Пневматичний двигун

Корисна модель відноситься до двигунів, що використовують енергію стиснених газів, і може бути використана переважно в транспортних засобах. Відомий пневматичний двигун [пат, США 4311084, кл. F01L33/02, від 1982р.], що містить не менш, ніж два циліндри з впускними і нагнітальними порожнинами. В порожнині кожного циліндра з можливістю зворотнопоступального руху розміщений поршень. Рух поршня здійснюється за допомогою колінчастого валу. Надходження робочого газу в циліндр під час робочого циклу і вихід його в атмосферу під час ви хлопного циклу регулюються електромагнітними клапанами впускним і випускним відповідно. Як і запропонована корисна модель, відомий пневматичний двигун містить циліндр з впускною і нагнітальною порожнинами, в якому з можливістю зворотно-поступального руху розміщений поршень, з'єднаний з колінчастим валом та сполучений через впускний і випускний клапани з ємністю для стисненого повітря і атмосферою відповідно. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є те, що для роботи двигуна крім стисненого газу потрібна ще електрична енергія для керування роботою електромагнітних клапанів. Наявність джерела електричної енергії ускладнює і удорожчує конструкцію двигуна. Прототипом вибраний пневматичний двигун [пат. України 62513 А. кл. F02B43/00, від 2003p.], що містить одні чи декілька циліндрів, в кожному з яких з можливістю зворотно-поступального руху розміщений поршень, зв'язаний з кривошипно-шатунним механізмом, сполучену з порожниною циліндра нагнітальну порожнину, впускну порожнину, відділену від нагнітальної порожнини стійкою, в якій встановлений впускний клапан, зв'язаний за допомогою штока з поршнем, ємність для стисненого газу, сполучена з впускною порожниною через вентиль і редуктор. Двигун має також додаткову порожнину змінного об’єму, сполучену отвором з нагнітальною порожниною, одну чи декілька відповідно кількості циліндрів. Як і запропонована корисна модель, прототип містить циліндр, в якому з можливістю зворотно-поступального руху розміщений поршень, з’єднаний з кривошипно-шатунним механізмом, розміщену в порожнині циліндра нагнітальну порожнину, з'єднану отвором з додатковою порожниною змінного об'єму, вп ускну порожнину, відділену від нагнітальної порожнини стінкою, в якій встановлений впускний клапан, зв'язаний за допомогою штока з поршнем, ємність для стисненого газу, сполучену з впускною порожниною за допомогою вентиля і редуктора. І випускний отвір. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату є непродуктивні витрати енергії руху поршня під час гальмування, що призводить до неповного використаним енергії руху поршня і як наслідок, до зменшення КПД пневматичного двигуна. Задачею, на вирішення якої спрямована запропонована корисна модель, є створення пневматичного двигуна з підвищеним КПД. Технічний результат, який може бути отриманні при використанні запропонованої корисної моделі, полягає в збільшенні КПД пневматичного двигуна за рахунок накопичення стисненого газу в додатковій ємності для стисненого газу під час гальмування транспортного засобу і використання його для продовження руху транспортного засобу при повному використанні стисненого газу основної ємності. Суть корисної моделі полягає в тому, що в пневматичному двигуні, що містить циліндр, в якому з можливістю зворотно-поступального руху розміщений поршень, з'єднаний з кривошипно-шатунним механізмом, розміщену в порожнині циліндра нагнітальну порожнину, з’єднану отвором з додатковою порожниною змінного об’єму, впускну порожнину, відділену від нагнітальної порожнини стінкою, в якій встановлений впускний клапан, зв’язаний за допомогою штока з поршнем, ємність для стисненого газу, сполучену з впускною порожниною за допомогою вентиля і редуктора, і випускний отвір, є додаткова ємність для стисненого газу, сполучена з впускною порожниною за допомогою вентиля і редуктора. Запропонована корисна модель відрізняється від прототипу тим, що двигун містить додаткову ємність для стисненого газу, сполучену з впускною порожниною за допомогою вентиля і редуктора. Між суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі і технічним результатом, якого можна досягти при її використанні, існує такий причинно-наслідковий результат. Підключення до впускної порожнини через редуктор і вентиль додаткової ємності для стисненого газу здійснює можливість роботи двигуна в режимі компресора. При роботі в такому режимі під час гальмування транспортного засобу має місцезасмоктування і стискання за рахунок енергії руху поршня повітря з атмосфери, яке у стисненому вигляді надходить в додаткову ємність для стисненого газу. Стиснений газ, що накопичується в додатковій ємності, може бути використаний для продовження руху транспортного засобу при повному використанні стисненого газу основної ємності. На Фіг.1, 2 зображена принципова схема запропонованої корисної моделі в режимі роботи - пневматичний двигун, на Фіг.3, 4- в режимі роботи - компресор. Пневматичний двигун містить ємність для стисненого газу 1, з’єднану за допомогою вентиля 2 і редуктора 3 трубопроводом 4 з впускною порожниною 5. Двигун містить нагнітальну порожнину 6, відділену від впускної порожнини 5 стінкою, в якій встановлений впускний клапан 7. Нагнітальна порожнина 6 сполучена з додатковою порожниною 8, що має змінний об'єм, отвором 9. Регулювання об'єму додаткової порожнини 8 здійснюється за допомогою поршня 10. Двигун містить циліндр 11, в якому з можливістю зворотно-поступального руху розміщений поршень 12, сполучений з кривошипом 13 та шатуном 14. Впускний клапан 7 кінематично зв'язаний з вільним кінцем штока 15, який консольно закріплений на поршні 12. Циліндр 11 сполучений отвором 16 з атмосферою. Впускний клапан 7 при роботі взаємодіє з пружиною 17. Впускна порожнина 5 з'єднана через редуктор 18 і вентиль 19 трубопроводом 20 з додатковою ємністю 21 для стисненого газу. Рух транспортного засобу здійснюється за допомогою коліс 22. Робота пристрою здійснюється за одне обертання колінчастого вала 13 із здійсненням трьох циклів: впуск стисненого газу, робочий хід і вихлоп. До початку роботи двигуна за допомогою поршня 10 встановлюють об'єм додаткової порожнини 8 таким, що складаючись з об'ємом нагнітальної порожнини 6, він забезпечує заданий режим роботи двигуна. При необхідності замінити стиснений газ чи режим роботи двигуна (потужність, кількість обертів чи витрати газу) за допомогою поршня 10 встановлюють інший об'єм додаткової порожнини 8. Впуск стисненого газу (Фіг.1, 2, 3 і 4) від ємності для стисненого газу 1 здійснюється при відкритому вентилі 2 і закритому вентилі 19. Стиснений газ через редуктор 3 і трубопровід 4 надходить до впускної порожнини 5 завдяки обертанню кривошипно-шатунного механізму 13-14, який передає поршню 12 поступовий рух. Поршень 12 поблизу "мертвої точки", не досягаючи до неї 1,5мм при русі вгор у за допомогою штока 15 відчиняє впускний клапан 7. При цьому стиснений газ з впускної порожнини 5 надходить до нагнітальної порожнини 6 і через отвір 9 - до додаткової порожнини 8, заповнюючи їх. При обертанні коліс 22 ї обертанні кривошипно-шатунного механізму 13-14. коли шток 15 не відкриває впускний клапан 7, його впускний отвір за допомогою пружини 17 закривається, а поршень 12 опускається вниз, надходження стисненого газу з ємності 1 через трубопровід 4 припиняється, бо клапан 7 закритий і стиснений газ не надходить до нагнітальної порожнини 6. Робочий хід поршня 12 здійснюється за рахунок різниці тиску над ним і під ним, тобто за рахунок розширення газу, що знаходиться в нагнітальній порожнині 6. При цьому поршень рухається від верхньої "мертвої" точки до нижньої, від положення А до положення Б. Енергія робочого хода поршня 12 використовується для створення корисної роботи і повертання поршня 12 у вихідне положення із створенням незначного стиснення. При наближенні поршня 12 до нижньої "мертвої" точки герметичність циліндра 11 порушується завдяки отвору 16, через який частина газу, що не розширилась, виходить до атмосфери, тобто здійснюється вихлоп. При роботі пневматичного двигуна в режимі компресор (Фіг.3, 4) поршень 10 переміщують вниз, при цьому об'єм нагнітальної порожнини 8 мінімальний, він наближається до нульового значення. Вентиль 2 закривають, стиснений газ від ємності 1 не надходить. Вентиль 19 відкривають для надходження стисненого газу в ємність 21. При гальмуванні транспортного засобу приводом від коліс 22 здійснюється обертання кривошипно-шатунного механізму 13-14, який переміщує поршень 12 з верхньої "мертвот" точки в нижню, При цьому при русі поршня 12 до випускного отвору 16 над поршнем 12 створюється розрядженим, При подальшому переміщенні поршень 12 відкриває впускний отвір 16 і створює умови для надходження в порожнину циліндра 11 атмосферного повітря (за рахунок різниці атмосферного тиску і тиску в порожнині циліндра). При подальшому переміщенні поршня 12 в бік верхньої "мертвої" точки впускний отвір 16 закривається і в порожнині циліндра 11 здійснюється стиснення повітря. Через відкритий клапан 7 стиснене повітря через трубопровід 20 надходить до ємності 21. При русі поршня 12 з верхньої "мертвої" точки до нижньої клапан 7 закривається і цикл повторюється. При закінченні стисненого газу в ємності 1 для живлення пневматичного двигуна використовують стиснений газ з ємності 21. Це здійснюють таким чином. Закривають вентилі 2 і 19 ємностей для стисненого газу 1 і 21 відповідно, поршень 10 переміщують в положення, при якому забезпечується оптимальні параметри роботи двигуна. Для переходу в режим роботи пневматичного двигуна від ємності для стисненого газу 21 достатньо відкрити вентиль 19 і цикл роботи в режимі пневматичного двигуна повторюється (Фіг.1-2).