Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_334
.pdf
экономичных условиях с точки зрения скорости и крутящего момента, а также получение бесступенчатой
передачи с передаточным отношением 1/5, специально адаптированной для использования на
автотранспортных средствах более тяжелого типа.
Согласно данному изобретению, воздух сжимается с помощью двигателя внутреннего сгорания, а воздух
после выхода из компрессора нагревается выхлопными газами двигателя и подается через дроссельную
заслонку к пневматическим двигателям соответствующего типа, при этом работа двигателя внутреннего
сгорания автоматически регулируется давлением воздуха. Воздушный компрессор предпочтительно имеет
один цилиндр, который расположен между двумя цилиндрами двигателя внутреннего сгорания, и компрессор
приводится в действие этим двигателем через коленчатый вал с расположенными друг напротив друга
кривошипами, так что обе возвратно-поступательные массы практически уравновешены. Цилиндр
компрессора предпочтительно снабжен двумя поршневыми клапанами, которые управляют впускными
патрубками. Имея разные эффективные площади, клапан, управляющий большим патрубком, работает с
обычным временем открытия, в то время как клапан, управляющий меньшим патрубком, имеет регулируемое
время открытия, при этом клапаны удобно расположены таким образом, чтобы совершать противоположные
движения для уравновешивания друг друга. Время открытия впускных клапанов компрессора, а также
нагрузка на двигатель могут быть отрегулированы таким образом, чтобы при любом заданном давлении в
ресивере крутящий момент уменьшался с уменьшением скорости и возрастал с увеличением скорости, что
позволяет двигателю внутреннего сгорания использовать более высокую степень сжатия, чем это было бы
возможно в противном случае, и всегда работать в наиболее экономичных условиях с точки зрения крутящего
момента и скорости.
Устройство также обеспечивает автоматическое ограничение скорости вращения комбинированного
двигателя и компрессора мощностью 55 л.с. Желательно предусмотреть в двигателе запорные впускные
клапаны с поздним закрытием и обеспечить запорные впускные клапаны компрессора. В некоторых случаях
после того, как отработанные газы двигателя используются для нагрева воздуха, поступающего к компрессору
через пневматические двигатели, тепло этих газов используется для генерации пара, который подается в
сжатый и нагретый воздух до того, как он поступит в пневматические двигатели. Пар служит для стабилизации
температуры и повышения эффективности работы двигателей.
Таким образом, изобретение представляет собой форму пневматической передачи, в которой тепло 70
продуктов сгорания двигателя используется для повторного нагрева воздуха от компрессора, при этом
конечная температура воздуха может регулироваться, а некоторое дополнительное тепло, которое в
противном случае было бы потеряно, может быть восстановлено путем добавления небольшого количества
влажного пара, который, как уже упоминалось, может быть добавлен к воздуху после повторного нагрева.
После того как продукты сгорания двигателя прошли через воздухонагреватель, эти газы все еще содержат
большое количество тепла при температуре, которая слишком низка, чтобы быть полезной для повторного
нагрева воздуха, но тем не менее достаточна для преодоления скрытой теплоты испарения воды и для
образования значительного количества пара. Двигатель и компрессор сконструированы и расположены таким
образом, что они дополняют друг друга, а нагрузка регулируется так, чтобы двигатель всегда и при любых
условиях работал с наиболее экономичным соотношением крутящего момента и скорости и не подвергался
резким изменениям скорости или нагрузки.
Изобретение может быть реализовано различными способами, но следующие могут быть приведены в
качестве примера общих особенностей конструкции, которая может быть применена на практике.
Устройство включает в себя комбинированный компрессор двигателя и подогреватель, причем последний
образован выпускным коллектором двигателя. Если тепло от выхлопных газов используется для выработки
пара, в выхлопной трубе размещается спираль из трубок, которая представляет собой парогенератор.
Желательно предусмотреть небольшой воздушный ресивер.
Компрессорный агрегат удобно имеет три цилиндра, два из которых являются рабочими цилиндрами
двигателя внутреннего сгорания, а третий цилиндр представляет собой воздушный компрессор. Поршни в
двух рабочих цилиндрах совершают возвратно-поступательное движение и соединены с расположенными
аналогично кривошипами, в то время как третий кривошип, расположенный под углом 180° и удобно
расположенный между двумя кривошипами рабочих поршней, соединен с поршнем пневматического
цилиндра. Если вес поршня пневматического цилиндра равен весу двух рабочих поршней, то первичная
балансировка практически идеальна, как это было бы в четырехцилиндровом двигателе. Поскольку воздух
сжимается во время каждого такта сгорания двигателя, крутящий момент практически равен и
противоположен по направлению, и единственная внешняя реакция крутящего момента обусловлена
мгновенной разницей давлений между газами в рабочем и сжимающем цилиндрах, причем эти разницы
относительно невелики. Кроме того, исключается любая тенденция к крутильным колебаниям коленчатого
вала, поскольку крутящий момент всегда передается с одной из сторон к центру коленчатого вала:
За исключением небольших вторичных возмущающих сил, двигатель практически полностью сбалансирован
не только по отношению к своим возвратно-поступательным массам, но и по отношению к крутящему
моменту, отдаче и крутильным колебаниям.
Исследования показали, что эффективность двигателя определяется его склонностью к детонации, которая
ограничивает используемую степень сжатия. Детонация становится заметной и проблематичной, когда
двигатель развивает максимальный крутящий момент на низких оборотах. В данном устройстве работа
компрессора регулируется таким образом, что нагрузка автоматически снижается по мере падения скорости,
что позволяет использовать значительно более высокое соотношение сжатия и, следовательно, более
высокий термический КПД. Как уже упоминалось, впускные клапаны с поздним закрытием используются как в
цилиндрах WoltIcingi 70, так и в цилиндрах с компрессорным приводом, что позволяет получить
характеристику кривой нарастающего крутящего момента в обоих цилиндрах.
Пневматический цилиндр снабжен двумя поршневыми клапанами, а именно большим клапаном, который
открывается и закрывается в нормальные моменты времени, и малым клапаном, который управляет
запорными отверстиями и открывается в переменный момент времени во время такта всасывания и
закрывается в переменные моменты времени во время такта сжатия. Благодаря тому, что один клапан
открывается при движении вверх, а другой — при движении вниз, эти относительно тяжелые
возвратно-поступательные детали могут уравновешивать друг друга. 85 Важно, чтобы после сжатия
температура воздуха поддерживалась на уровне, близком к температуре сжатия. Разместив указанный
пневматический цилиндр между двумя рабочими цилиндрами под углом 90 градусов, можно расположить
клапаны таким образом, чтобы воздух, выходящий из нагнетательного клапана компрессора, сразу же
попадал в горячие выпускные патрубки и оттуда непосредственно в подогреватель. «Благодаря такой
конструкции можно исключить потери тепла между сжатием и последующим нагревом воздуха».
Подогреватель может быть сконструирован 100 различными способами и, по сути, представляет собой
выпускной коллектор с воздушной рубашкой, конструкция которого позволяет передавать необходимое
количество тепла от выхлопных газов к сжатому воздуху.] (15. Если используется пар, генератор может
удобно представлять собой спираль из тонкостенной стальной трубки, размещенную внутри выхлопной
трубы. Предпочтительно размещать этот генератор в таком месте, где отработанные газы будут проходить
над ним после того, как эти газы отдадут тепло сжатому воздуху.
Вода закачивается в один конец змеевика парогенератора, а пар выходит с другого конца и затем поступает в
1 1! 5 Трубка, подающая воздух к двигателям в точке, удобно расположенной рядом с воздухонагревателем.
Предпочтительно не использовать клапаны и не осуществлять прямого регулирования подачи воды к катушке
генератора, поскольку конструкция 120 такова, что вода подается к катушке только тогда, когда двигатель
работает под достаточно большими нагрузками.
Если пар, образующийся таким образом, поступает в воздух после выхода из нагревателя, он выполняет три
функции. Во-первых, его высокая удельная теплоемкость (173 338) делает его очень полезным средством для
контроля температуры воздуха и предотвращения ее достижения уровня, который может создать проблемы
для смазки пневматических двигателей. Таким образом, это служит для контроля температуры. Во-вторых,
пар представляет собой небольшое, но тем не менее существенное дополнение к общей энергии,
содержащейся в воздухе, и поскольку он получен из тепла, температура которого слишком низка, чтобы
использовать его для повторного нагрева воздуха, его вклад в общую энергию является положительным.
В-третьих, когда пневматические двигатели работают со значительным расширением, как это происходит,
например, в случае с транспортным средством с двигателем внутреннего сгорания при движении по ровной
поверхности, температура воздуха во время расширения значительно падает ниже точки кипения воды, в
результате чего часть пара конденсируется и, таким образом, отдает часть своей скрытой теплоты, поднимая
тем самым заключительную часть кривой расширения двигателей от адиабатического до почти
изотермического режима.
Таким образом, добавление пара вносит ценный прямой вклад в выходную мощность, одновременно
выступая в качестве стабилизатора температуры и представляя собой ценный механический эффект. Кроме
того, при определенных обстоятельствах это повысит эффективность пневматических двигателей.
Может использоваться один или несколько пневматических двигателей, при этом каждый двигатель, что
удобно, представляет собой трехцилиндровый одностороннего действия.
Ввиду высокой температуры воздуха предпочтительно использовать тарельчатые клапаны в сочетании со
скользящим кулачковым валом или аналогичным устройством, позволяющим регулировать запор и
осуществлять реверсирование. Желательно, чтобы рабочий объем пневматического двигателя или
двигателей был примерно на 50% больше, чем объем цилиндра воздушного компрессора, а отсечка в
двигателях должна быть выполнена таким образом, чтобы степень расширения составляла от двух к одному
до восьми к одному.
При применении изобретения к дорожному транспортному средству желательно использовать два
независимых пневматических двигателя, расположенных снаружи боковых элементов рамы, причем каждый
двигатель должен приводить в движение одно из задних колес. В этой волнообразной конструкции
неподрессоренная масса задней оси транспортного средства может быть значительно уменьшена (55%), а
вся внутренняя часть рамы останется свободной. Поскольку задняя ось может представлять собой простую
стальную трубу, и в конструкции не будет коробки передач или центрального карданного вала, кузов
автомобиля можно опустить на несколько дюймов ниже, чем у обычного типа шасси, и центр тяжести всего
автомобиля можно будет поддерживать на низком уровне.
Регулировка скорости может осуществляться с помощью дроссельной заслонки на подаче воздуха, ведущей к
двигателям (6)5; в случае дорожного транспортного средства эта дроссельная заслонка управляется ногой.
Выключение и реверсирование могут контролироваться с помощью рычага, соответствующего обычному
рычагу переключения передач.
1)
Конструкция такова, что после запуска управление двигателем полностью автоматическое. Дроссельная
заслонка двигателя сконструирована таким образом, чтобы управляться поршнем или другим удобным
механизмом, который регулируется давлением воздуха и приводит к полному открытию дроссельной
заслонки, когда давление воздуха в системе падает до одного из заданных значений, а также к ее закрытию,
когда это давление достигает другого заданного предела. Таким образом, нижнее давление, например, может
составлять около 110 фунтов, в то время как верхнее давление, которое приведет к закрытию дроссельной
заслонки, может составлять, например, около 8,5 фунтов.
Важной особенностью является регулировка относительных характеристик крутящего момента двигателя и
компрессора. Компрессор должен иметь возрастающий крутящий момент 90° на протяжении всего рабочего
диапазона, в то время как двигатель должен иметь возрастающий крутящий момент до, скажем, 900 или 1000
оборотов в минуту, после чего его крутящий момент должен нормально снижаться. Если дроссельная
заслонка открыта на 95 градусов, двигатель будет набирать обороты до тех пор, пока крутящий момент не
уравновесится, после чего скорость вращения двигателя не сможет увеличиться, если не произойдет потеря
давления воздуха в системе.
Когда двигатель работает на низких оборотах, например, когда низкоскоростной автомобиль движется по
ровной дороге, давление воздуха в системе повышается, в результате чего дроссельная заслонка
закрывается до тех пор, пока двигатель не начнет работать на сравнительно низкой скорости и, скажем,
примерно на 105 оборотах в минуту (половина крутящего момента). Если, например, двигатель
сконструирован таким образом, чтобы диапазон мощности составлял шесть к одному, от 500 оборотов в
минуту при половинном крутящем моменте до 1500 оборотов в минуту при полном крутящем моменте, то при
таком соотношении крутящего момента и скорости вращения становится возможным поддерживать высокую
эффективность в этом диапазоне. Следует отметить, что двигатель никогда не будет работать на высоких
оборотах с малым открытием дроссельной заслонки w5, что неэффективно, а также на низких оборотах 11,5 с
большим крутящим моментом, что вызывает детонацию и препятствует использованию высокой степени
сжатия.
Поршень или другое устройство, управляемое давлением воздуха, сконструировано таким образом, чтобы
приводить в действие предохранительный клапан на питательном насосе, подающем воду в парогенератор,
так что вода будет подаваться в генератор только тогда, когда дроссель, например, открыт более чем
наполовину. 125 Когда давление воздуха в системе составляет 173. Значение SaS превышает заданный
предел, например, 140 фунтов, как, например, когда автомобиль стоит на месте, дроссельная заслонка
перемещается в положение медленного вращения, и нагрузка на компрессор снижается путем вращения или
иной регулировки небольшого впускного клапана компрессора, в результате чего порт, управляемый этим
клапаном, будет открыт на протяжении большей части или всего такта сжатия. Для обеспечения точного
регулирования крутящего момента воздушного компрессора может быть целесообразно организовать
регулировку небольшого впускного клапана компрессора одновременно с открытием или закрытием
дроссельной заслонки двигателя. Если, как предпочтительно, используется поршневой клапан, его отсечка
может быть наклонена, а точка отсечки может изменяться путем вращения клапана каким-либо известным
способом.
Поршень, приводимый в действие давлением воздуха, таким образом, расположен таким образом, чтобы
автоматически регулировать открытие дроссельной заслонки, отключение подачи воздуха в компрессор и
подачу воды в генератор. Желательно предусмотреть ручное управление дроссельной заслонкой двигателя,
чтобы обеспечить возможность ее закрытия при запуске и предотвратить форсирование двигателя в случае
случайной потери давления в системе.
Следует отметить, что в данной системе не планируется хранение энергии, однако может быть
целесообразно предусмотреть небольшой воздушный ресивер достаточной емкости для удовлетворения
внезапных потребностей и, таким образом, предотвращения резких изменений нагрузки на двигатель.
Приемник следует подключать параллельно, а не последовательно с системой вентиляции, поскольку он
содержит холодный воздух. Ресивер имеет удобную конструкцию таких размеров, чтобы вмещать более чем
достаточно воздуха для запуска двигателя в холодном состоянии в любое время.
Детали конструкции могут быть изменены по мере необходимости в соответствии с целью, для которой
используется изобретение. Как уже упоминалось, изобретение в большей степени предназначено для
использования на автотранспортных средствах, но очевидно, что оно может быть использовано и другими
способами и модифицировано в соответствии с требованиями. Например, двигатель и компрессор могут
иметь большее количество цилиндров, чем это более подробно предусмотрено и указано выше, а также
может быть предусмотрено и использовано различное количество пневматических двигателей для привода
отдельных механизмов.
Датировано 5 октября 1920 года.
Компания KILBURN & STRODE, агенты заявителя.
Полная спецификация..-
Усовершенствования в сфере передачи электроэнергии или связанные с ней.
Я, Гарри Ральф Рикардо, подданный Великобритании, проживающий по адресу: Саффолк-стрит, 21,
Палл-Малл, Лондон, юго-западный Лондон, настоящим заявляю о природе данного изобретения и о способе
его осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к передаче мощности, например, на колеса дорожного транспортного
средства; и имеет особое отношение к устройствам, в которых пневматические двигатели питаются воздухом
от компрессора, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания, при этом тепло от выхлопных
газов двигателя используется для нагрева сжатого воздуха на выходе из компрессора. В таком устройстве
было предложено установить цилиндр компрессора между двумя цилиндрами двигателя, чтобы образовать
единый узел. 4. Целью настоящего изобретения является усовершенствование аппаратов данного типа, а
также стабилизация температуры и повышение эффективности пневматических двигателей. Устройство
согласно настоящему изобретению включает в себя комбинацию из 85 одного или нескольких блоков, каждый
из которых содержит цилиндр воздушного компрессора, расположенный между двумя цилиндрами двигателя
внутреннего сгорания, и парогенератора, в котором тепло от продуктов сгорания двигателя используется 90
для генерации пара, который подается в сжатый и нагретый воздух, поступающий к пневматическим
двигателям.
Метод повышения эффективности пневматических двигателей путем смешивания пара с 95% сжатого
воздуха сам по себе не является новым и ранее применялся в аппаратах других типов, в которых цилиндр
компрессора расположен тандемом с цилиндром двигателя. В одном из таких случаев два конца одного
цилиндра используются в качестве цилиндра компрессора и двигателя; этот цилиндр установлен в
резервуаре, нижняя часть которого содержит воду для охлаждения, а верхняя часть используется для
хранения сжатого воздуха, который таким образом насыщается паром из охлаждающей воды. В другой
подобной конструкции поршни двигателя и компрессора 173,33S жестко соединены между собой, а
охлаждающая вода распыляется в пространство между поршнями, после чего пар от этой воды смешивается
со сжатым воздухом.
Таким образом, изобретение представляет собой форму пневматической трансмиссии, в которой тепло
отработанных газов двигателя используется для повторного нагрева воздуха от компрессора, при этом
конечная температура воздуха может регулироваться, а некоторое дополнительное тепло, которое в
противном случае было бы потеряно, может быть восстановлено путем добавления небольшого количества
влажного пара, который добавляется к воздуху после повторного нагрева. После прохождения отработавших
газов двигателя через воздухонагреватель эти газы все еще содержат большое количество тепла при
температуре, которая слишком низка для повторного нагрева воздуха, но тем не менее достаточна для
преодоления скрытой теплоты испарения воды и образования значительного количества пара.
Давление воздуха, подаваемого компрессором 2.5, может быть использовано для управления двигателем
внутреннего сгорания, подачи воздуха в компрессор и подачи воды в парогенератор. Цилиндр компрессора
предпочтительно снабжен двумя клапанами, управляющими входными патрубками с различными
эффективными площадями, причем клапан, управляющий большим патрубком, работает с обычным
временем открытия, а клапан, управляющий меньшим патрубком, имеет регулируемое время открытия,
причем клапаны удобно расположены таким образом, чтобы совершать возвратно-поступательные движения
в противоположных направлениях для балансировки друг друга. Таким образом, можно регулировать время
открытия впускных клапанов компрессора, а также нагрузку на двигатель, так что при любом заданном
давлении в ресивере крутящий момент уменьшается с уменьшением скорости и увеличивается с
увеличением скорости, что позволяет двигателю внутреннего сгорания использовать...
более высокая степень сжатия, чем это было бы возможно в противном случае, и возможность всегда
работать в наиболее экономичных условиях с точки зрения крутящего момента и скорости. Данное устройство
обеспечивает средства, позволяющие автоматически ограничивать скорость работы комбинированного
двигателя и компрессора. Желательно предусмотреть в двигателе впускные клапаны с поздним закрытием, а
также 556 обеспечить позднее закрытие впускных клапанов компрессора.
Поршень компрессора предпочтительно приводится в движение поршнями внутреннего сгорания через
коленчатый вал, расположенный в противоположных направлениях, так что возвратно-поступательные
движения практически сбалансированы. Таким образом, двигатель и компрессор объединены и расположены
таким образом, что они дополняют друг друга, а нагрузка регулируется так, чтобы двигатель всегда и при
любых условиях работал с наиболее экономичным соотношением крутящего момента и скорости и не
подвергался резким изменениям скорости или нагрузки.
Изобретение может быть реализовано на практике различными способами, но прилагаемые чертежи
иллюстрируют в качестве примера конструкцию, которая может быть применена в случае использования
изобретения на автомобиле. На этих чертежах (рис. 1) изображен план шасси дорожного автомобиля,
показывающий общее расположение механизма передачи мощности на колеса.
Рисунок 2 представляет собой поперечный разрез под углом 80 градусов, охватывающий комбинированный
двигатель внутреннего сгорания и воздушный компрессор.
На рисунке 3 представлен вертикальный разрез, показывающий регулируемый впускной клапан компрессора;
разрез выполнен под прямым углом 85° к плоскости разреза на рисунке 2.
Рисунок 4 представляет собой частичный разрез, выполненный в плоскости, практически параллельной
разрезу на рисунке 3, и показывает один из выпускных клапанов и выпускной канал цилиндров двигателя
внутреннего сгорания, изображенного на рисунке 2.
На рисунке 5 представлен поперечный разрез головки комбинированного двигателя внутреннего сгорания 95
и компрессора, причем разрез выполнен по линии 5'5 на рисунке 4.
На рисунке 6 представлен разрез одного из пневматических двигателей, при этом разрез частично проходит
через клапаны, а частично — в плоскости оси коленчатого вала, а часть рисунка показана в проекции.
Рисунок 7 представляет собой разрез по линии 7-7 на рисунке 6, показывающий воздухозаборный канал к
пневматическому двигателю и один из входных каналов.
На рисунке 8 представлен вертикальный разрез концевой части комбинированных воздухо- и выхлопных труб,
показывающий дроссельную заслонку для регулирования подачи воздуха к 1 двигателям.
Рисунки 9 и 10 представляют собой схематические изображения, расположенные под прямым углом друг к
другу и иллюстрирующие средства для осуществления автоматического управления двигателем,
компрессором и пароснабжением.
На всех чертежах одинаковые буквы обозначают одинаковые детали.
Устройство включает в себя двигатель и компрессор А, расположенные в закрытом корпусе, которые
соответствующим образом размещены в передней части рамы шасси В транспортного средства; сжатый
воздух подается через подогреватель к двум отдельным пневматическим двигателям С, установленным
соответственно на продольных элементах 126 В шасси. Мощность передается отдельно от этих двигателей
на задние колеса D через вал D' и соответствующие шестерни, расположенные в корпусах 02 рядом с
колесами, как показано на рисунке 1.
Двигатель и компрессорный агрегат удобно включают в себя два цилиндра двигателя внутреннего сгорания E
с расположенным между ними цилиндром компрессора F, причем цилиндры расположены в линию вдоль
коленчатого вала G. Последний имеет три кривошипа, из которых центральный G' соединен с поршнем в
цилиндре компрессора F. Два других кривошипа G2 расположены под углом 180° к кривошипу G1 и
соответственно соединены с поршнями в рабочих цилиндрах E. Поршни в рабочем и компрессорном
цилиндрах удобно выполнены в форме кросс-головки, и если поршень в воздушном цилиндре F равен по весу
двум рабочим поршням в цилиндре E, то первичная балансировка практически идеальна, как это было бы в
четырехцилиндровом двигателе. Поскольку воздух сжимается в цилиндре F во время каждого такта сгорания
двигателя, реакция крутящего момента практически равна и противоположна по направлению, и
единственная внешняя реакция крутящего момента обусловлена мгновенной разницей давлений между
газами в цилиндрах E и F, причем эти разницы относительно невелики.
Кроме того, исключается любая тенденция к крутильным колебаниям коленчатого вала, поскольку крутящий
момент всегда передается с одной стороны на центр вала. За исключением небольших вторичных
возмущающих сил, двигатель практически полностью сбалансирован не только по отношению к своим
возвратно-поступательным массам, но и по отношению к крутящему моменту, отдаче и крутильным
колебаниям.
Каждый из рабочих цилиндров E имеет обычные впускные и выпускные клапаны, а выпускные каналы E1
ведут в единую выпускную трубу H, которая расположена внутри трубки I большего диаметра, и в
пространство J1 между выпускной трубой и внешней трубкой поступает сжатый воздух из цилиндра F. Таким
образом, этот воздух будет получать тепло от продуктов сгорания, протекающих через трубу H.
Сжатый воздух подается из цилиндра F' через простой клапан F' в канал F2, ведущий в пространство J1
между выхлопной трубой II и трубой J, которая его окружает. Подача воздуха в цилиндр компрессора F
регулируется двумя поршневыми или трубчатыми клапанами K и K1, причем первый имеет фиксированное
время срабатывания, а клапан K' является регулируемым, что позволяет изменять количество воздуха,
поступающего в цилиндр.
Удобно, что один клапан открыт при движении вверх, а другой — при движении вниз, так что эти
возвратно-поступательные детали могут уравновешивать друг друга.
Воздухозаборники, управляемые этими клапанами, удобно расположены в верхних концах цилиндров, внутри
которых клапаны совершают возвратно-поступательное движение. Один из этих цилиндров L с регулируемым
клапаном K' показан в разрезе на рисунке 3, и видно, что подача воздуха осуществляется через отверстия L' в
верхнем конце цилиндра L.
Клапан K' выполнен в виде кольца 7 с выемками K2, вырезанными на его противоположных кромках, что
изменяет ширину кольца, которое перемещается над отверстиями L2, образованными в стенке цилиндра L и
сообщающимися с отверстиями L3 в верхнем конце цилиндра компрессора F. Кольцевой клапан K1
вращательно установлен на штоке K3, который выступает из внутренней поверхности поршня K4, которому
возвратно-поступательное движение передается от соединительного штока K5 от эксцентрика K6 на
промежуточном валу 31. Вращающийся шток K7 проходит в цилиндр L через верхний конец последнего и
имеет вилкообразные стержни K8, которые входят в зацепление с клапаном K1 таким образом, что если шток
K7 вращается с помощью рычага K9, клапан L может поворачиваться вокруг своей оси во время работы
двигателя, и время открытия и закрытия каналов будет изменяться. Вращение клапана 9, K' осуществляется
автоматически способом, который будет описан далее.
Важно, чтобы после сжатия температура воздуха поддерживалась на уровне, близком к температуре сжатия.
Разместив пневматический цилиндр F между двумя рабочими цилиндрами E в описанном устройстве, можно
расположить клапан F1, как показано на рисунке 2, таким образом, чтобы воздух, выходящий из
компрессорного цилиндра F, почти сразу же попадал на горячие выпускные патрубки E1 и оттуда
непосредственно в подогреватель J1. В такой конструкции можно избежать потерь тепла между компрессором
и последующим нагревом воздуха.
Исследования показали, что эффективность двигателя определяется его склонностью к детонации, которая
ограничивает допустимое значение степени сжатия. Детонация становится заметной и проблематичной, когда
двигатель развивает максимальный крутящий момент на низких оборотах. В данном устройстве работа
компрессора регулируется таким образом, что нагрузка автоматически снижается по мере падения скорости,
что позволяет использовать значительно более высокое соотношение сжатия и, следовательно, более
высокую тепловую эффективность. Использование впускных клапанов с поздним закрытием как в рабочем
цилиндре, так и в цилиндре компрессора позволяет получить характеристику кривой нарастающего крутящего
момента в этих цилиндрах.
Подогреватель может быть сконструирован шестью различными способами и, по сути, представляет собой
выпускной коллектор с воздушной рубашкой, конструкция которого позволяет передавать необходимое
количество тепла от выхлопных газов к сжатому воздуху. Труба I, образующая воздушную рубашку для
выхлопной трубы 11, выводится из двигателя, как показано на рисунке 1, к точке, расположенной рядом с
пневматическими двигателями C. Из кожуха J2, в который ведет труба, воздух подается в трубы J3, а оттуда –
к двигателям C. Y-образная труба I1 отводит выхлопные газы из центральной внутренней трубы 1H к внешним
выхлопным рубашкам 12 вокруг боковых ответвлений J4, которые ведут к нагнетательным трубам J3. В тех
случаях, когда предполагается использование пара, его удобно получать в змеевике из тонкостенной
стальной трубки 0, расположенном внутри кожуха 113, в который отработанные газы поступают после
прохождения через продолжение трубы H, которая проходит через кожух J2. В конечном итоге эти газы
выходят в атмосферу через трубу 1I4, корпус которой H3 образует глушитель.
Вода подается к змеевику 0 через трубу 01, а пар проходит через трубу 02 в корпус J2, где смешивается с
нагретым воздухом непосредственно перед тем, как последний поступает к двигателям C. Вода подается в
трубу 01 насосом 00, приводимым в действие эксцентриком 04 на валу MV[ двигателя, см. рисунок 2. Насос
забирает воду через трубу 05 из водяной рубашки P комбинированного двигателя и компрессора.
Предпочтительно, чтобы в генераторе не использовались никакие клапаны, и не было прямого регулирования
подачи воды к обмотке генератора, поскольку конструкция такова, что вода подается через обмотку только
тогда, когда двигатель работает под достаточно большими нагрузками, как описано ниже.
Если образовавшийся таким образом пар после выхода из нагревателя подается в воздух, он выполняет три
функции. Во-первых, его высокая удельная теплоемкость делает его очень полезным средством для
регулирования температуры воздуха и предотвращения достижения ею значений, которые могут создать
проблемы для смазки пневматических двигателей. Таким образом, это служит контролем температуры.
Во-вторых, пар представляет собой небольшую, но тем не менее существенную добавку к общей энергии,
содержащейся в воздухе, и поскольку он получен из пара, температура которого слишком низка для
повторного нагрева воздуха, его вклад в общую энергию является положительным. В-третьих, когда
пневматические двигатели работают со значительным расширением, как это происходит, например, в случае
дорожного транспортного средства при движении по ровной поверхности, температура воздуха во время
расширения значительно падает ниже точки кипения воды, в результате чего часть пара конденсируется и,
таким образом, отдает часть своей скрытой теплоты, поднимая тем самым последнюю часть кривой
расширения двигателей от адиабатической до почти изотермической.
Таким образом, добавление стеани обеспечивает ценный прямой вклад в выходную мощность, одновременно
выступая в качестве стабилизатора температуры и представляя собой ценный механический компонент. 80
Кроме того, при определенных обстоятельствах это повысит эффективность пневматических двигателей.
Может использоваться один или несколько пневматических двигателей, но в случае, описанном и
проиллюстрированном более подробно, предусмотрены два таких двигателя C, расположенные, как указано
выше и показано на рисунке 1. Удобно, что каждый из этих двигателей представляет собой трехцилиндровый
однотактный двигатель, как показано на рисунке 6, цилиндры Q расположены в ряд, а поршни в них
воздействуют на трехшатунный коленчатый вал R. Этот вал соединен одним концом с трансмиссионным
валом D' 95 (рисунок 1), через который привод передается на колеса D. Из-за высокой температуры воздуха
предпочтительно использовать тарельчатые клапаны Q1 и Q2, соответственно, регулирующие впуск и выпуск,
а толкатели этих клапанов приводятся в действие кулачками S S', расположенными на промежуточном валу
S2, приводимом в движение зубчатым колесом R' на коленчатом валу, зацепляющимся с зубчатым колесом
S3 на валу S2. Вал 105 S2 установлен таким образом, что он может скользить в осевом направлении в своих
подшипниках и относительно зубчатого колеса S3; это движение осуществляется с помощью кривошипного
рычага S4, один рычаг которого входит в зацепление с концом скользящего элемента S5, соединенного с
концом вала S2 посредством шарикоподшипников.
Рычаг S4 может перемещаться посредством звена S6. Кулачки S S' выполнены таким образом, что путем
перемещения вала S2 11,5 можно изменять угол отсечки и осуществлять реверсирование. Желательно, чтобы
рабочий объем пневматических двигателей был примерно на 50% больше, чем объем цилиндра F воздушного
компрессора, а точка отключения в двигателях 1/20 должна быть расположена таким образом, чтобы
обеспечить диапазон расширения от 2 к 1 до 8 к 1.
Воздух поступает во впускной коллектор Q4 двигателя через короткий отрезок трубопровода J3 (рис. 7),
имеющий шаровое соединение 125 на каждом конце, что позволяет осуществлять относительное
перемещение между двигателями C и воздухоподающей трубой J. Впускные патрубки и клапаны Q1
расположены сбоку относительно цилиндров Q, а выпускной коллектор Q5 расположен снаружи клапанов, как
показано на рис. 7.
- При использовании двух независимых пневматических двигателей C, установленных, как показано на
рисунке 1, с независимым приводом для каждого заднего колеса, неподрессоренная масса задней оси
транспортного средства может быть значительно уменьшена, а все внутреннее пространство рамы B остается
свободным. Поскольку задний мост может представлять собой простую стальную трубу, и нет необходимости
в коробке передач или центральном валу, кузов автомобиля можно опустить на несколько дюймов ниже, чем у
обычного типа шасси, и, таким образом, центр тяжести всего автомобиля может оставаться низким.
Регулировка скорости может осуществляться с помощью дроссельной заслонки Т на конце воздушной
рубашки JI, как показано на рисунке 8, при этом дроссельная заслонка управляется ногой в случае дорожного
транспортного средства. Отключение и реверсирование могут управляться рычагом, воздействующим на тягу
S6 (рис. 6), причем этот рычаг соответствует обычному рычагу переключения передач. Конструкция такова,
что после запуска управление двигателем становится полностью автоматическим. Дроссельная заслонка
двигателя управляется с помощью рычага U (Fitlire10), тяги P'l и кривошипного рычага U2, поршнем V,
расположенным в цилиндре V' и воздействующим на него пружиной V2.
Воздух из воздухозаборного канала J1 может поступать в клапан V через трубу XTr и воздействовать на
поршень V7. Таким образом, давление воздуха заставит рычаг P открыть дроссельную заслонку, когда
давление воздуха в штоке упадет до одного заданного значения. Дроссельная заслонка будет закрыта, когда
это давление достигнет другого заданного предела. Таким образом, более низкое заданное давление может
составлять 1000 л/кв. м, тогда как более высокое заданное давление может, например, составлять около 130
л/кв. м.
Важной особенностью является регулировка относительных крутящих характеристик двигателя и
компрессора. Компрессор должен иметь возрастающий крутящий момент на протяжении всего рабочего
диапазона, в то время как двигатель должен иметь возрастающий крутящий момент, скажем, до 900 или 1000
оборотов в минуту, после чего его крутящий момент должен нормально снижаться. Если дроссельная
заслонка открыта, обороты двигателя будут увеличиваться до тех пор, пока не сработает дроссельная
заслонка. После этого обороты двигателя не могут увеличиваться, если только не произойдет потеря
давления воздуха в системе.
Когда двигатель работает на низких оборотах, например, когда автомобиль движется по ровной дороге,
давление воздуха в системе повышается, вызывая закрытие дроссельной заслонки, пока двигатель не начнет
работать на сравнительно низкой скорости и, скажем, примерно с половинным крутящим моментом. Если
двигатель сконструирован, например, таким образом, чтобы иметь диапазон мощности 6 к 1, от 500 оборотов
в минуту при половинном крутящем моменте до 1500 оборотов в минуту при полном крутящем моменте, то
при таком соотношении крутящего момента и скорости становится возможным поддерживать высокую
эффективность в этом диапазоне. Следует отметить, что двигатель никогда не будет работать на высоких
оборотах с малым открытием дроссельной заслонки, что неэффективно, а также на низких оборотах с
большим крутящим моментом, что вызывает детонацию и препятствует использованию высокой степени
сжатия. 8( Поршень V в цилиндре V' также управляет перепускным клапаном W с трубой 0O, связанной с
насосом O3, который подает воду через трубу 01 к катушке генератора 0, так что эта вода будет подаваться в
генератор только тогда, когда дроссельная заслонка открыта, например, более чем наполовину.
Перепускной клапан W приводится в действие рычагом W, щелевой тягой W-2 и рычагом SW3, одна из плеч
которого соединена со штоком V4 поршня V.
Когда давление воздуха в системе превышает заранее установленный предел, например...? 140 фунтов. Что
касается установки, когда автомобиль стоит на месте, рычаг дроссельной заслонки V будет переведен в
положение медленного вращения, и нагрузка на компрессор будет снижена путем вращения или иной
регулировки впускного клапана K' компрессора, в результате чего порт 100 ú2, управляемый этим клапаном,
будет открыт на протяжении большей части или всего такта сжатия. Для эффективного регулирования
крутящего момента воздушного компрессора целесообразно установить впускной клапан Ki компрессора,
который должен регулироваться одновременно с открытием или регулировкой дроссельной заслонки
двигателя. Этот механизм работает за счет воздействия поршня V на рычаг KI 110, что означает, что клапан K'
вращается.
Для этого поршневой шток V4 соединен с рычагом коромысла, который соединен звеном K11 с рычагом EK,
как показано на рисунке 9. ---115 При воздействии на поршень V, управляемый давлением воздуха, регулятор
автоматически закрывает дроссельную заслонку через рычаг U, отключает подачу воздуха от компрессора с
помощью рычага K и подачу воды в компрессор с помощью рычага W, управляя полупроводниковым
клапаном W. Желательно предусмотреть ручное управление дроссельной заслонкой двигателя, чтобы ее
можно было закрывать при запуске и в 125 раз, чтобы предотвратить раскачивание двигателя в случае потери
173,338. В системе случайно происходит повышение давления.
Следует отметить, что в данной системе не предполагается хранение энергии, но может быть целесообразно
предусмотреть небольшой воздушный резервуар X (рис. 1) достаточной емкости для удовлетворения
внезапных потребностей и, таким образом, предотвращения резких изменений нагрузки на двигатель.
Резервуар X должен быть расположен последовательно с системой подачи воздуха, поскольку он содержит
охлажденный воздух. Как показано на рисунке, он соединен трубой XI с трубой подачи воздуха J в точке,
расположенной посередине его длины. Резервуар X имеет удобную конструкцию таких размеров, чтобы
вмещать более чем достаточно воздуха для запуска двигателя в холодном состоянии в любое время.
Детали конструкции могут быть изменены по мере необходимости и в соответствии с целями, для которых
используется изобретение. Вместо поршня V' в цилиндре V' и рычажного механизма с тягами, объединенных с
ним и показанных в качестве примера на рисунках 9 и 10, может использоваться другой механизм,
приводимый в действие давлением воздуха. Парогенератор может быть сконструирован и расположен иным
образом. Кроме того, как уже упоминалось, пневматический двигатель или двигатели могут быть
сконструированы и расположены в различных конфигурациях, и для передачи энергии от пневматического
двигателя или двигателей к опорным колесам или иным способом, помимо описанного выше, могут
использоваться другие средства. Как указано выше, изобретение в большей степени предназначено для
использования в автотранспортных средствах, но очевидно, что оно может быть использовано и другими
способами и модифицировано в соответствии с требованиями. Например, двигатель и компрессор могут
иметь большее количество цилиндров, чем описано выше, а также может быть задействовано различное
количество пневматических двигателей для привода отдельных механизмов.
После того, как я подробно описал и определил природу моего изобретения и способ его осуществления, я
заявляю, что то, что я сделал,
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_173339.txt ===
Соседние файлы в папке патенты