекращается, т.к. при давлении в ней, равном или большем давлению горючей смеси на выходе из карбюратора 2 впускной клапан 1 автоматически закрывается, т.е. заполнение горючей смеси камеры сгорания 7I четко дозируется, описанным образом. Под воздействием штока стартера-толкателя 16 поршень 8 поднимается вверх, сжимая находящуюся в камере сгорания 7I горючую смесь. Когда поршень 7 войдет в в.м.т. объем камеры сгорания 7I уменьшится до объема камеры сжатия 7 II, в которой будут созданы наиболее оптимальные условия (давление, температура) для воспламенения находящейся там горючей смеси. Верхняя мертвая точка (в.м.т.) поршня 8 определяется полным натяжением гибкого троса-ограничителя 17, один конец которого закреплен на поршне 8, другой на электрическом выключателе 18 системы зажигания, который, в свою очередь, закреплен на нижнем основании (крышке) 13 цилиндра 6, причем выключатель 18 реализован таким образом, что при ненатянутом тросе 17 он выключен, а при натянутом - включен. Электрически указанный выключатель 18 подсоединен между преобразователем 19 системы зажигания и свечой 20 зажигания, установленной рядом с впускным клапаном 1 на верхнем основании (крышке) 5 цилиндра 6, и способен обеспечивать их коммутацию. Таким образом, когда поршень 8 поднимется в в.м.т., гибкий трос-ограничитель 17 натянется полностью, при этом выключатель 18 кратковременно коммутирует преобразователь системы зажигания 19 со свечой зажигания 20. Свеча 20 воспламеняет горючую смесь в камере сжатия 7II искрой и происходит ее взрыв, сопровождающийся резким расширением продуктов горения, т.е. начинается такт paбочего хода. За счет этого поршень 8 выталкивается вниз, при этом он также, воздействуя на шток стартера-толкателя 16, выталкивает его вниз. Из-за этого воздействия шток стартера-толкателя 16 опускается в стартовое положение в своем отверстии 14 в нижнем основании (крышке) 13 цилиндра 6, уплотненном газо- и маслонепроницаемой прокладкой 15, и остается в нем вплоть до последующего включения карбюраторного электроагрегата Абракитова В.Э. Акт горения (взрыва) горючей смеси происходит в в.м.т. поршня 8, т.е. в камере сжатия 7 II, с движением поршня 8 вниз объем камеры сжатия 7 II расширяется до размеров камеры сгорания 7I, при этом горение еще идет, поэтому объем камеры сгорания 7I больше объема камеры сжатия 7II и включает ее в себя. Однако по достижении поршнем 8 определенного положения, когда приоткрывается выпускное окно 10 в боковой стенке цилиндра 6, горение прекращается и туда удаляются отработанные продукты горения. Поршень 8 все еще опускается, при этом отдает всю свою кинетическую энергию поступательного движения упругой пружине 21, установленной на нижнем основании (крышке) 13 цилиндра в в квазикартерной полости 7IV. В части внутренней полости 7, объем которой значительно увеличился (объем камеры сжатия 7II плюс рабочий объем электроагрегата 7III) создается разрежение и туда опять через открывшийся впускной клапан 1 подается горючая смесь от элементов 2, 3, 4 системы питания (фиг.3). Нижняя мертвая точка (н.м.т.) поршня 8 определяется упругостью пружины 21, по ее достижении пружина 21 начинает распрямляться, отдавая всю накопленную кинетическую энергию обратно поршню 8, за счет чего он выталкивается вверх и начинается типичный такт сжатия. При этом он перекрывает выпускное окно 10, прекращая выпуск остатков отработанных продуктов горения (газов), излишнего количества горючей смеси, а также прекращается впуск новой порции, горючей смеси, за счет того, что давление ее внутри цилиндра повышается и впускной клапан 1 при этом автоматически закрывается. Дойдя до в.м.т., он (поршень 8) обеспечивает в значительно уменьшившемся объеме верхней части внутренней полости 7 (до объема камеры сжатия 7II) такое давление и температуру находящейся там горючей смеси, которые. наиболее оптимальны для ее воспламенения. Воспламенение производится свечой зажигания 20, когда поршень 8, находясь в в.м.т. полностью натягивает гибкий трос-ограничитель 17, выключатель 18 системы зажигания кратковременно коммутирует с ней преобразователь той же системы 19 (фиг.4). Происходит взрыв, сопровождающийся резким расширением газообразных отработанных продуктов горения. Поршень 8 отбрасывается назад (фиг.3), отдавая накопленную кинетическую энергию пружине 21, затем пружина 21 распрямляется и поршень 8 снова выталкивается вверх (фиг.4), что сопровождается соответственно началом и окончанием процесса удаления отработанных газов и процесса впуска новой порции горючей смеси, а также ее воспламенением свечой зажигания 20, когда поршень 8 находится в в.м.т. Указанные такты "РАБОЧИЙ ХОД" (фиг.3) и "СЖАТИЕ" (фиг.4) поочередно повторяются, для прекращения работы карбюраторного электроагрегата Абракитова В.Э. необходимо прекратить доступ горючей смеси, например, отключив топливный насос 3. Известно, что некоторая часть отработанных газов просачивается через неплотности между внутренними стенками цилиндра и поршневыми кольцами у известных поршневых двигателей. Кроме того, стенки цилиндра смазываются маслом (смазочным материалом); масло также стекает вниз. У известных поршневых двигателей эти отработанные продукты (газы и смазочное масло) попадают в картер двигателя, но у предлагаемого агрегата имеется единая агрегатная секция "Цилиндр - Картер". Объем картера обычного двигателя эквивалентен объему квазикартерной полости 7IV. Этот объем 7IV в сущности, переменная величина и ограничивается поверхностью нижнего основания поршня 8, боковыми стенками цилиндра 6 и нижним его основанием (крышкой) 13, изменяется при перемещении поршня 8. Во избежание просачивания смазочного масла и отработанных газов из квазикартерной полости 7IV наружу отверстие 14, где находится шток стартера-толкателя 16, герметически уплотнено газо- и маслонепроницаемой прокладкой 15, кроме него, в нижнем основании (крышке) 13 цилиндра 6 имеется углубление (куда стекает масло) с отверстием 22, к которому подключены входные патрубки системы выпуска отработанных газов 23 и системы смазки 24, отверстие 22 предназначено для удаления отработанного смазочного материала и газов из квазикартерной полости 7IV. Входной патрубок 23 (наряду со входным патрубком 11) подключен к другим элементам системы выпуска отработанных газов 12. Когда за счет хода поршня 8 вниз тот приоткрывает выпускное окно 10, отработанные газы устремляются во входной патрубок 11 и другие элементы системы выпуска отработанных газов 12, при этом какая-то их часть неизбежно попадает в патрубок 23, оттуда в отверстие 22 и квазикартерную полость 7IV. Это влияние не рассматривается как ухудшающее работу электроагрегата, т.к. давление отработанных газов, попавших в квазикартерную полость 7IV будет тормозить поступательное движение поршня 8 вниз, следовательно, нагрузка на упругую пружину 21 будет уменьшена. В процессе не изобретательской, а проектной работы может быть подобрано рациональное соотношение диаметров входных патрубков 11 и 23, предусмотрен в патрубке 23 специальный клапан и т.п. Таким образом решается проблема удаления газов из квазикартерной полости 7IV, (аналогично вентиляции картера в обычных ДВС): проблема удаления оттуда отработанного смазочного материала (масла) решается входным патрубком системы смазки 24, он подключен к маслоотстойнику и другим элементам системы смазки 25, обеспечивающим циркуляцию смазочного материала (жидкости) и смазку трущихся внутренних поверхностей боковых стенок цилиндра 6 и поршня 8. Конструкция масло-отстойника и других элементов системы смазки 25 аналогична конструкции адекватных элементов системы смазки обычного ДВС, масляный насос 26 подключенный к ним, имеет электропривод, как и топливный насос 3. Введение смазочной жидкости внутрь цилиндра 6 осуществляется через отверстие, снабженное форсункой для впрыска смазочных материалов 27 в боковой стенке цилиндра 6, расположенное на уровне ниже н.м.т. поршня 8 на 1/2 его высоты. Таким образом, механическая работа карбюраторного электроагрегата Абракитова В.З. заключается в чередовании тактов "Сжатия" и "Рабочий ход", аналогично тому, как это происходит в обычных двухтактных карбюраторных ДВС, с той разницей, что коленчатый вал такого ДВС заменен упругой пружиной 21, а в системы, обеспечивающие его работу, внесены изменения, связанные с отсутствием в электроагрегате коленчатого вала и отдельного элемента - картера. Механическая работа такого электроагрегата, приводящая только к возвратно-поступательным движениям поршня 8, была бы бессмысленной, если бы при этом не производилась также электрическая энергия. Линейные электрические генераторы, преобразующие механическую энергию возвратно-поступательного движения в электрическую энергию известны (Изобретения по МКИ кл. Н02 К 35/00), неизвестно именно совмещение элементов такого электроагрегата с элементами теплового двигателя с поршнями, причем один и тот же элемент выполняет одновременно две функции, являясь деталью и двигателя, и генератора. Статор линейного электрического генератора совмещен с неподвижным цилиндром 6, изготовленным из ферромагнитных материалов, на наружной поверхности которого имеется обмотка 28, где способна наводиться электродвижущая сила (ЭДС). Ротор линейного электрического генератора совмещен с подвижным поршнем 8, имеющим встроенную магнитную систему. Электрически статор и ротор разделены поршневыми кольцами 9, установленными на поршне 8 и изготовленными из диэлектрического материала, например, керамики, зазором между стенками цилиндра 6 и ними. Возможно покрытие поршня тонким слоем материала - диэлектрика и др. варианты. Предусмотрена также электрическая изоляция других частей электроагрегата, указанных в настоящем описании, во избежание распространения по ним электрического потенциала. При перемещении поршня-ротора 8 (его возвратно-поступательном движении) внутри цилиндра-статора 6, его (поршня 8) магнитной системой наводится в цилиндре-статоре 6, фактически служащем магнитопроводом, а также в обмотке 28 электродвижущая сила. Выводы с обмотки 28 имеют клеммы 29 и 30, к которым электрически параллельно подключены потребители электрической энергии, т.е. нагрузка (например, электродвигателя, освещение, производственное оборудование и т.п.), топливный насос 3, входящий в систему питания, масляный насос 26, входящий в систему смазки, и преобразователь 19 системы зажигания, который задает необходимые электрические параметры сигналу, через выключатель 18 системы зажигания поступающему на свечу зажигания 20 и служащему для воспламенения горючей смеси. Аналогично в насосах 3 и 26 подразумеваются электротехнические устройства подобного назначения. Таким образом, при работе электроагрегата он обеспечивает вырабатываемой электроанергией как потребителей, так и самого себя. При запуске электроагрегата поршень-ротор 8 перемещается вверх относительно цилиндра-статора 6 под воздействием штока стартера-толкателя 16, при этом начинает вырабатываться электроэнергия, которой достаточно для первичного воспламенения горючей смеем свечой зажигания 20. Однако для большего удобства пользования может быть предусмотрен вспомогательный источник питания 31 с выключателем 32, который обеспечивает электроснабжение топливного насоса 3, и параллельно с ним масляного насоса 26 и преобразователя системы зажигания 19 (а, соответственно, и свечи зажигания 20) в режимах "СТАРТОВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ" (фиг. 1) (цепь системы зажигания декоммутирована выключателем 18) и "ЗАПУСК" (фиг.2) (цепь системы зажигания коммутирована выключателем 18). Вспомогательный источник питания 31 в типовых тактах "РАБОЧИЙ ХОД" (фиг.3)и "СЖАТИЕ" (фиг.4) отключен за счет декоммутациивыключателя 32. Поскольку предлагаемый карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э. существенно проще известных электроагрегатов (по А.с 1073853 и др.), а также известных ДВС, его реализация сложности не вызывает. Впускной клапан 1 системы питания реализован таким образом, чтобы при давлении горючей смеси на входе большем, чем давление во внутренней полости 7 цилиндра 6 он был открыт (обеспечивал впуск горючей смеси), при меньшем - закрыт (не обеспечивал). Это достигается его выполнением в отверстии с настоящим описанием. Карбюратор 2 и другие элементы системы питания 4 могут быть заимствованы из известных систем питания обычных ДВС, топливный насос 3 с электроприводом также может иметь известную конструкцию. Отличие в системе выпуска отработанных газов от аналогичных известных систем обычных ДВС состоит лишь во входных патрубках 11 и 23, подключенных соответственно к выпускному окну 10 и отверстию 22 другие элементы системы выпуска отработанных газов 12 также заимствуются из известных конструкций ДВС. Отличие в системе смазки состоит во входном патрубке 24, подключенном к отверстию 22, впрыске смазочных материалов в жидком виде через отверстие 27, снабженное форсункой, в боковой стенке цилиндра 6, причем циркуляция смазочного материала (масла) через другие, также известные по конструктивному решению элементы системы смазки и маслоотстойник 25 обеспечивается за счет масляного насоса 26, который, аналогично топливному насосу 3, также может иметь известную конструкцию, и обязательно обладает электроприводом. Выключатель 18 и свеча зажигания 20 также известны [Политехнических словарь / Под ред. Артаболевского И.И. М.: Сов. энциклопедия. - С. 92, 442]. Преобразователь 19 (аналог катушки зажигания), задающий необходимые электрические параметры электрическому сигналу, поступающему на свечу 20 (напряжение на ее центральном электроде - 4-12 кВ) есть несложное электротехническое решение. Добавочно карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э. может быть оснащен известной системой охлаждения, с соблюдением требований ее электрической изоляции, но используемый в ней вентилятор, насос и т.п. обязательно должен иметь электропривод и подключен аналогично топливному 3 и масляному 26 насосам. Поршень 8, имеющий встроенную магнитную систему, в простейшем случае изготавливается из магнитных материалов (шили же устраивается аналогично роторам линейных генераторов со встроенными обмотками и т.п.), поршневые кольца 9 изготавливаются из диэлектрических материалов (Известны детали двигателей или даже полностью керамические двигатели, огнеупорная облицовка космических кораблей "Буран" и "Шаттл" из керамики и др.). Возможно также покрытие поршня 8 тонким слоем диэлектрического материала и другие варианты изоляции статора от ротора. С той же целью упругая пружина 21 и гибкий тросограничитель изготавливаются из диэлектрических материалов или имеют электронепроводящие узлы крепления к нижнему основанию (крышке) 1 цилиндра 6 и поршню 8 соответственно во избежание замыкания ротора и статора. Также должны быть соблюдены другие требования по электрической изоляции, указанные в настоящем описании. Верхнее 5 и нижнее 13 основания (крышки) цилиндра 6 эквивалентны крышке блока цилиндров и картеру обычного ДВС, могут быть изготовлены из металла аналогично им; должны быть съемными для обеспечения доступа во внутреннюю полость 7 цилиндра 6, например, для очистки ее от гари, ремонта или замены поршня 8. Желательно электрическое разъединение оснований (крышек) 5 и 13 от цилиндра 6, например, за счет установки между ними и цилиндром 6 прокладки (прокладок) из диэлектрического материала. Цилиндр 6, являющийся статором линейного электрического генератора, фактически является магнитопроводом - частью электротехнического устройства, изготовлен из ферромагнитного материала (к которому также относится сталь, обычно применяемая при изготовлении цилиндров обычных ДВС) и предназначен для увеличения магнитного потока, его концентрации в определенной части устройства (обмотке 28) и придания магнитному полю желаемой конфигурации, что достигается подбором необходимой толщины стенок цилиндра 6 и т.п. Карбюраторный электроагрегат Абракитова В.Э. имеет явные преимущества перед известными электроагрегатами, содержащими тепловой поршневой двигатель, характеризуется весьма оригинальной и несложной конструкцией и найдет очень широкое промышленное применение.

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Abrakitov Volodymyr Eduardovych

Автори російською

Абракитов Владимир Эдуардович

МПК / Мітки

МПК: H02K 35/00

Мітки: електроагрегат, карбюраторний

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/12-21251-karbyuratornijj-elektroagregat.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Карбюраторний електроагрегат</a>

Подібні патенти