Пневматическая генераторная система с электромагнитным вспомогательным силовым блоком - RU2583180C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

Область техники

[001] Настоящее изобретение относится к генераторной системе, в частности к генераторной системе, использующей сжатый воздух в качестве источника энергии и использующей электромагнитный вспомогательный силовой блок. Настоящее изобретение также относится к электромагнитному вспомогательному силовому блоку для пневматической генераторной системы.

Уровень техники

[002] Большинство обычных генераторных систем используют двигатель поршневого типа, применяющий топливо в качестве источника энергии. С одной стороны, из-за неполного сгорания топлива двигатель, использующий топливо в качестве источника энергии, выпускает газ, содержащий большое количество загрязняющих окружающую среду вредных веществ. С другой стороны, топливо получают из нефти и вследствие увеличивающегося дефицита нефтяных ресурсов разработка и применение систем, использующих топливный двигатель в качестве источника энергии, становятся все больше ограниченными. Таким образом, необходимы разработки новых, чистых и не создающих загрязнений альтернативных источников энергии или в максимально возможной степени уменьшение потребления топлива и сокращения выбросов. С этой целью во многих странах были проведены сложные и интенсивные исследования, в результате чего были исследованы и разработаны разные источники энергии, например альтернативное топливо, электрический привод, топливные батареи, солнечные батареи и т.п. Однако новые источники энергии или образованные на их основе гибридные источники обладают многими недостатками и, таким образом, существует необходимость в новом типе не вызывающего загрязнений и неисчерпаемого источника энергии. Источник энергии на основе сжатого воздуха способен удовлетворить этим требованиям.

[003] В FR 2731472 А1 описан двигатель, работающий в режиме подачи топлива и режиме подачи сжатого воздуха. На скоростной автотрассе указанный двигатель использует обычное топливо, такое как бензин или керосин, а при медленном движении в городском районе и пригороде сжатый воздух (или другой не вызывающий загрязнений сжатый газ) вдувается в камеру сгорания. Такой двигатель способен частично уменьшить расход топлива, однако ввиду использования рабочего топливного режима он не разрешает проблему выбросов.

[004] В US 6311486 В1 описан пневматический двигатель, предназначенный для дальнейшего уменьшения загрязненности. Этот тип двигателя использует три отдельные камеры: камеру сжатия на впуске, камеру расширения и выпуска и камеру сгорания постоянного объема. Камера сжатия на впуске соединена с камерой сгорания постоянного объема посредством клапана, а камера сгорания постоянного объема соединена с камерой расширения и выпуска посредством клапана. Недостаток этого двигателя состоит в большом времени, необходимом для прохождения сжатого воздуха из камеры сжатия на впуске в камеру расширения и выпуска, то есть необходимо большое время для получения газа источника энергии для перемещения поршня для осуществления работы. В то же время газ высокого давления, выпущенный из камеры расширения и выпуска, не используют, что ограничивает эффективность работы и продолжительность непрерывной работы для одной заправки двигателя.

[005] В CN 101413403 А (родственной заявке РСТ WO 2010051668 А1) заявитель по настоящей заявке раскрыл узел пневматического двигателя, используемый в транспортном средстве. Этот двигатель содержит резервуар для газа, воздухораспределитель, корпус двигателя, тягу, сцепление, автоматическую коробку передач, дифференциал и привод крыльчатки, размещенный в камере выпуска. Для выполнения работы указанный двигатель использует сжатый воздух без топлива, и, таким образом, нет выпуска отходящего газа, то есть он реализует «нулевой выброс».Отходящий газ повторно использован для генерации электроэнергии, что бережет источник энергии и сокращает затраты. Но этот двигатель основан на обычном четырехтактном двигателе, и когда коленчатый вал поворачивается на 720 градусов, поршень совершает работу один раз. Используемый в качестве источника энергии воздух высокого давления при его поступлении в цилиндр может толкать поршень с совершением работы, а затем происходит его выпуск, то есть такты двигателя на сжатом воздухе фактически представляют собой такт впуска-расширения и такт выпуска. Очевидно, что раскрытый в CN 101413403 А четырехтактный двигатель в значительной степени непроизводительно расходует эффективный рабочий ход, что ограничивает эффективность двигателя. Кроме того, отходящий газ указанного двигателя не может быть зациклен и использован соответствующим образом, вследствие чего, чтобы двигатель работал достаточно долго, необходим достаточно большой резервуар для газа для хранения газа высокого давления, что ограничивает перспективы использования этого двигателя на сжатом воздухе в промышленности.

[006] Вышеуказанные пневматические двигатели основаны на том, что при перемещении поршней через нижнюю мертвую точку в цилиндрах маховики приводят в движение поршни, продолжающие перемещение от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке вследствие инерции перемещения коленчатого вала, и, таким образом, сжатый воздух в рабочих камерах выпускается. Однако, поскольку после расширения, предназначенного для толкания поршня для его работы в рабочей камере, сжатый воздух имеет высокое давление и поршни выбрасывают находящийся под давлением сжатый воздух посредством инерции поворота коленчатых валов и маховиков, очевидно, имеет место «потеря мощности», наиболее заметно проявляющаяся при низкой скорости поворота двигателя. В целях как можно большего увеличения скорости поворота пневматического двигателя поршни должны быстрее перемещаться в рабочей камере. А для увеличения стабильного выходного крутящего момента при малой скорости поворота пневматического двигателя необходим вспомогательный силовой блок для коленчатого вала.

[007] В настоящее время обычный вспомогательный силовой блок представляет собой электромагнитный вспомогательный силовой блок или вспомогательный силовой блок с постоянным магнитом. В CN 2512700 Y описан электромагнитный вспомогательный силовой блок для велосипеда, содействующий повороту колес посредством взаимодействия между магнитом и электромагнитом, что, таким образом, удваивает эффективность экономии энергии и вспомогательную мощность. В другой заявке WO 2004009424 А1 раскрыто рулевое устройство с электроприводом, использующее электромагнитную катушку для уменьшения усталости водителя. Таким образом, вспомогательный силовой блок, использующий электромагнит или постоянный магнит в качестве подвижной части, практически применим во многих отраслях промышленности.

[008] Цель настоящего изобретения состоит в создании генераторной системы, использующей пневматический двигатель в качестве источника энергии таким образом, что сжатый воздух можно применять для промышленной выработки энергии. Кроме того, раскрытая в настоящей заявке система пневматического двигателя включает электромагнитный вспомогательный силовой блок, предназначенный для вспомогательной мощности коленчатого вала. Таким образом, он обеспечивает поворотную вспомогательную мощность для коленчатого вала двигателя, которая способствует более быстрому выполнению поворота коленчатого вала двигателя и обеспечивает стабильный выходной крутящий момент при малой скорости поворота, и таким образом повышает эффективность пневматического двигателя.

Раскрытие изобретения

[009] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложена пневматическая генераторная система с электромагнитным вспомогательным силовым блоком, содержащим двигатель, причем двигатель содержит цилиндр, систему головки цилиндра, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, поршень, тягу, коленчатый вал, распределительный кулачковый вал выпуска, распределительный кулачковый вал впуска, систему передней коробки передач и заднюю коробку передач. Указанный поршень подсоединен к коленчатому валу посредством тяги, указанная система передней коробки передач выполнена с возможностью передачи перемещения коленчатого вала и распределительного кулачкового вала. На указанной системе головки цилиндров расположено отверстие воздушной горловины, предназначенное для впуска сжатого воздуха, и выпускное отверстие, предназначенное для выпуска отходящих газов. Пневматическая генераторная система также включает блок резервуаров газа высокого давления, подсоединяемый к внешнему заправочному устройству через трубопровод, и резервуар постоянного давления, подсоединяемый к блоку резервуаров газа высокого давления через трубопровод. Причем указанная пневматическая генераторная система с электромагнитным вспомогательным силовым блоком также содержит клапан регулировки скорости на входе, сообщающийся с резервуаром постоянного давления посредством трубопровода, систему регулятора, электромагнитный вспомогательный силовой блок, многоколонный распределитель мощности, подсоединенный к коленчатому валу двигателя, генераторную систему, подсоединенную к многоколонному распределителю мощности посредством сцепления, электронный блок управления, управляющий клапаном регулировки скорости на входе на основе распознанного сигнала от датчика, устройство распределения мощности и контур рециркуляции отходящих газов.

[010] В одном из вариантов реализации настоящего изобретения указанный двигатель представляет собой двухтактный двигатель. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения указанный контур рециркуляции отходящих газов содержит выпускной коллектор/воздушный компрессор, газоохладитель, резервуар рециркуляции отходящего газа, однонаправленный электрический турбинный всасывающий насос и глушитель отходящего газа, причем отходящий газ входит в глушитель отходящего газа по выпускному коллектору с последующим всасыванием в резервуар рециркуляции отходящего газа под действием однонаправленного электрического турбинного всасывающего насоса. После сжатия воздушным компрессором и после охлаждения газоохладителем отходящий газ, накопленный в резервуаре рециркуляции отходящего газа, попадает в установку резервуаров газа высокого давления.

[011] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения электронный блок управления получает сигнал от датчика углового перемещения для управления электрическим током в катушке электромагнитного вспомогательного силового блока. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанный воздушный компрессор подсоединен к многоколонному распределителю мощности посредством сцепления, так что воздушный компрессор приведен в действие посредством мощности, передаваемой от многоколонного распределителя мощности, для работы на сжатие отходящего газа, поступающего из резервуара рециркуляции отходящего газа. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанная система регулятора содержит трубу высокого постоянного давления с общей системой подачи, верхнюю крышку регулятора, среднее гнездо регулятора и нижнее основание регулятора. Верхняя крышка регулятора, среднее гнездо регулятора и нижнее основание регулятора герметически и с возможностью разборки соединены посредством болтов. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения впускной трубопровод расположен в указанной верхней крышке регулятора и подсоединен к трубе высокого постоянного давления с общей системой подачи посредством резьбового соединения. В указанном среднем гнезде регулятора установлены впускной клапан регулятора, пружина впускного клапана, втулка масляного уплотнения, нижнее основание пружины клапана регулятора и седло клапана регулятора. Указанный клапан регулятора стыкован с седлом клапана регулятора под предварительным действием пружины клапана регулятора. В указанном нижнем основании регулятора установлен толкатель регулятора, управляющий открытием и закрытием клапана регулятора, причем толкатель регулятора приводится в действие распределительным кулачковым валом впуска.

[012] В другом варианте реализации настоящего изобретения количество цилиндров равно шести и коленчатый вал содержит шесть звеньев коленчатого рычага. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные шесть звеньев коленчатого рычага представляют собой по отдельности первое звено коленчатого рычага, второе звено коленчатого рычага, третье звено коленчатого рычага, четвертое звено коленчатого рычага, пятое звено коленчатого рычага и шестое звено коленчатого рычага, причем фаза каждого звена установлена следующим образом: разность фаз между первым звеном коленчатого рычага и вторым звеном коленчатого рычага составляет 120 градусов, разность фаз между вторым звеном коленчатого рычага и третьим звеном коленчатого рычага составляет 120 градусов, разность фаз между третьим звеном коленчатого рычага и четвертым звеном коленчатого рычага составляет 180 градусов, разность фаз между четвертым звеном коленчатого рычага и пятым звеном коленчатого рычага составляет -120 градусов, разность фаз между пятым звеном коленчатого рычага и шестым звеном коленчатого рычага составляет -120 градусов.

[013] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения выполнен электромагнитный вспомогательный силовой блок для узла пневматического двигателя, в котором указанный узел содержит двигатель, содержащий цилиндр, систему головки цилиндра, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, поршень, тягу, коленчатый вал, распределительный кулачковый вал выпуска и распределительный кулачковый вал впуска. Узел пневматического двигателя также содержит блок резервуаров газа высокого давления, подсоединенный к внешнему заправочному устройству посредством трубопровода, резервуар постоянного давления, подсоединенный к блоку резервуаров газа высокого давления посредством трубопровода, клапан регулировки скорости на входе, сообщающийся с резервуаром постоянного давления посредством трубопровода, и электронный блок управления. Указанный электромагнитный вспомогательный силовой блок содержит статорную часть, роторную часть и корпус вспомогательного силового блока, причем указанные статорная роторная части установлены независимо друг от друга и указанная статорная часть закреплена на корпусе вспомогательного силового блока. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанная статорная часть содержит неподвижный диск железного сердечника статора, железный сердечник статора и катушку железного сердечника статора. Указанная роторная часть содержит неподвижный диск железного сердечника ротора, железный сердечник ротора, катушку железного сердечника ротора и маховик вспомогательного силового блока.

[014] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанный неподвижный диск железного сердечника статора и корпус вспомогательного силового блока соединены резьбовым соединением или посадкой с натягом. Указанный корпус вспомогательного силового блока закреплен на двигателе крепежными элементами, проходящими через монтажные отверстия корпуса. Неподвижный диск железного сердечника ротора и маховик вспомогательного силового блока соединены резьбовым соединением или посадкой с натягом. Маховик вспомогательного силового блока закреплен на удлинительном конце коленчатого вала двигателя посредством шпонки для того, чтобы осуществлять поворот вместе с коленчатым валом. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения электромагнитный вспомогательный силовой блок также содержит датчик углового перемещения. Указанный датчик углового перемещения связан с электронным блоком управления с возможностью передачи сигнала об угловом перемещении коленчатого вала в электронный блок управления. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения количество железных сердечников ротора равно двум, они расположены на диске железного сердечника ротора и отстоят друг от друга на 180 градусов; количество железных сердечников статора равно двум, они расположены на диске железного сердечника статора и отстоят друг от друга на 180 градусов. Еще в одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения количество железных сердечников ротора равно трем, соседние железные сердечники ротора отстоят друг от друга на 120 градусов и расположены на диске железного сердечника ротора. Количество железных сердечников статора равно трем, соседние железные сердечники статора отстоят друг от друга на 120 градусов и расположены на диске железного сердечника ротора. Еще в одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения количество железных сердечников ротора равно четырем, соседние железные сердечники ротора отстоят друг от друга на 90 градусов и расположены на диске железного сердечника ротора. Количество железных сердечников статора равно четырем, соседние железные сердечники статора отстоят друг от друга на 90 градусов и расположены на диске железного сердечника ротора. Еще в одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения количество железных сердечников ротора равно пяти, соседние железные сердечники ротора отстоят друг от друга на 72 градуса и расположены на диске железного сердечника ротора. Количество железных сердечников статора равно пяти. Соседние железные сердечники статора отстоят друг от друга на 72 градуса и расположены на диске железного сердечника ротора.

[015] В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения указанные железные сердечники статора установлены под углом на указанном диске железного сердечника статора с целью лучшего индуцирования электромагнитной силы наряду с железными сердечниками ротора в исходном положении. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанный железный сердечник статора выполнен из сложенных в стопу листов кремнистой стали, а железный сердечник ротора выполнен из сложенных в стопу листов кремнистой стали или выполнен из цельного блока стали. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанный датчик углового перемещения представляет собой датчик потенциометрического типа или датчик типа датчика углового перемещения Холла. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения указанный электронный блок управления управляет включением и выключением электрического тока электромагнитной катушки на основании сигнала от датчика углового перемещения. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения моменты включения и выключения электрического тока в течение одного оборота коленчатого вала представляют собой переменные, управляемые указанным электронным блоком управления на основании количества железных сердечников статора или железных сердечников ротора. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, когда количество указанных железных сердечников статора равно двум, количество моментов как включений, так и выключений электрического тока в течение одного оборота коленчатого вала равно двум и управляется электронным блоком управления. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, когда количество указанных железных сердечников статора равно трем, количество моментов как включений, так и выключений электрического тока в течение одного оборота коленчатого вала равно трем и управляется электронным блоком управления. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, когда количество указанных железных сердечников статора равно четырем, количество моментов как включений, так и выключений электрического тока в течение одного оборота коленчатого вала равно четырем и управляется электронным блоком управления. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, когда количество указанных железных сердечников статора равно пяти, количество моментов как включений, так и выключений электрического тока в течение одного оборота коленчатого вала равно пяти и управляется электронным блоком управления.

Краткое описание чертежей

[016] Будут описаны предпочтительные, но не ограничивающие варианты реализации настоящего изобретения. Эти и другие характерные особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны в ходе их детального описания со ссылками на чертежи.

На фиг.1 схематически показан общий вид пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком согласно настоящему изобретению. На фиг.2 показан вид спереди двигателя пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.3 показан вид с правой стороны двигателя пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.4 показан вид с левой стороны двигателя пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.5 показан вид сверху двигателя пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.6 показан узел коленчатый вал-тяга-поршень двигателя пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1, в которой показана связь между одним из блоков поршень-тяга и корпусом цилиндра. На фиг.7 схематически показан структурный вид блока коленчатого вала узла коленчатый вал-тяга-поршень по фиг.6. На фиг.8 схематически показан структурный вид распределительного кулачкового вала двигателя по фиг.2. На фиг.9А показан вид в перспективе системы регулятора пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.9В показан вид в продольном разрезе системы регулятора по фиг.9А. На фиг.9С показан вид в поперечном разрезе системы регулятора. На фиг.10А показан вид в перспективе системы передней коробки передач пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.10В показан вид слева фиг.10А. На фиг.10С показан частичный вид в разрезе с правой стороны фиг.10А. На фиг.11А показан вид в перспективе многоколонного распределителя мощности пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. На фиг.11В показан вид в поперечном разрезе по продольной разделительной оси по фиг.11А. На фиг.11С показан вид с левой стороны фиг.11А. На фиг.11D показан вид сверху фиг.11А. На фиг.12А показана диаграмма зависимости давления от объема для работающего на сжатом воздухе двигателя, иллюстрирующая последовательное распределение мощности сжатого воздуха многоступенчатого типа. На фиг.12В показана диаграмма зависимости давления от объема для работающего на сжатом воздухе двигателя, иллюстрирующая параллельное распределение мощности сжатого воздуха многоступенчатого типа. На фиг.13А показан вид в перспективе предпочтительного варианта реализации электромагнитного вспомогательного силового блока пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1, где показано, что ротор и статор имеют по два железных сердечника. На фиг.13В показан вид спереди фиг.13А. На фиг.13С показан вид в центральном разрезе фиг.13А. На фиг.14А показан вид в перспективе еще одного предпочтительного варианта реализации электромагнитного вспомогательного силового блока пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1, где показано, что ротор и статор имеют по три железных сердечника. На фиг.14В показан вид спереди фиг.14А. На фиг.14С показан вид в центральном разрезе фиг.14А. На фиг.15А показан вид в перспективе еще одного предпочтительного варианта реализации электромагнитного вспомогательного силового блока пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1, где показано, что ротор и статор имеют по четыре железных сердечника. На фиг.15В показан вид спереди фиг.15А. На фиг.15С показан вид в центральном разрезе фиг.15А. На фиг.16А показан вид в перспективе еще одного предпочтительного варианта реализации электромагнитного вспомогательного силового блока пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1, где показано, что ротор и статор имеют по пять железных сердечников. На фиг.16В показан вид спереди фиг.16А. На фиг.16С показан вид в центральном разрезе фиг.16А.

Варианты реализации настоящего изобретения

[017] Следующее описание приведено только в качестве иллюстрации и никоим образом не ограничивает раскрытие, применение и использование изобретения. Следует иметь в виду, что на всех чертежах соответствующие номера позиций обозначают одинаковые или соответствующие компоненты или характеристики. Перед подробным описанием вариантов реализации настоящего изобретения сначала проведен теоретический анализ энергии двигателя на сжатом воздухе. Процесс работы двигателя на сжатом воздухе прост и содержит только операции расширения сжатого воздуха и совершения им работы. Как показано на фиг.12А, кривые 1-5 отражают процесс расширения сжатого воздуха при постоянной температуре, а кривые 1-6 отражают процесс адиабатического расширения сжатого воздуха. Находящийся в двигателе сжатый воздух не может совершить работу при полностью постоянной температуре, этот процесс всегда промежуточный между процессом при постоянной температуре и адиабатической процессом. И для улучшения эффективности использования энергии сжатого воздуха может быть применен многоступенчатый адиабатический процесс, аппроксимирующий адиабатический процесс или многоступенчатый процесс теплопоглощения при постоянном объеме, аппроксимирующий процесс при постоянной температуре. На фиг.12А показан двухступенчатый процесс 1-2-3-4 выполнения работы при расширении сжатого воздуха, причем кривые 1-2 и 3-4 показывают выполнение работы в первом и втором цилиндрах по отдельности. После адиабатического расширения и выполнения работы на первой ступени рабочая среда поглощает теплоту при постоянном давлении через теплообменник (2-3), затем возвращает первоначальную температуру, и затем расширяется и выполняет работу во втором цилиндре. С теоретической точки зрения рабочий процесс двигателя может быть приближенно рассмотрен как процесс расширения при постоянной температуре, причем площадь, окруженная кривой 1-5 и значениями координат V₁ и V₂, показывает работу расширения газа, то есть когда сохраненная энергия сжатого воздуха высвобождена. Однако на фиг.12В кривые 1 и 2 диаграммы показывают соответственно процесс расширения при постоянной температуре и процесс адиабатического расширения, а реальный процесс декомпрессионного расширения расположен между кривыми 1 и 2. Точка А на виде представляет собой исходную точку, а точки В, С, D, Е соответствуют значениям давления на нескольких ступенях при соответствующем многоступенчатом управлении давлением. В этих точках реализованы процессы поглощения теплоты при постоянном объеме, таких как ВС и DE и т.д. Теоретически, площадь, окруженная кривой 1 и указанными значениями координат V₁ и V₂, показывает работу расширения газа, когда сохраненная энергия сжатого воздуха высвобождена.

[018] Предполагается, что давление зарядки резервуара высокого давления равно pi, полная работа расширения, когда объем Vi идеального газа расширяется до нормального давления р2 при абсолютно постоянной температуре, показана далее:

причем (p₁V₁) и (p₂V₂) представляют собой начальное и конечное состояния по отдельности, а конечное состояние после адиабатического расширения равно. Выбраны такие параметры двигателя, производимого компанией MDI Inc. France, что начальное давление в резервуаре p₁=30 МПа, объем в резервуаре V₁=300 л, конечное давление при комнатной температуре р₂=0,1 МПа. Посредством формул (1) и (2) можно рассчитать, что полная работа расширения между начальным и конечным состояниями при абсолютно постоянной температуре расширения равна W=51,334 МДж.

[019] Предполагается, что рабочая температура двигателя на сжатом воздухе равна 300 K, в то время как масса сжатого воздуха при давлении 300 МПа и объеме 300 л составляет 104,553 кг. Допустим, что масса газового резервуара составляет 100 кг, то есть соответствующая удельная энергия составляет примерно 75 Вт·час/кг. По сравнению с встроенным аккумулятором, таким как свинцово-кислотный аккумулятор и никелево-кадмиевый аккумулятор, удельная энергия сжатого воздуха выше и почти эквивалентна никелево-водородному аккумулятору, так что существует возможность дальнейшего обширного усовершенствования. При разработке резервуаров газа высокого давления, обладающих большим объемом, высоким давлением и малой массой, удельная энергия сжатого воздуха может быть значительно увеличена и приближена к удельной энергии натрий-серного и литий-полимерного аккумуляторов. Сжатый воздух может выполнять работу в двух режимах в двигателе, а именно процесс расширения при постоянной температуре и адиабатический процесс. Ниже проведено описание их характеристик со ссылкой на конкретный параметр.

[020] Мы выбираем начальное состояние 1 (30 МПа, 300 K) и конечное состояние 2 (0,1 МПа, 300 K) и проводим расчет работы расширения единицы массы сжатого воздуха в процессе при постоянной температуре и в адиабатическом процессе. В процессе при постоянной температуре работа расширения единицы массы сжатого воздуха равна W=491 кДж/кг. В адиабатическом процессе работа расширения единицы массы сжатого воздуха равна W=242,3 кДж/кг. Из теоретических расчетов видно, что работа расширения в процессе при постоянной температуре почти в 2 раза больше работы расширения в адиабатическом процессе, так что эффективность использования энергии в процессе при постоянной температуре выше, чем в адиабатическом процессе, и с точки зрения теории процесс при постоянной температуре идеален. Однако "постоянство температуры" очень трудно реализовать в цилиндре двигателя, и второй поток тепла должен быть введен в стенку двигателя для поддержания достаточного тепла, что увеличивает технические затруднения и усложняет конструкцию двигателя. Ниже с точки зрения использования энергии сжатого воздуха описаны два режима распределения мощности двигателя на сжатом воздухе.

[021] В параллельном режиме эквивалентное количество сжатого воздуха поступает в каждый цилиндр одновременно для расширения и выполнения работы. Предположим, что исходное состояние 1 равно (30 МПа, 300 K), конечное состояние 2 равно (0,1 МПа, 300 K), сжатый воздух расширяется при постоянной температуре в цилиндре, изотермическое отношение примерно равно η=80%, количество цилиндров равно четырем, единица масса впускаемого в двигатель сжатого воздуха составляет 1 кг. Тогда полная техническая работа газа во всех четырех цилиндрах равна

Хотя процесс расширения при постоянной температуре представляет собой идеальный рабочий процесс, объем газа после расширения в 300 раз больше, чем до расширения. Таким образом, предназначенный для выполнения работы цилиндр должен иметь большой объем. При использовании цилиндра существующего двигателя в качестве цилиндра после расширения и выборе коэффициента сжатия, равного 10,

Очевидно, что техническая работа сильно уменьшена, она меньше технической работы при адиабатическом расширении, и остаточное давление также велико и энергия не может быть использована в достаточной мере. Но преимущество параллельного режима состоит в одинаковом структурном размере каждого из цилиндров, их расположение простое и выход мощности стабилен. Учитывая то, что при современном уровне техники цилиндры не могут удерживать абсолютно постоянную температуру, коэффициент сжатия в цилиндре не может быть слишком большим, а выпускаемый сжатый воздух после расширения и выполнения работы имеет по-прежнему высокое давление, так что он может работать непрерывно, таким образом использование многоступенчатого адиабатического процесса или рециркуляция энергии отходящего газа с помощью закрывающего контура в настоящее время представляет собой реальный и эффективный способ.

[022] В последовательном режиме сжатый воздух адиабатически расширяется и выполняет работу в каждом цилиндре по очереди, причем газ, выпускаемый из цилиндра на предыдущей ступени, определяет начальное давление в цилиндре на следующей ступени. Теоретический анализ показывает, что чем больше использовано последовательных ступеней, тем больше последовательных цилиндров использовано, тем больше работы может совершить единица массы сжатого воздуха и коэффициент использования энергии выше. Обычно при наличии четырех последовательных ступеней может быть достигнуто 80% работы при полностью постоянной температуре. Самая трудно разрешимая проблема последовательных цилиндров в том, что необходимо, чтобы объем цилиндра на следующей ступени был больше, чем объем цилиндра на предыдущей ступени, и между цилиндрами на различных ступенях должны быть размещены теплообменники для поглощения тепла при постоянном давлении. Поэтому размер двигателя все больше увеличивается, что может влиять на общую компоновку оборудования, использующего двигатель на сжатом воздухе.

[023] Из вышеприведенного анализа видно, что двигатель на сжатом воздухе отличен от обычного топливного двигателя и электроэнергетической установки, причем принцип его действия осуществим и соответствует постоянно развивающейся стратегии охраны окружающей среды и экономии ресурсов. Источник сжатого воздуха легко доступен, способ хранения энергии имеет преимущества по сравнению с хранением электрической или гидравлической энергии. Каждый из способов распределения мощности сжатого воздуха имеет свои преимущества и недостатки. Каждый из режимов распределения мощности имеет свои преимущества и недостатки, и улучшение эффективности использования сжатого воздуха и увеличение объема резервуара высокого давления и давление зарядки являются основными мерами увеличения непрерывности работы после однократной зарядки. Когда объем резервуара и давление зарядки относительно определены, эффективность η использования энергии сжатого воздуха представляет собой в максимальной степени изменяемый параметр. Поэтому должны быть интенсивно изучены такие вопросы, как оптимизация конструкции двигателя, рециркуляция энергии отходящего газа, распределение сжатого воздуха и аналогичные вопросы.

[024] Из вышеприведенного теоретического анализа следует, что заявитель настоящего изобретения применяет параллельный режим распределения мощности сжатого воздуха. Для повышения эффективности использования энергии сжатого воздуха и использования давления выпускаемого газа после выполнения работы заявитель использует контур рециркуляции отходящего газа. Для улучшения характеристик поворота при высокой скорости и стабильного выходного крутящего момента при низкой скорости двигателя заявитель применяет вспомогательное силовое устройство коленчатого вала. Ниже подробно описаны конкретные варианты реализации настоящего изобретения.

[025] Обратимся к фиг.1, где схематически показан общий вид пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком согласно настоящему изобретению, причем стрелки на фигуре обозначают направление потока воздуха. На фиг.1 пневматическая генераторная система с электромагнитным вспомогательным силовым блоком содержит: двигатель 1, многоколонный распределитель 2 мощности, генераторную систему 4, устройство 1100 распределения мощности, систему 6 регулятора, воздушный компрессор 7, газоохладитель 11, резервуар 9 рециркуляции отходящего газа, блок 13 резервуаров газа высокого давления, резервуар 16 постоянного давления, клапан 23 регулировки скорости впуска, однонаправленный электрический турбинный всасывающий насос 19, электронный блок 29 управления и глушитель 22 отходящего газа. Как показано на фиг.1, блок 13 резервуаров газа высокого давления подсоединен к внешней заправочной станции или к внешнему заправочному устройству посредством впускного трубопровода 14 сжатого воздуха для получения сжатого воздуха необходимого высокого давления от внешнего устройства. На впускном трубопроводе сжатого воздуха установлены расходомер А, манометр Р и переключатель ручного управления (не показан). Расходомер А выполнен с возможностью измерения и контроля расхода сжатого воздуха, входящего в блок 13 резервуаров газа высокого давления, а манометр Р выполнен с возможностью измерения и контроля давления сжатого воздуха, входящего в блок 13 резервуаров газа высокого давления. При необходимости заправки блока 13 резервуаров газа высокого давления через внешнее заправочное устройство или внешнюю заправочную станцию переключатель ручного управления включен, сжатый воздух высокого давления входит в блок 13 резервуаров газа высокого давления. При достижении показателями расходомера А и манометра Р на впускном трубопроводе 14 сжатого воздуха определенных значений переключатель ручного управления выключен, и процесс зарядки блока 13 резервуаров газа высокого давления завершен. Таким образом получен сжатый воздух при номинальном давлении, таким как 30 МПа. Для обеспечения безопасности резервуара газа на блоке 13 резервуаров газа высокого давления установлен по меньшей мере один предохранительный клапан (не показаны).

[026] Блок 13 резервуаров газа высокого давления состоит из одного, двух, трех, четырех или большего количества резервуаров газа высокого давления, имеющих достаточный объем и соединенных последовательно или параллельно. Количество резервуаров газа высокого давления, из которых состоит блок 13 резервуаров газа высокого давления, определено согласно практическим требованиям при применении. Блок 13 резервуаров газа высокого давления подсоединен к резервуару 16 постоянного давления через трубопровод 15, причем на трубопроводе 15 также установлены расходомер А и манометр Р для измерения и контроля расхода и давления сжатого воздуха. Резервуар 16 постоянного давления выполнен с возможностью стабилизации давления воздуха высокого давления из блока 13 резервуаров газа высокого давления. И давление в резервуаре 16 постоянного давления немного ниже давления в блоке 13 резервуаров газа высокого давления и составляет от 21 до 28 МПа, предпочтительно около 21 МПа. Между резервуаром 16 постоянного давления и клапаном 23 регулировки скорости впуска установлен трубопровод 17, на котором также установлены расходомер А и манометр Р для измерения и контроля расхода и давления сжатого воздуха. После контролирования и регулировки посредством клапана 23 регулировки скорости впуска воздух высокого давления из резервуара 16 постоянного давления входит в систему 6 регулятора.

[027] Ниже подробно описан клапан 23 регулировки скорости впуска.

Клапан 23 регулировки скорости впуска предназначен для управления временем открытия электромагнитного клапана в соответствии с командным сигналом от электронного блока 29 управления для определения количества впускаемого сжатого воздуха. Вследствие декомпрессионной функции электромагнитного клапана его комбинируют с клапаном декомпрессии и регулировки давления с образованием клапана регулировки скорости, так что можно регулировать в подходящем диапазоне скорость поворота двигателя. Сигнал 26 от блока 29 управляет клапаном 23 регулировки скорости впуска. Многие типы датчиков могут быть при необходимости установлены в двигателе 1, такие как датчик скорости для измерения скорости поворота двигателя, датчик положения для предопределения положения верхней мертвой точки цилиндра, потенциометр масляного клапана для предопределения положения педали масляного клапана и температурный датчик для измерения температуры блока двигателя. Согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения показаны датчик 24 скорости и/или потенциометр 242 масляного клапана.

Датчик 24 скорости может быть выбран из различных существующих в уровне техники датчиков скорости, предназначенных для измерения скорости поворота двигателя, и обычно он установлен на коленчатом вале 56. Потенциометр 242 масляного клапана может быть выбран из различных существующих в уровне техники датчиков положения, предназначенных для измерения положения педали масляного клапана, и обычно он установлен в положении педали масляного клапана. При использовании не для транспортных средств датчик нагрузки двигателя может быть аналогичным потенциометру масляного клапана, предназначенному для определения положения масляного клапана, такой как датчик крутящего момента для контроля выходного крутящего момента двигателя, датчик положения кнопки селектора электрического тока для контролирования генерации тока и др. На основании сигнала скорости датчика скорости 24 и/или сигнала положения потенциометра 242 масляного клапана ЕСО 29 производит расчет и отправляет сигнал 26 управления. Сигнал 26 управления управляет клапаном регулировки скорости впуска, так что указанный клапан может удовлетворять требованиям высокой, средней или низкой скорости и двигатель может, соответственно, выполнять поворот на высокой, средней или низкой скорости.

[028] Сжатый воздух высокого давления, проходящий через клапан регулировки скорости впуска, попадает в систему 6 регулятора через трубопровод высокого давления. И сжатый воздух высокого давления подают в каждый цилиндр двигателя посредством системы 6 регулятора. Давление составляет, например, около от 7 до 18 МПа, предпочтительнее от 9 до 15 МПа, еще предпочтительнее от 11 до 13 МПа для того, чтобы поршень 51 совершал возвратно-поступательное движение в системе 40 цилиндра (как показано на фиг. 2-6). При этом обеспечена возможность преобразования посредством тяги 54 возвратно-поступательного перемещения поршня 51 в поворотное перемещение коленчатого вала 56, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к различным состояниям двигателя. Специальная конструкция системы 6 управления будет подробно описана ниже.

[029] Снова обратившись к фиг.1, можно видеть, что поворотное перемещение, производимое двигателем 1, распределено на прикладное оборудование посредством многоколонного распределителя 2 мощности, как показано на фиг.1, причем прикладное оборудование включает воздушный компрессор 7 и генераторную систему 4. Воздушный компрессор 7 может быть обычным компрессором лопастного типа или компрессором поршневого типа и т.п., он также может быть устройством компенсации давления, раскрытым заявителем в патенте (CN 201261386 Y). В качестве генераторной системы 4 можно использовать известный в этой области техники генератор постоянного тока или генератор переменного тока. Он также может быть генератором другого типа, такой как генератор, использующий устойчивый остаточный магнетизм редких земель и не содержащий железного сердечника. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения генераторная система 4 представляет собой генератор, использующий устойчивый остаточный магнетизм редких земель и не содержащий железного сердечника. Генераторная система 4 электрически соединена с устройством 1100 распределения мощности посредством соединительного устройства, такого как цепь распределения мощности. Устройство 1100 распределения мощности выполнено с возможностью распределения электроэнергии, поступающей из генераторной системы 4, разному оборудованию использования мощности и разным устройствам использования мощности, таким как верхняя панель управления 1102, нижняя панель управления 1103 и выходной терминал 1101 источника мощности. Верхняя панель управления 1102 содержит три амперметра, обозначенные символом «А», один вольтметр, обозначенный символом «V» и один переключатель напряжения, обозначенный символом «LWS». Каждый амперметр показывает электрический ток одной фазы в трехфазной цепи. Переключатель напряжения выполнен с возможностью для вывода электроэнергии из генераторной системы 4 при необходимости.

И в соответствии с обычными требованиями при использовании в промышленности и для бытовых потребностей переключатель напряжения согласно настоящему изобретению может выполнять переключение между 220 В и 380 В. При нахождении переключателя напряжения в положении 220 В устройство 1100 распределения подает электроэнергию с напряжением 220 В разному оборудованию использования мощности, а при нахождении переключателя напряжения в положении 380 В устройство 1100 распределения подает электроэнергию с напряжением 380 В разному оборудованию использования мощности. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения использован переключатель напряжения типа LW5/YH2/2. Вольтметр измеряет фазовое напряжение или линейное напряжение на основе работы переключателя напряжения.

[030] Многоколонный распределитель 2 мощности может быть соединен с маховиком на коленчатом валу и также он может быть соединен, например, с соединительным устройством соединительной муфты.

Многоколонный распределитель 2 мощности разделяет мощность на две ветви: одна ветвь мощности распределена на силовое оборудование 4, а другая ветвь мощности распределена на воздушный компрессор 7. Силовое оборудование 4 подсоединено к многоколонному распределителю 2 мощности посредством соединительного устройства, такого как сцепление 3 и т.п. Воздушный компрессор 7 подсоединен к многоколонному распределителю 2 мощности посредством соединительного устройства 5, такого как шестерня. При работе двигателя поворот коленчатого вала 56 приводит в действие многоколонный распределитель 2 мощности, затем происходит распределение мощности силовому оборудованию 4 и воздушному компрессору 7, так что силовое оборудование 4 и воздушный компрессор 7 оказываются приведены в действие. Поскольку двигатель на сжатом воздухе согласно настоящему изобретению непосредственно приведен в действие воздухом высокого давления, указанный воздух заставляет поршень 51 перемещаться при повороте коленчатого вала на угол от 0 до 180 градусов. При продолжении перемещения поршня вверх вследствие инерции после достижения нижней мертвой точки поршень продолжает поворот на углы от 180 до 360 градусов, и двигатель работает на такте выпуска, причем при этом выпускаемый воздух имеет все еще высокое давление, такое как примерно 3 МПа. С одной стороны, выпускаемый газ высокого давления склонен к образованию потока отходящего газа высокого давления при его непосредственном выпуске в атмосферу и создает шум отходящего газа. С другой стороны, происходит потеря энергии сжатого воздуха. Таким образом, отходящий газ двигателя на сжатом воздухе должен быть рециркулирован. Конструкция рециркуляции отходящего газа описана ниже.

[031] Отходящий газ, выпущенный при помощи выпускного коллектора 28 двигателя 1, перемещается в глушитель 22 отходящего газа по трубопроводу 27. После обработки в глушителе отходящий газ по трубопроводу 18 попадает в электрический однонаправленный турбинный всасывающий насос 19. Между электрическим однонаправленным турбинным всасывающим насосом 19 и резервуаром 9 рециркуляции отходящего газа установлен трубопровод 20, в котором расположен однопутевой клапан 21. Только однопутевой клапан 21 позволяет отходящему газу протекать из электрического однонаправленного турбинного всасывающего насоса 19 в резервуар 9 рециркуляции отходящего газа, причем обратный поток не может быть осуществлен. На трубопроводе 8 между резервуаром 9 рециркуляции отходящего газа и воздушным компрессором 7 установлены расходомер А и манометр Р для измерения и контроля расхода и давления отходящего газа после сжатия воздушным компрессором по отдельности. После сжатия воздушным компрессором 7 давление отходящего газа значительно увеличивается и может достигать величины примерно от 20 МПа до 30 МПа. Затем отходящий газ попадает в газоохладитель 11 по трубопроводу 10. После охлаждения газоохладителем отходящий газ может быть непосредственно перемещен в блок 13 резервуаров газа высокого давления по трубопроводу 12 или отходящий газ может быть перемещен в блок 13 резервуаров газа высокого давления после прохождения через фильтр отходящего газа (не показан). В качестве альтернативы, между газоохладителем 11 и блоком 13 резервуаров газа высокого давления можно установить однонаправленный клапан (не показан), и чистый отходящий газ обеспечен возможностью однонаправленного протекания в блок 13 резервуаров газа высокого давления после прессования. Таким образом, после выполнения работы большая часть сжатого воздуха высокого давления для приведения в действие поршня 51 двигателя может быть прессована и очищена посредством контура рециркуляции отходящего газа (который включает глушитель отходящего газа, однонаправленный электрический турбинный всасывающий насос, резервуар 9 рециркуляции отходящего газа, воздушный компрессор 7, газоохладитель 11 и соединительные трубопроводы между ними) и затем возвращена в блок 13 резервуаров газа высокого давления. Таким образом может быть реализована рециркуляция отходящего газа. Наличие контура рециркуляции отходящего газа не только в значительной степени решает проблему шумового загрязнения, создаваемого отходящим газом значительного давления (обычно примерно 3 МПа), выпускаемым непосредственно в атмосферу, но также эффективно облегчает необходимость в большом объеме блока 13 резервуаров газа высокого давления. Другими словами, при наличии блока 13 резервуаров газа высокого давления с заданным объемом присутствие контура рециркуляции отходящего газа значительно увеличивает период непрерывной работы двигателя на сжатом воздухе. И в транспортном средстве или генераторе, использующем двигатель на сжатом воздухе, значительно увеличен период непрерывной работы транспортного средства или генератора. И эффективность двигателя на сжатом воздухе значительно повышена.

[032] Теперь перейдем к фиг.2-5, на фиг.2-5 под разными углами показан вид двигателя 1 по фиг.1. Где фиг.2 - это вид двигателя спереди, фиг.3 - это вид двигателя 1 с правой стороны, фиг.4 - это вид двигателя 1 с левой стороны и фиг.5 - это вид двигателя 1 сверху. Из фиг.6 видно, что двигатель 1 содержит цилиндр 40, систему 36 головки цилиндра, впускной трубопровод 42 (горловину впускного клапана), выпускной трубопровод 27, поршень 51, тягу 54, коленчатый вал 56, распределительный кулачковый вал 800 выпуска (как показано на фиг.8), распределительный кулачковый вал 200 впуска (установлен в установочном отверстии распределительного кулачкового вала 113 впуска по фиг.9), систему 43 передней коробки передач, заднюю коробку 33 передач и электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000. Система 43 передней коробки передач выполнена с возможностью приведения в действие коленчатого вала 56 и распределительного кулачкового вала. Зубчатое кольцо 31 и маховик 32, которые могут быть соединены с многоколонным распределителем 2 мощности, размещены в задней коробке передач 33. В иллюстративном варианте реализации двигателя 1 размещены распределительный кулачковый вал 200 впуска и распределительный кулачковый вал 800 выпуска. Они прикреплены к коленчатому валу 56 посредством системы 43 передней коробки передач с возможностью соответствующего поворота вместе с коленчатым валом 56. Поскольку система 6 регулятора непосредственно управляет и распределяет впуск сжатого воздуха, впускной клапан на системе 36 головки цилиндра двигателя не установлен, а установлен только выпускной клапан 62. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждый цилиндр имеет 4 выпускных клапана, причем при необходимости количество выпускных клапанов может быть равно одному, двум, четырем или шести. Сжатый воздух из системы 6 регулятора попадает непосредственно в камеру 63 расширения и выпуска через горловину 42 клапана (см. фиг.6) и, когда двигатель работает, сжатый воздух толкает поршень 51 для перемещения вниз. Происходит превращение линейного перемещения поршня 51 в поворотное перемещение коленчатого вала 56 посредством тяги 54, и выход двигателя можно реализовать посредством поворота коленчатого вала. После достижения поршнем 51 нижней мертвой точки коленчатый вал 56 продолжает поворот вследствие инерции и заставляет поршень 51 перемещаться из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Теперь распределительный кулачковый вал 800 выпуска может открыть выпускной клапан 62 посредством размещенного на нем кулачка и соответствующего коромысла клапана, и такт выпуска тем самым выполнен. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения предпочтительно, чтобы выпускаемый отходящий газ попадал в контур рециркуляции отходящего газа.

[033] На двигателе 1, кроме того, размещены стартер 39, предназначенный для запуска двигателя, генератор 391, соединенный с коленчатым валом посредством соединительного компонента, такого как ременной шкив, нижний масляный картер 44 блока цилиндров, предназначенный для возврата масла, и масляный фильтр 2 двигателя, предназначенный для фильтрации моторного масла. Генератор 391 может быть, например, интегральным генератором переменного тока, бесколлекторным генератором переменного тока, генератором переменного тока с насосом или генератором с постоянным магнитом и т.д. При работе двигателя генератор может подавать мощность узлу двигателя и заряжать элемент батареи или элемент аккумулятора (не показаны).

[034] Теперь обратимся к фиг.6. На ней показана система коленчатый вал-тяга-поршень двигателя пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1, в которой показано соединение одного блока поршень-тяга с цилиндром 40. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения выполнено преимущественно шесть цилиндров 40 и, соответственно, шесть поршней 51 и шесть тяг 54. В качестве альтернативы количество поршней 51, цилиндров 40 и тяг 54 может быть равным единице, двум, четырем, шести, восьми, двенадцати или другому числу, определяемому специалистами в данной области техники. Соответствующим образом, коленчатый вал 56 должен быть выполнен соответственно количеству блоков поршень-тяга. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения, как показано на фиг.6 и 7, коленчатый вал 56 предпочтительно имеет шесть звеньев коленчатого рычага в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения. Снова ссылаясь на фиг.6, можно видеть, что в показанном соединении одного блока поршень-тяга и цилиндра 40 сжатый воздух высокого давления из системы регулятора 6 входит в камеру 63 расширения и выпуска через впускной трубопровод 41 и отверстие 402 газовой горловины на головке 36 блока цилиндров. Газ высокого давления расширяется в камере 63 расширения и выпуска и выполняет работу, толкает поршень 51 для перемещения вниз, что представляет собой рабочий ход. Работа, полученная при рабочем ходе, может быть выведена через коленчатый вал и систему тяг. При перемещении поршня 51 в цилиндре от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке выпускной клапан 62 открыт, и воздух под давлением выходит из камеры расширения и выпуска по трубопроводу 27 выпуска, что представляет собой такт выпуска. Непосредственно перед достижением поршнем верхней мертвой точки выпускной клапан 62 закрыт, и система регулятора 6 начинает подавать воздух в камеру 63 расширения и выпуска, начиная, тем самым, следующий цикл. Очевидно, что поршень совершает работу один раз при полном повороте (360 градусов) коленчатого вала 56 двигателя согласно настоящему изобретению, причем этот двигатель не подобен обычному четырехтактному двигателю, коленчатый вал которого может совершить полный набор тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска один раз при повороте на два оборота (720 градусов). Двигатель по настоящему изобретению подобен обычному двухтактному двигателю, однако он все же отличен от него, поскольку в обычном двухтактном двигателе впускное отверстие обычно расположено на дне цилиндра, а продувочное отверстие и выпускное отверстие расположены в подходящем месте в цилиндре. В двухтактном двигателе согласно настоящему изобретению отверстие 402 газовой горловины, предназначенное для впуска сжатого воздуха высокого давления, и выпускное отверстие 272 расположены на вершине цилиндра, причем открытие и закрытие отверстия 402 газовой горловины происходит посредством распределительного кулачкового вала 200 впуска через систему регулятора 6, а открытие и закрытие выпускного отверстия происходит посредством распределительного кулачкового вала 800 выпуска, поворот которого выполнен коленчатым валом и приведение в действие которого осуществлено посредством открытия и закрытия выпускного клапана 62, управляемого шарниром. Таким образом, двухтактный двигатель согласно настоящему изобретению полностью отличен от обычного двухтактного двигателя. Он эффективно использует воздух высокого давления, который имеет возможность расширения и непосредственного выполнения работы, причем поршень 51 совершает работу один раз при повороте коленчатого вала 56 на один оборот (360 градусов). Таким образом, двигатель согласно настоящему изобретению может увеличить мощность в два раза по сравнению с обычным четырехтактным двигателем, когда объем выпуска газа одинаков.

[035] Обратимся теперь к фиг.5 и фиг.6. Коленчатый вал 56 содержит соединительный болт 79 шестерни, передний конец 80 коленчатого вала, коническую шестерню 61, коренную шейку 78, звено 71 коленчатого вала, противовес 77, шатунную шейку 76, задний конец коленчатого вала 75 и соединительный болт 72 маховика. На коренной шейке 78 и шатунной шейке 76 на коленчатом валу 56 расположено по меньшей мере одно отверстие заливки масла, предназначенное для подачи машинного масла к коленчатому валу. Соединительный болт 79 шестерни, предназначенный для подсоединения к соответствующей шестерне в системе 43 передней коробки передач, расположен справа (как показано стрелкой) от переднего конца 80 коленчатого вала и в смежном положении. Коническая шестерня 61, приводящая к повороту распределительного кулачкового вала, расположена слева (как показано стрелкой на фигурах) от переднего конца 80 коленчатого вала и в смежном положении. Соединительный болт 72 маховика, предназначенный для неподвижного соединения с маховиком 32, расположен снаружи от заднего конца 75 коленчатого вала и в смежном положении. На противовесе 77 расположено по меньшей мере одно отверстие противовеса, предназначенное для регулировки баланса. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения звенья 71 коленчатого вала содержат шесть звеньев, то есть первое звено 71а, второе звено 71b, третье звено 71с, четвертое звено 71d, пятое звено 71е, шестое звено 71f. Они соответствуют тягам 54 или поршням 51 от первого до шестого. В качестве альтернативы количество звеньев 71 может меняться, так что может быть равным одному, двум, четырем, шести, восьми или больше, как может быть легко определено специалистами в данной области техники. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения по фиг.6 или фиг.7 фаза каждого звена коленчатого вала установлена следующим образом: разность фаз между первым звеном 71а коленчатого вала и вторым звеном коленчатого вала 71b равна 120 градусов, разность фаз между вторым звеном коленчатого вала 71b и третьим звеном коленчатого вала 71с равна 120 градусов, разность фаз между третьим звеном коленчатого вала 71с и четвертым звеном коленчатого вала 71а равна 180 градусов, разность фаз между четвертым звеном коленчатого вала 71а и пятым звеном коленчатого вала 71е равна -120 градусов, разность фаз между пятым звеном коленчатого вала 71е и шестым звеном коленчатого вала 71f равна -120 градусов. Таким образом, последовательность работы звеньев коленчатого вала установлена следующим образом: первое и пятое звенья коленчатого вала работают одновременно, затем третье и шестое звенья коленчатого вала работают одновременно и, наконец, второе и четвертое звенья коленчатого вала работают одновременно. Таким образом, последовательность работы цилиндров двигателя установлена следующим образом: 1-5 цилиндры, 3-6 цилиндры и 2-4 цилиндры. В соответствии с настоящим изобретением специалист в данной области техники может установить звенья коленчатого вала, их разности фаз и последовательность работы, отличающиеся от вышеуказанных, но не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.

[036] На фиг.6 можно видеть, что поршень 51 соединен с коленчатым валом 56 посредством тяги 54. Тяга 54 содержит малый конец, корпус и большой конец. Большой конец тяги содержит крышку 58 тяги, причем в крышке 58 тяги образовано круговое пространство, так что крышка 58 тяги соединена с шатунной шейкой 76 коленчатого вала посредством втулки 57 подшипника тяги в этом пространстве. Выполненные из тетрафторэтилена масляное защитное кольцо 53 и поршневое кольцо 52 расположены на периферийной поверхности поршня 51. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения на каждом поршне 51 расположены выполненные из тетрафторэтилена четыре масляных поршневых кольца 52 и два защитных кольца 53. В качестве альтернативы, количество выполненных из тетрафторэтилена масляных защитных колец 53 и поршневых колец 52 может быть равно двум, трем, четырем или больше.

Выполненные из тетрафторэтилена масляные защитные кольца 53 имеют функцию остановки масла, а выполненные из тетрафторэтилена поршневые кольца 52 имеют функцию снятия масла, причем их совместное действие гарантирует надежную смазку и уплотнение смазочного масла.

[037] На фиг.8 схематически показан структурный вид распределительного кулачкового вала 800 выпуска двигателя 1 по фиг.2. Распределительный кулачковый вал 800 выпуска содержит кулачковые звенья 81 и звездочку 83. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения в состав кулачковых звеньев 81 входит шесть кулачковых звеньев: первое кулачковое звено 81а, второе кулачковое звено 81b, третье кулачковое звено 81с, четвертое кулачковое звено 81d, пятое кулачковое звено 81е и шестое кулачковое звено 81f. В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения количество кулачковых звеньев 81 может быть равно одному, двум, четырем, шести, восьми, двенадцати или больше, причем это зависит от количества цилиндров двигателя и количества выпускных клапанов в каждом цилиндре. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждое кулачковое звено 81 содержит два кулачка 82, причем каждый кулачок 82 выполнен с возможностью управления открытием соответствующего выпускного клапана 62. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения по фиг.8 фаза каждого кулачкового звена 81 установлена следующим образом:

разность фаз между первым кулачковым звеном 81а и вторым кулачковым звеном 81b равна 120 градусов,

разность фаз между вторым кулачковым звеном 81b и третьим кулачковым звеном 81с равна 120 градусов,

разность фаз между третьим кулачковым звеном 81с и четвертым кулачковым звеном 81d равна 180 градусов,

разность фаз между четвертым кулачковым звеном 81d и пятым кулачковым звеном 81е равна -120 градусов,

разность фаз межу пятым кулачковым звеном 81е и шестым кулачковым звеном 81f равна -120 градусов.

Таким образом, последовательность работы кулачковых звеньев установлена следующим образом: первое и пятое кулачковые звенья работают одновременно, затем третье и шестое кулачковые звенья работают одновременно и, наконец, второе и четвертое кулачковые звенья работают одновременно. Таким образом, последовательность работы цилиндров двигателя установлена следующим образом: 1-5 цилиндры, 3-6 цилиндры, 2-4 цилиндры. В соответствии с настоящим изобретением специалист в данной области техники может установить кулачковые звенья, их разности фаз и последовательность работы, отличающиеся от вышеуказанных, но не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.

[038] Обратимся теперь к фиг.9, фиг.9А-фиг.9С совместно ссылаются на фиг.9 и на них показаны виды системы регулятора 6 пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. Как показано на фиг.9, система 6 регулятора содержит трубу 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи, нижнее основание 97 регулятора, среднее гнездо 98 регулятора, клапан 92 регулятора, пружину 94 регулятора и верхнюю крышку 108 регулятора. Труба 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи имеет цилиндрическую форму, также она может быть квадратной, треугольной или другой формы. Внутренняя часть трубы 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи представляет собой цилиндрический канал, предназначенный, например, для получения впускного газа высокого давления из клапана 23 регулировки скорости впуска, причем давление сжатого воздуха в канале обычно равновесно, так что воздух высокого давления, первоначально входящий в камеру 63 расширения и выпуска каждого цилиндра 40, имеет одинаковое давление, что способствует стабильности работы двигателя. Торцевые крышки 100 трубы высокого постоянного давления с общей системой подачи неподвижно монтированы на двух концах трубы 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи. И торцевая крышка 100, соединенная с клапаном 23 регулировки скорости впуска, имеет выступающий фланец (не показан).

Указанный фланец проходит в трубопровод между клапаном 23 регулировки скорости впуска и трубой 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи, и неподвижно, но с возможностью разборки, подсоединен к трубопроводу высокого давления посредством, например, резьбового соединения. Торцевые крышки 100 трубы высокого постоянного давления с общей системой подачи подсоединены к трубе 91 высокого постоянного давления посредством соединительных болтов торцевой крышки. Соединительные отверстия 111 верхней крышки, количество которых совпадает с количеством цилиндров, расположены на трубе высокого постоянного давления с общей системой подачи. В иллюстративном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения количество соединительных отверстий 111 равно шести. Форма поперечного сечения верхней крышки регулятора 108 вдоль его центральной линии представляет собой перевернутую букву Т. Выполнен цилиндрический впускной отвод трубопровода и круглая нижняя поверхность (не показаны).

Впускной отвод трубопровода 112 подсоединен в соединительном отверстии 111 верхней крышки посредством наружной резьбы на ее верхнем конце, так что он неподвижно, но с возможностью разборки, подсоединен к трубе 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи. Верхняя крышка 108 регулятора неподвижно, но с возможностью разборки, герметически подсоединена к среднему гнезду 98 регулятора посредством соединительных болтов для верхней крышки и среднего гнезда или другого крепежного элемента. Среднее гнездо 98 регулятора неподвижно, но с возможностью разборки, герметически подсоединено к нижнему основанию 97 регулятора посредством соединительных болтов 110 среднего гнезда и нижнего основания или другого крепежного элемента.

[039] Как показано на фиг.9, отверстия различного диаметра расположены в центре среднего гнезда 98 регулятора, а именно: отверстие 120 гнезда клапана регулятора, отверстие 117 клапана регулятора, отверстие 116 маслоуплотнительной втулки, отверстие 119 пружины клапана регулятора по очереди сверху вниз. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения диаметр отверстия 120 больше диаметра отверстия 117 и диаметра отверстия 116. Диаметр отверстия 117 больше диаметра отверстия 116. Диаметр отверстия 119 может быть таким же, как диаметр отверстия 117, или отличаться от него, но он должен быть больше диаметра отверстия 116. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения диаметр отверстия 119 равен диаметру отверстия 117, но немного меньше диаметра отверстия 120. Гнездо клапана регулятора установлено внутри отверстия 120 гнезда клапана регулятора и опирается на отверстие 117 клапана регулятора. Отверстие 117 клапана регулятора выполнено в виде полой впадины. Оно сообщается с соединительным отверстием 118 отверстия газовой горловины, так что при открытом клапане регулятора сжатый воздух из трубы 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи поступает в соединительное отверстие 118 отверстия газовой горловины через ветвь впускного трубопровода 112. Один конец соединительного отверстия 118 отверстия газовой горловины сообщается с отверстием 117 клапана регулятора, а другой конец соединительного отверстия 118 отверстия газовой горловины сообщается с отверстием 402 отверстия газовой горловины системы 36 головки цилиндра. Это отверстие в нормальном состоянии открыто таким образом, что при открытом клапане 92 регулятора сжатый воздух посылается в камеру 63 расширения и выпуска и приводит двигатель в действие. Маслоуплотнительная втулка 99 установлена внутри отверстия 116 маслоуплотнительной втулки и опирается на пружину 94 клапана регулятора. Шток клапана (не показан) 92 регулятора проходит через внутреннюю часть маслоуплотнительной втулки 99. Указанная маслоуплотнительная втулка 99 имеет функцию не только уплотнения клапана 92 регулятора, но и направления штока клапана. Пружина 94 клапана регулятора установлена внутри отверстия 119 пружины клапана регулятора. Ее нижний конец опирается на нижнее гнездо 95 пружины клапана регулятора и закреплен на нижнем гнезде 95 пружины клапана регулятора посредством замочной скобы клапана регулятора. При прекращении работы двигателя пружина 94 клапана регулятора предварительно нагружена посредством предварительного натяжения, что толкает клапан 92 регулятора по направлению к гнезду 93 клапана регулятора, и клапан 92 регулятора переходит в закрытое состояние.

[040] Шесть иллюстративных монтажных отверстий 114 толкателя регулятора расположены на нижнем основании 97 регулятора. Изменяющееся количество монтажных отверстий 114 толкателя регулятора может быть определено согласно количеству цилиндров двигателя, например одно, два, четыре, шесть, восемь, десять или больше. Толкатель 115 регулятора размещен в монтажном отверстии 114 толкателя регулятора. Он производит поступательно-возвратное перемещение вверх и вниз, следуя повороту распределительного кулачкового вала 200 впуска, установленного в монтажном отверстии 113 распределительного кулачкового вала впуска. При необходимости подачи сжатого воздуха высокого давления в цилиндр 40 двигателя толкатель регулятора 115 поднимается кулачком распределительного кулачкового вала 200 впуска, и затем толкатель регулятора 115 поднимает стержень клапана регулятора, так что стержень клапана преодолевает тянущее усилие пружины 94 клапана регулятора и отходит от гнезда 93 клапана регулятора, открывая, тем самым, клапан регулятора. Сжатый воздух высокого давления поступает в камеру 63 расширения и выпуска через трубу 91 высокого постоянного давления с общей системой подачи для удовлетворения потребности подачи газа в двигатель. После поворота распределительного кулачкового вала 200 впуска на определенный угол вместе с коленчатым валом 56 стержень клапана 92 регулятора снова переходит в гнездо 93 клапана регулятора под действием возвращающей силы пружины 94 клапана регулятора, происходит закрытие клапана 92 регулятора 92 и прекращение подачи воздуха. Поскольку двигатель на сжатом воздухе данного изобретения представляет собой двухтактный двигатель, открытие и закрытие клапана 92 регулятора и выпускного клапана 62 происходит один раз при одном полном повороте коленчатого вала 56, так что можно легко установить фазы кулачков распределительного кулачкового вала 200 впуска и распределительного кулачкового вала 800 выпуска и их соединение с коленчатым валом. Детальная структура и передача перемещения показаны на фиг.10.

[041] На фиг.10 (фиг.10А-фиг.10С) показаны разные виды системы 43 передней коробки передач пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. Как показано на фиг.10, система передней коробки передач содержит многоугольную крышку 313, передаточную шестерню 308, шестерню 307 коленчатого вала, промежуточную шестерню 303, шестерню 302 распределительного кулачкового вала впуска и шестерню 306 распределительного кулачкового вала выпуска. Шестерня 307 коленчатого вала неподвижно подсоединена к одному концу коленчатого вала 56, проходящему через многоугольную крышку 313, так что поворот от коленчатого вала передан. Выступающий конец 3071 (называемый удлиненным концом распределительного кулачкового вала) коленчатого вала 56 на другой стороне многоугольной крышки 313 выполнен с возможностью соединения с электромагнитным вспомогательным силовым блоком 1000. Электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000 подает дополнительную энергию для поворота коленчатого вала 55 с целью улучшения характеристик двигателя. Конкретная конструкция и рабочий процесс электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 будут описаны ниже.

[042] Передаточная шестерня 308, представляющая собой, например, шестерню масляного насоса двигателя, расположена под шестерней 307 коленчатого вала (ориентация показана на фиг.10В) и выполнена с возможностью поворота компонента масляного насоса двигателя. Над шестерней 307 коленчатого вала расположены по очереди слева направо (ориентация показана на фиг.10В) шестерня 302 распределительного кулачкового вала впуска, промежуточная шестерня 303 и шестерня 306 распределительного кулачкового вала выпуска. Шестерня 307 коленчатого вала сцеплена с промежуточной шестерней 303 для поворота промежуточной шестерни 303. Промежуточная шестерня 303 сцеплена с шестерней 302 распределительного кулачкового вала впуска и шестерней 306 распределительного кулачкового вала выпуска с левой стороны и правой стороны одновременно, так что шестерня 302 распределительного кулачкового вала впуска и шестерня 306 распределительного кулачкового вала выпуска производят поворот посредством шестерни 307 коленчатого вала и промежуточной шестерни 303 при повороте коленчатого вала 56, что приводит к повороту распределительного кулачкового вала впуска 200 и распределительного кулачкового вала выпуска 800 и, в конечном счете, к открытию и закрытию выпускного клапана 62 и клапана 92 регулятора.

В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения шестерня 306 распределительного кулачкового вала выпуска неподвижно подсоединена к непосредственно распределительному кулачковому валу 800 выпуска, в результате чего поворот шестерни 306 распределительного кулачкового вала выпуска непосредственно вызывает поворот распределительного кулачкового вала выпуска 800. Ременный шкив (не показан) закреплен в соответствующем положении на центральной оси шестерни 302 распределительного кулачкового вала впуска. Указанный ременный шкив подсоединен к ременному шкиву, расположенному на распределительном кулачковом валу 200 впуска, посредством передаточного ремня 35 распределительного кулачкового вала, тем самым вызывая поворот распределительного кулачкового вала 200 впуска и выполняя открытие и закрытие клапана 92 регулятора. В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения звездочка (не показана) может также быть прикреплена в подходящем положении на центральной оси шестерни 302 распределительного кулачкового вала впуска. Указанная звездочка подсоединена к звездочке, расположенной на распределительном кулачковом валу 200 впуска, посредством цепи, вызывая, тем самым, поворот распределительного кулачкового вала впуска 200 и выполняя открытие и закрытие клапана 92 регулятора.

[043] Отверстия различного предназначения расположены в многоугольной крышке 313, такие как соединительные отверстия 309 винтов, отверстия 310 винтов и соединительные отверстия 311 болтов.

Многоугольная крышка 313 подсоединена к блоку двигателя посредством соединительных отверстий 309 винтов, промежуточная шестерня 303 подсоединена к многоугольной крышке 313 посредством отверстий 310 винтов, а соединительные отверстия 311 болтов использованы для скрепления многоугольной крышки 313 с блоком двигателя. Соединительные отверстия 311 болтов могут быть приварены к месту сварки 5 на многоугольной крышке 313. Кроме того, на многоугольной крышке 313 также расположены смазочное отверстие 304 для протекания смазочного масла и основание транспортного кольца.

[044] Обратимся теперь к фиг.11, фиг.11А-фиг.11С ссылаются на фиг.11 и они представляют собой разные виды многоколонного распределителя 2 мощности пневматической генераторной системы с электромагнитным вспомогательным силовым блоком по фиг.1. Как показано на фиг.11, в иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения многоколонный распределитель 2 мощности представляет собой многоступенчатый распределитель мощности, состоящий из первой ступени 601, второй ступени 602, третьей ступени 603, четвертой ступени 604 и пятой ступени 605 (как показано на фиг.10В, слева направо). В качестве альтернативы многоколонный распределитель мощности может быть составлен не из пяти ступеней варианта реализации, а из другого количества ступеней, такого как три, четыре, шесть или семь ступеней. Структура каждой ступени, по существу, одинакова, причем каждая ступень содержит шестерню 401 планетарной передачи, внутреннее зубчатое кольцо 407 и солнечную шестерню 405. Количество шестерен 401 планетарной передачи в каждой ступени можно выбрать одинаковым, например, равным трем, пяти, семи или больше. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения каждая ступень содержит 5 равномерно распределенных шестерен 401 планетарной передачи. Преимущество такого расположения состоит в том, что вследствие равномерного распределения шестерен планетарной передачи нагрузка на главный вал равномерна, что гарантирует стабильность передачи и высокую передаточную мощность.

Как показано на фиг.11В, шестерни 401 планетарной передачи первой ступени 601 и второй ступени 602 соединены штифтом 403 планетарной передачи, так что обеспечивается синхронность поворота первой ступени 601 и второй ступени 602. Штифт 403 планетарной передачи подсоединен к шестерне 401 планетарной передачи посредством гладкой плоской шпонки 4021 или шлица. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения штифт 403 планетарной передачи может быть выполнен в виде тонкого цилиндрического штифта или штифта прямоугольной, трапецеидальной и полукруглой формы. Количество штифтов в каждой ступени может быть равно двум, трем, четырем, пяти или больше.

Солнечные шестерни 405 второй ступени 602 и третьей ступени 603 соединены штифтом 406 солнечной шестерни с возможностью совместного перемещения второй ступени 602 и третьей ступени 603. Соединительная связь между третьей ступенью 603 и четвертой ступенью 604 подобна соединительной связи между первой ступенью 601 и второй ступенью 602, а соединительная связь между четвертой ступенью 604 и пятой ступенью 605 подобна соединительной связи между второй ступенью 602 и третьей ступенью 603. Таким образом, реализована передача мощности от первой ступени 601 к пятой ступени 605 многоколонного распределителя мощности 4, причем мощность, введенная от первой ступени 601, может быть выведена из пятой ступени 605. В частности, шестерня 401 планетарной передачи в каждой ступени осуществляет поворот только вокруг собственной оси, но не осуществляет поворот вокруг соответствующей солнечной шестерни 405.

Таким образом, внутренняя структура многоколонного распределителя мощности проста и содействует стабильной передаче мощности.

[045] Ниже описан принцип работы многоколонного распределителя 2 мощности. Маховик 32 расположен на коленчатом валу 51 двигателя 1. Зубчатое кольцо 31 закреплено на периферии маховика 32. Зубчатое кольцо 31 имеет наружное зубчатое кольцо, сцепленное с внутренним зубчатым кольцом 407 с внутренними зубьями на первой ступени 601 многоколонного распределителя 2 мощности, так чтобы передать перемещение коленчатого вала 56 внутреннему зубчатому кольцу 407 на первой ступени 601. Шестерня 401 планетарной передачи первой ступени 601 подсоединена к шестерне планетарной передачи на второй ступени 602, мощность передается от первой ступени 601 на вторую ступени 602, и шестерня 401 планетарной передачи второй ступени 602 вызывает поворот солнечной шестерни 405 второй ступени. Солнечное зубчатое колесо 405 второй ступени подсоединено к солнечной шестерне третьей ступени посредством штифта 406 солнечной шестерни и вызывает поворот солнечной шестерни 405 третьей ступени, и происходит передача мощности от второй ступени 602 к третьей ступени 603. По аналогии с первой ступенью 601 третья ступень 603 передает мощность от третьей ступени 603 на четвертую ступень 604 посредством шестерни 401 планетарной передачи. По аналогии со второй ступенью четвертая ступень передает мощность от четвертой ступени на пятую ступень посредством солнечной шестерни 405. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения поворотный вал шестерни планетарной передачи пятой ступени 605 представляет собой сторону выхода. Мощность разделена на несколько ветвей (в иллюстративном варианте реализации на две ветви) и передается к элементу, подсоединенному к многоколонному распределителю 2 мощности. Например, в иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения этот элемент представляет собой энергетическую установку 4 генератора и воздушный компрессор 7.

Таким образом, мощность снимают с коленчатого вала 56 двигателя, а выход в виде нескольких ветвей реализован посредством многоколонного распределителя 2 мощности. По сравнению с коробкой передач обычного двигателя пять ступеней планетарной передачи использованы для передачи и перераспределения мощности, что не только экономит рабочую силу, но уменьшает колебания крутящего момента при передаче.

[046] Ниже будет подробно описана конструкция и принцип работы электромагнитного вспомогательного силового блока 1000. На фиг.13-16 показаны различные варианты реализации электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 согласно настоящему изобретению.

На фиг.13-16 одинаковые номера позиций ссылаются на полностью идентичные элементы. Ссылаясь на 13А-13С, на фиг.13А показан вид в перспективе предпочтительного варианта реализации электромагнитного вспомогательного силового блока пневматической генераторной системы по фиг.1 и на фиг.13А изображена ситуация, когда ротор и статор имеют по два железных сердечника. На фиг.13В показан вид спереди по фиг.13А, а на фиг.13С показан центральный разрез фиг.13А. Электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000 содержит корпус 1001 вспомогательного силового блока, статорную часть и роторную часть.

Статорная часть состоит из неподвижного диска 1002 железного сердечника статора, железного сердечника 1004 статора и из катушки 1003 железного сердечника статора. Роторная часть состоит из неподвижного диска 1007 железного сердечника ротора, маховика 1008 вспомогательного силового блока, железного сердечника 1005 ротора и из катушки 1006 железного сердечника ротора. Электромагнитный вспомогательный силовой блок 100 имеет форму цилиндра. Корпус 1001 вспомогательного силового блока расположен снаружи электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 и выполнен из экранирующего магнитное поле материала, такого как железо. Неподвижный диск 1002 железного сердечника статора прочно подсоединен к корпусу 1001 вспомогательного силового блока.

Железный сердечник 1004 статора вставлен в жесткий диск 1002 железного сердечника статора и подсоединен к нему. Катушка 1003 железного сердечника статора 1003 намотана на железный сердечник статора.

[047] Неподвижный диск 1007 железного сердечника ротора прочно установлен на маховике 1008 вспомогательного силового блока посредством резьбового соединения или посадки с натягом, так чтобы осуществить поворот вместе с маховиком 1008 вспомогательного силового блока.

Железный сердечник 1005 ротора вставлен в неподвижный диск 1007 железного сердечника ротора и подсоединен к нему, а катушка 1006 железного сердечника ротора намотана на железный сердечник ротора. Маховик 1008 вспомогательного силового блока прочно подсоединен к коленчатому валу 56 посредством шпонки 1009. В иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения маховик 1008 вспомогательного силового блока прочно подсоединен к удлиненному концу 3071 коленчатого вала посредством шлица, плоской шпонки или штифта 1009. Так что поворот коленчатого вала 56 поворачивает маховик 1008 вспомогательного силового блока, а затем поворачивает железный сердечник 1005 ротора.

[048] Из вышеприведенного описания видно, что электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000 согласно настоящему изобретению имеет разделенный корпус, т.е. статорная часть и роторная часть установлены по отдельности. Разделенная установка имеет преимущество упрощения конструкции электромагнитного вспомогательного силового блока 1000, при этом установка, ремонт и техобслуживание роторной части и статорной части могут быть проведены по отдельности. Несмотря на то что электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000 согласно настоящему изобретению имеет разделенный корпус, роторная часть и статорная часть все равно могут должным образом работать совместно.

Как показано на фиг.13С, статорная часть прочно подсоединена к корпусу 1001 вспомогательного силового блока посредством неподвижного диска 1002 железного сердечника статора, например, при помощи резьбового соединения или посадки с натягом, т.е. между статорной частью и корпусом 1001 вспомогательного силового блока 1001 не существует подвижной связи. Корпус 1001 вспомогательного силового блока прочно подсоединен к многоугольной крышке 313 системы 43 передней коробки передач посредством крепежных элементов, таких как болты или винты, проходящие через монтажные отверстия корпуса, так что статорная часть закреплена на двигателе 1. Роторная часть осуществляет поворот вместе с коленчатым валом 56 посредством неподвижного соединения между маховиком 1008 вспомогательного силового блока и удлиненным концом 3071 коленчатого вала. Таким образом, статорная часть и роторная часть электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 могут работать согласованно.

[049] В показанной на фиг.13 структуре электромагнитного вспомогательного силового блока роторная часть и статорная часть по отдельности состоят из двух железных сердечников, т.е. два железных сердечника 1004 статора отстоят друг от друга на 180 градусов и два железных сердечника 1006 ротора отстоят друг от друга на 180 градусов. Как показано на фиг.13В, для того, чтобы электромагнитные поля, образованные катушкой 1006 железного сердечника ротора роторной части и катушкой 1003 железного сердечника статора статорной части, имели одинаковую полярность и получающаяся в результате отталкивания сила толкала коленчатый вал 56 для его поворота, железный сердечник статора может быть установлен соответствующим образом, например он наклонен под острым углом от 5 градусов до 30 градусов относительно линии удлинения железного сердечника ротора. Предпочтительно, чтобы угол наклона составлял от 10 градусов до 25 градусов, и еще предпочтительнее, чтобы угол наклона составлял от 12 градусов до 20 градусов. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения угол наклона железного сердечника статора 1004 относительно железного сердечника ротора равен 5 градусов, 8 градусов, 12 градусов, 15 градусов или 20 градусов. Для наилучшего использования магнитного поля, образованного катушками 1006 и 1003, и уменьшения расхода железа железный сердечник 1004 статора выполнен из сложенных стопкой листов кремниевой стали, а железный сердечник ротора выполнен из монолитной стали или сложенных стопкой листов кремниевой стали.

[050] Теперь будет описан принцип работы электромагнитного вспомогательного силового блока 1000. Электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000 может быть полезным для мощности, поскольку он использует такие особенности поля, как отталкивание полюсов одинаковой полярности и притяжение полюсов разной полярности между электрическими или постоянными магнитами. Как показано на фиг.13В, при достижении железным сердечником 1005 ротора в верхнем положении вершины железного сердечника 1004 статора направления электрических токов в двух железных сердечниках противоположны (в соответствии со способами обмотки способы обмотки одинаковы и направления электрических токов противоположны), так что направления магнитного поля, созданные железным сердечником 1004 статора и железным сердечником 1005 ротора, противоположны (например, северный полюс железного сердечника статора направлен к центру окружности, а северный полюс железного сердечника ротора направлен к наружной части окружности, или северный полюс железного сердечника статора направлен к наружной части окружности, а северный полюс железного сердечника ротора направлен к центру окружности), что вызывает силу отталкивания между внутренним железным сердечником и наружным железным сердечником, в результате чего железный сердечник 1004 статора толкает железный сердечник 1005 ротора для поворота. После поворота роторной части на угол (в варианте с двумя сердечниками на угол, примерно равный 180 градусов), при приближении одного железного сердечника 1005 ротора к следующему железному сердечнику 1004 статора, сила отталкивания между одинаковыми полюсами может быть силой сопротивления, противодействующей повороту роторной части, и в этот момент времени следует одновременно отключить от электропитания катушки статорной и роторной частей. Вследствие отключения электропитания магнитное поле между железным сердечником 1005 ротора и железным сердечником 1004 статора исчезает, маховик 1008 вспомогательного силового блока продолжает движение вследствие инерции. Когда тот же самый железный сердечник 1005 ротора переходит через другой железный сердечник 1004 статора, на катушки подают электропитание, и теперь сила отталкивания между одинаковыми полюсами, существующая между железным сердечником 1005 ротора и железным сердечником 1004 статора, может толкать роторную часть для продолжения поворота. Вспомогательная мощность, предназначенная для поворота коленчатого вала, возникает вследствие повторяющегося поворота под действием электромагнитной силы. Из вышеуказанного анализа следует, что ключевой момент для работы электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 в качестве вспомогательной энергии заключается во времени включения и отключения.

В настоящем изобретении для правильного включения и отключения электропитания катушек 1006 и 1003 применен датчик 1010 углового перемещения и электронный блок 29 управления. Как показано на фиг.13С, датчик углового перемещения 1010 расположен на удлиненном конце 371 коленчатого вала, причем датчик углового перемещения 1010 может быть датчиком потенциометрического типа, датчиком типа Холла, датчиком фотоэлектрического типа, датчиком типа проводящего пластика, емкостным датчиком или датчиком углового перемещения индуктивного типа, определяющим результирующий угол поворота коленчатого вала. В начальном положении, то есть в положении, показанном на фиг.13В, верхний железный сердечник 1004 статора и верхний железный сердечник 1005 ротора расположены примерно на одной линии (так как железный сердечник 1004 статора наклонен, в действительности существует небольшой угол). И если это положение выбрано в качестве системы отсчета и угол поворота верхнего железного сердечника 1005 ротора по направлению часовой стрелки обозначен как 9, тогда начальное положение 9 равно 0. Когда происходит поворот верхнего железного сердечника 1005 ротора по направлению часовой стрелки, датчик 1010 углового перемещения посылает на электронный блок 29 управления сигнал о постепенном увеличении углового перемещения, электронный блок 29 управления включает источник электропитания электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 (не показан, он может быть элементом аккумулятора или любым другим источником электропитания постоянного тока). В этот момент электромагнитные полюса, образованные верхним железным сердечником 1004 статора и верхним железным сердечником 1005 ротора, имеют одинаковые полярности, и верхний железный сердечник 1004 статора отталкивает верхний железный сердечник 1005 ротора, так что происходит ускорение для поворота по направлению часовой стрелки верхнего железного сердечника 1005 ротора и его поворот на определенный угол. Перемещение, вызванное электромагнитной силой отталкивания, и перемещение железного сердечника 1005 ротора имеют одинаковое направление, так что происходит поворот под воздействием вспомогательной мощности. После поворота верхнего железного сердечника 1005 ротора на угол δ датчик 1010 углового перемещения снова посылает сигнал на электронный блок 29 управления, так что электропитание катушек 1005 и 1003 отключено, а роторная часть продолжает поворот. При повороте верхнего железного сердечника 1005 ротора на угол θ, равный 360/2=180 градусов, датчик углового перемещения 1010 затем посылает сигнал на электронный блок 29 управления, и источник электропитания электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 включается, причем в это время происходит перемещение верхнего железного сердечника 1005 ротора в нижнее положение (отстоящее на 180 градусов от начального положения). Электромагнитные полюса, образованные железным сердечником 1004 ротора и нижним железным сердечником 1004 статора, имеют одинаковые полярности, и нижний железный сердечник 1004 статора отталкивает железный сердечник 1005 ротора, так что происходит ускорение для поворота по направлению часовой стрелки железного сердечника 1005 ротора и его поворот на определенный угол. Перемещение, вызванное электромагнитной силой отталкивания, и перемещение железного сердечника ротора имеют одинаковое направление, так что происходит поворот вспомогательной мощности. Поскольку количество железных сердечников 1004 статора и железных сердечников 1005 ротора одинаково, и они расположены равномерно, вышеуказанные процедуры могут быть выполнены циклически. Происходит поворот коленчатого вала 56 под действием электромагнитной силы, то есть цель электромагнитного вспомогательного источника мощности достигнута.[051] Угол δ задан из практических соображений. Поскольку вспомогательное действие мощности электромагнитного вспомогательного силового блока основано на силе отталкивания между магнитными полюсами одинаковой полярности, то при наличии определенного углового отклонения между магнитными полюсами одинаковой полярности отталкивающее действие значительно ослаблено. Кроме того, из соображений экономии электроэнергии электропитание не может быть подано на электромагнитный вспомогательный силовой блок, действующий в качестве источника вспомогательной мощности, в течение длительного времени. Таким образом, значение угла δ должно быть малым и не превышать 30 градусов, например быть равным 10 градусам, 12 градусам или 15 градусам.

[052] Следует иметь в виду, что при описании принципа работы электромагнитного вспомогательного силового блока согласно настоящему изобретению направление по часовой стрелке, показанное на фиг.13В, полагают положительным. Специалисты в этой области техники могут ориентировать угол поворота коленчатого вала по направлению против часовой стрелки. Причем в предположении, что направление против часовой стрелки представляет собой положительное направление, угол наклона железного сердечника 1004 статора в монтажном положении, показанном на фиг.13В, должен быть изменен на обратный. Кроме того, когда электромагнитный вспомогательный силовой блок находится в рабочем состоянии, электронный блок 29 управления может регулировать ток в электромагнитном вспомогательном силовом блоке 1000 в соответствии с сигналом от датчика 24 скорости. Способ регулировки состоит в том, что при повороте двигателя 1 с низкой скоростью ток, подаваемый в электромагнитный вспомогательный силовой блок 1000, максимален; а при увеличении скорости поворота двигателя электронный блок 29 управления постепенно уменьшает ток в электромагнитном вспомогательном силовом блоке 1000, что обеспечивает стабильность выходного крутящего момента двигателя при низкой скорости поворота. При высокой скорости поворота улучшение характеристики поворота двигателя при высокой скорости и ускорение процесса впуска и выпуска осуществлено для того, чтобы увеличить максимальную скорость поворота двигателя и одновременно эффективность двигателя. Кроме того, при нахождении электромагнитного вспомогательного силового блока в рабочем состоянии электронный блок 29 управления может также регулировать ток в электромагнитном вспомогательном силовом блоке 1000 на основе сигнала от потенциометра 242 масляного клапана. Режим регулировки состоит в том, что при максимальном открытии горловины клапана величина тока, подаваемого электромагнитному вспомогательному силовому блоку 1000, максимальна, и с уменьшением степени открытия горловины клапана электронный блок 29 управления постепенно уменьшает ток в электромагнитном вспомогательном силовом блоке.

[053] На фиг.14, 15 и 16 показаны разнообразные электромагнитные вспомогательные силовые блоки 1000 согласно настоящему изобретению.

Их структура и принципы работы, по существу, совпадают со структурой и принципами работы электромагнитного вспомогательного силового блока 1000, показанного на фиг.13. Их совпадающие части не будут снова описаны. Детали электромагнитного вспомогательного силового блока, показанного на фиг.14, фиг.15 и фиг.16, должны быть понятны специалистам в данной области техники из приведенного выше описания. Различие конструкции состоит в разном количестве железных сердечников 1004 статора и железных сердечников 1005 ротора. На фиг.14 показано состояние, когда ротор и статор имеют по три железных сердечника.

Обратившись к фиг.14В, можно видеть, что три железных сердечника статора равномерно распределены на неподвижном диске 1002 железного сердечника статора и углы, заключенные между железными сердечниками 1004 статора, равны 120 градусов, а три железных сердечника ротора равномерно распределены на неподвижном диске 1005 железного сердечника ротора и углы, заключенные между железными сердечниками ротора, равны 120 градусов. В этом варианте реализации настоящего изобретения момент включения и отключения электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 отличается от момента времени, показанного на фиг.13, но его принцип работы тот же, что на фиг.13.

А именно в начальном положении (то есть в положении, показанном на фиг.14В) вершина железного сердечника 1004 статора и вершина железного сердечника 1005 ротора расположены примерно на одной линии.

При повороте железного сердечника 1005 ротора по направлению часовой стрелки датчик 1010 углового перемещения посылает сигнал о постепенном увеличении углового перемещения электронному блоку 29 управления, а он, в свою очередь, включает источник электропитания электромагнитного вспомогательного силового блока 1000. В этот момент электромагнитные полюса, образованные верхним железным сердечником 1004 статора и верхним железным сердечником 1005 ротора, имеют одинаковую полярность, верхний железный сердечник 1004 статора отталкивает верхний железный сердечник 1005 ротора, что позволяет верхнему железному сердечнику 1005 ротора ускориться для поворота по направлению часовой стрелки и совершить поворот на определенный угол. После того как верхний железный сердечник 1005 ротора совершит поворот на определенный угол δ, датчик 1010 углового перемещения снова посылает сигнал электронному блоку 29 управления, чтобы катушки 1005 и 1003 были отключены, а роторная часть продолжает поворот вследствие инерции. Когда угол θ поворота верхнего железного сердечника 1005 ротора составляет 360/3=120 градусов, датчик 1010 углового перемещения затем посылает сигнал электронному блоку 29 управления, и электронный блок 29 управления подключает источник электропитания электромагнитного вспомогательного силового блока 1000. В этот момент времени верхний железный сердечник 1005 ротора совершает перемещение во второе положение (отстоящее на 120 градусов от начального положения). Электромагнитные полюса, образованные верхним железным сердечником 1004 ротора и нижним железным сердечником 1004 статора, имеют одинаковую полярность, железный сердечник 1004 статора во втором положении отталкивает железный сердечник 1005 ротора, что позволяет верхнему железному сердечнику 1005 ротора ускориться для поворота по направлению часовой стрелки и совершить поворот на определенный угол. Перемещение, вызванное электромагнитной силой отталкивания, и перемещение железного сердечника ротора имеют одинаковое направление, так что происходит поворот вспомогательной мощности. В итоге при повороте железного сердечника ротора на 120 градусов электронный блок 29 управления контролирует однократное включение и отключение катушки 1005 электромагнитного вспомогательного силового блока. Эти процедуры можно проводить периодически, при этом коленчатый вал 56 совершает поворот под действием электромагнитной силы, и таким образом оказывается достигнутой цель получения электромагнитной вспомогательной мощности.

[054] На фиг.15 показано состояние, в котором ротор и статор имеют по четыре железных сердечника. Обратившись к фиг.15В, можно видеть, что четыре железных сердечника 1004 статора равномерно распределены на неподвижном диске 1002 железного сердечника статора, а углы, заключенные между железными сердечниками статора, равны 90 градусов, а четыре железных сердечника ротора равномерно распределены на неподвижном диске 1005 железного сердечника ротора и углы, заключенные между железными сердечниками ротора, равны 90 градусов. В этом варианте реализации настоящего изобретения момент включения и отключения электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 отличается от момента времени, показанного на фиг.13 и фиг.14, но его принцип работы тот же, что на фиг.13 и фиг.14. Различие заключается в моменте, когда датчик 1010 углового перемещения посылает сигнал электронному блоку 29 управления. В варианте реализации настоящего изобретения по фиг.15, когда угол θ поворота железного сердечника 1005 ротора составляет 360/4=90 градусов, датчик 1010 углового перемещения затем посылает сигнал электронному блоку 29 управления, который включает источник электропитания электромагнитного вспомогательного силового блока 1000, так что поворот вспомогательной мощности оказывается выполненным. В итоге при повороте железного сердечника ротора на 90 градусов электронный блок 29 управления контролирует однократное включение и отключение катушки 1005 электромагнитного вспомогательного силового блока. Эти процедуры можно проводить периодически, при этом цель электромагнитной вспомогательной мощности оказывается достигнутой.

[055] На фиг.16 показано состояние, когда ротор и статор имеют по пять железных сердечников. Обратившись к фиг.16В, можно видеть, что пять железных сердечников 1004 статора равномерно распределены на неподвижном диске 1002 железного сердечника статора и углы, заключенные между железными сердечниками статора, равны 72 градуса, а пять железных сердечников ротора равномерно распределены на неподвижном диске 1005 железного сердечника ротора и углы, заключенные между железными сердечниками ротора, равны 72 градуса. В этом варианте реализации настоящего изобретения момент включения и отключения электромагнитного вспомогательного силового блока 1000 отличается от момента времени, показанного на фиг.13, фиг.14 и фиг.15, но его принцип работы тот же, что на фиг.13, фиг.14 и фиг.15.

Различие заключается в моменте, когда датчик 1010 углового перемещения посылает сигнал электронному блоку 29 управления.

В варианте реализации настоящего изобретения по фиг.16, когда угол θ поворота железного сердечника 1005 ротора составляет 360/5=72 градусов, датчик 1010 углового перемещения затем посылает сигнал электронному блоку 29 управления, который включает источник электропитания электромагнитного вспомогательного силового блока 1000, так что поворот вспомогательной мощности оказывается выполненным. В итоге при повороте железного сердечника ротора на 72 градуса электронный блок 29 управления контролирует однократное включение и отключение катушки 1005 электромагнитного вспомогательного силового блока. Эти процедуры можно проводить периодически, при этом цель электромагнитной вспомогательной мощности оказывается достигнутой.

[056] Как указано выше, электромагнитный вспомогательный силовой блок, раскрытый в настоящем изобретении, имеет простую конструкцию и составлен из отдельных блоков, что удобно для ремонта и техобслуживания.

И он может не только обеспечить стабильный выходной крутящий момент, когда пневматический двигатель работает на малой скорости, и скорость поворота двигателя может быть увеличена. Наличие электрического вспомогательного силового блока улучшает эффективность всей пневматической генераторной системы, и эффективность производства электроэнергии повышена. Настоящее изобретение подробно раскрыто в настоящем описании, включающем предпочтительные варианты реализации и позволяющем специалисту в данной области техники использовать настоящее изобретение, которое включает выполнение и использование любого оборудования или системы и предложенный процесс. Объем изобретения определен прилагаемыми пунктами формулы изобретения, причем настоящее изобретение может быть модифицировано или изменено без выхода за пределы объема и сути настоящего изобретения.

Реферат

Настоящее изобретение относится к генераторной системе, точнее к генераторной системе, использующей сжатый воздух в качестве источника энергии и использующей электромагнитный вспомогательный силовой блок, а также к электромагнитному вспомогательному силовому блоку пневматической генераторной системы. Генераторная система согласно настоящему изобретению содержит: двигатель (1), многоколонный распределитель (2) мощности, генераторную систему (4), систему (6) регулятора, клапан (23) регулировки скорости впуска, блок (13) резервуаров газа высокого давления, резервуар (16) постоянного давления, электронный блок (29) управления, электромагнитный вспомогательный силовой блок (1000), распределительное устройство (1100) и контур рециркуляции отходящего газа. Указанный контур рециркуляции отходящего газа содержит воздушный компрессор (7), газоохладитель (11), резервуар (9) рециркуляции отходящего газа, однонаправленный электрический турбинный насос (19) и глушитель (22) отходящего газа. Настоящее изобретение позволяет обеспечить стабильный выходной крутящий момент, когда двигатель работает на малой скорости. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 16 ил.

Формула